利用无几何消电离层组合实现北斗三频周跳探测与修复

针对强电离层延迟影响周跳探测与修复精度的问题,本文基于北斗三频数据特性构建了无几何消电离层组合,并对其组合系数进行了筛选。然后,联合MW（Melbourne-Wbbena）组合和电离层残差法构建周跳检验量实现对北斗三频实测数据的周跳探测与修复。在试验过程中通过设置不同类型的周跳组合对本文算法进行全面有效地检验。试验结果表明：本文算法能够探测出所有大小的周跳,包括不敏感周跳,并能将其完整地修复。     

伪距相位组合联合STPIR组合探测北斗三频周跳

周跳检验量的构建是实现周跳探测与修复的根本。本文在详细阐述伪距相位组合基本原理的基础上,研究了该组合周跳检验量的选取标准。根据选取标准优化组合系数,然后联合STPIR组合得到最优周跳检验量。最后,利用北斗三频实测数据设计相关实验对该周跳检验量进行验证。验算结果表明:根据本文方法所构建的周跳检验量在探测与修复周跳上具有良好的效果,可以探测出原始观测值中的任意周跳。     

多频伪距/载波相位组合周跳探测研究

结合多频伪距/载波相位组合的周跳探测与修复原理,给出了优化的多频相位组合周跳检验量模型的确定方法。以组合观测值周跳的最小估计方差为衡量标准,确定(0,1,-1)、(-3,1,3)、(1,-7,6)为优化组合模型;用VB编写了多频组合周跳探测程序,并结合实例与其他模型进行了对比分析。结果表明,该模型的周跳探测精度优于其他模型,且能准确探测出各频率的周跳,探测效果明显,结果可靠。     

基于北斗三号三频数据的周跳探测与修复

针对载波相位观测值中出现周跳的问题及北斗三号系统(BDS-3)将至少有B_(1I),B_(1C),B_(2a)和B_(3I) 4个信号提供全球公开服务的现状,研究北斗三号系统的周跳探测与修复。提出优化三频相位电离层残差二阶历元差分组合和三频无几何无电离层相位组合的信号排列顺序,可进一步削弱组合观测量的电离层延迟影响和噪声影响,并基于北斗三号的实测数据,联合STPIR法、MW法和无几何无电离层相位组合法进行周跳探测与修复实验。实验结果表明,组合观测量信号的优化排列,削弱组合观测量的电离层延迟影响和噪声影响,且所选的3个组合观测量可以准确探测所有周跳,并有效地修复。     

基于BDS三频数据的周跳探测与修复

三频载波组合观测值能获得更多长波长、低噪声的优化组合。首先利用伪距与相位差法分析了组合观测值的电离层延迟和噪声影响;再使用能降低电离层延迟和观测噪声的3组线性无关组合(1,4,-5)、(-1,-5,6)和(-3,6,-2)对BDS三频数据进行处理;然后对BDS的3个不同星座进行周跳探测与修复。实验证明,该组合方法可准确探测并修复一周以上的所有周跳。     

三频GNSS电离层周跳处理

在分析三频无几何无电离层组合特性的基础上,构造了3个线性无关的三频无几何无电离层组合作为周跳探测检验量,以解决电离层延迟活跃期时的周跳处理问题。为保证周跳修复的准确性,提出采用两次历元差分后的电离层残差值对周跳修复值进行验证与确认。通过高电离层延迟条件下的三频观测数据对本文算法进行了验证分析。试验结果表明,该方法可实现高电离层延迟条件下对周跳的探测与修复,并可适用于三频实时、非差导航定位的周跳处理。     

一种改进的基于 BDS 三频非差观测的周跳实时探测与修复模型

BDS三频观测条件下可以组合得到具有优良特性的虚拟载波观测量,有利于改善非差观测数据的周跳实时探测与修复。文中提出一种基于BDS三频非差数据的周跳实时探测与修复模型:首先,采用消电离层无几何HMW组合观测量探测和修复EWL周跳;然后,将经过修复的EWL观测量与WL组合消除几何相关项,忽略电离层延迟残差进而确定WL周跳;最后采用经过修复的WL观测量与NL组合形成无几何观测量,并通过优化载波相位组合确定电离层延迟的变化量以探测和计算NL周跳,并通过简单变换得到原始载波观测量的周跳值。通过实测BDS三频数据对模型可行性进行验证分析,结果表明,即使在30s的采样率以及电离层活动活跃条件下,该模型都可有效实时探测和修复各类周跳。     

GPS/GLONASS周跳探测与修复方法

为了准确地探测和确定GPS/GLONASS周跳并且提高小周跳探测和修复的能力,综合电离层残差法和相位减伪距法,提出了一种新的GPS/GLONASS周跳探测和确定方案:采用电离层残差法探测出周跳;由相位减伪距法确定周跳数的搜索范围;根据搜索范围组合出所有周跳数的候选值;最后,由电离层残差法检验量与其观测噪声最为接近的候选值为最佳的周跳值。采用该方案对江苏CORS和青岛CORS部分基准站观测数据进行处理分析。结果表明:该方法具备探测和确定小周跳的能力,其搜索的成功率在95%,探测分辨率可以达到0.03周,且修复精度可以达到±0.031周。     

联合法探测修复北斗系统测量数据周跳

准确探测周跳并进行修复是提高北斗系统导航定位精度的核心问题之一,针对电离层残差法可以高效地探测小周跳但却无法修复周跳与无法正常探测出某些特定组合的周跳,以及多普勒积分法并不完全适用于北斗系统高轨卫星的周跳探测与修复等缺陷,提出了基于电离层残差法和多普勒积分联合探测修复周跳的方法,并应用实测数据进行了算例验证。     

实时周跳探测与修复的TurboEdit历元差优化算法

为了解决电离层扰动和低高度角下非差数据的实时周跳探测与修复问题,提出了一种基于TurboEdit历元差模型的优化算法。首先在无几何距离组合历元差中加入滑动多项式拟合法提取电离层延迟与多路径效应误差的趋势项,通过选择合适的阈值,增强对小周跳的探测能力;然后针对历元差模型无法区别周跳与粗差的问题,引入统计诊断中的Score检验量并构建了基于Score检验的周跳与粗差分离模型,避免了粗差引起的周跳误探现象;最后在成功探测出周跳后,使用探测量最小1范数准则来选取正确的周跳修复值。采用国际GNSS服务站GPS非差数据对所提算法进行验证,实验结果表明,该优化算法能够有效抑制低高度角时的多路径效应和电离层延迟误差,实时剔除粗差并准确修复周跳,对小周跳具有较高的探测灵敏度与较低的误判率。     

北斗三频无几何相位组合周跳探测与修复

推导了Compass三频无几何组合周跳探测的理论模型,并分析了探测精度。通过多频组合理论构造了较优的无几何周跳探测检验量,并对存在的不敏感周跳组合进行了分析。为了保证探测的完备性,联合运用两个合适的无几何组合作为探测检验组合进行周跳探测,并筛选了较优的探测检验组合。针对无几何组合最多只能两个线性无关,无法修复三个频点上的周跳的问题,探索了无几何探测检验组合联合一个伪距/载波组合进行周跳修复的方法。最后利用Compass三频实测数据,选用了无几何探测检验组合(-1,-1,2)与(-1,2,-1)和伪距/载波组合(1,3,-4)进行了验证分析。试验表明,该方法能够探测出所有大小的周跳,并且可以单历元修复周跳值,可适用于动态导航定位,有一定的实用性。     

基于载波相位差分的北斗/GPS双模定位系统研究

基于载波相位差分技术的北斗/GPS双模定位系统,提出能够精确定位用户位置的完整相对定位算法。文中详细分析卫星导航的定位监测机理,开发北斗/GPS数据融合的双模式信号采集系统。利用星站在历元间的距离增量为参考值来检测周跳,给出判断周跳的标准。对整周模糊度确定的问题进行研究,给出利用LAMBDA法来快速搜索整周模糊度的算法,编写监测点三维位置的定位监测程序。基于上海司南接收机北斗/GPS相对定位实验得到的数据,验证给出双模导航系统的精确性、可用性和可靠性。     

A new triple-frequency cycle slip detecting algorithm validated with BDS data

Triple-frequency global navigation satellite systems allow the introduction of additional linear observation combinations. We define two geometry-free phase combinations and one geometry-free pseudorange minus phase linear combination to detect and correct cycle slip in real time. At first, the optimal BDS (BeiDou System) triple-frequency geometry-free phase combinations are selected for cycle slip detection. Then, a detailed analysis of the cycle slip detection is performed by examining whether some special cycle slip groups cannot be discovered by the selected combinations. Since there still remain some cycle slip groups undetectable by the two geometry-free phase combinations, we add a pseudorange minus phase linear combination which is linearly independent with these two phase combinations, to be sure that all the cycle slips can be detected. After that, an effective decorrelation search based on LAMBDA and least squares minimum principle is applied to calculate and determine the cycle slips. The method has been tested on triple-frequency undifferenced BDS data coming from a benign observation environment. Results show that the proposed method is able to detect and repair all the small cycle slips in the three carriers.     

Ambiguity resolution for triple-frequency geometry-free and ionosphere-free combination tested with real data

The recent GPS Block IIF satellites SVN62 and SVN63 and the Galileo satellites GIOVE-A, GIOVE-B, PFM and FM2 already send signals on more than two frequencies, and more GNSS satellites will provide tracking data on at least three frequencies in the near future. In this paper, a simplified general method for ambiguity resolution minimizing the noise level for the triple-frequency geometry-free (GF) and ionosphere-free (IF) linear combinations is presented, where differently scaled code noise on the three frequencies was introduced. For the third of three required linear combinations, the most demanding one in triple-frequency ambiguity resolution, we developed a general method using the ambiguity-corrected phase observations without any constraints to search for the optimal GF and IF linear combination. We analytically demonstrate that the noise level of this third linear combination only depends on the three frequencies. The investigation concerning this frequency-dependent noise factor was performed for GPS, Galileo and Compass frequency triplets. We verified the theoretical derivations with real triple-frequency GPS and Galileo data from the Multi-GNSS Experiment (M–GEX) of the International GNSS Service (IGS). The data of about 30 M–GEX stations around the world over 11 days from 29 April 2012 to 9 May 2012 were used for the test. For the third linear combinaton using Galileo E1, E5b and E5a, which is expected to have the worst performance among all the GNSS frequency triplets in our investigation, the formal errors of the estimated ambiguities are in most cases below 0.2 cycles after 400 observation epochs. If more GPS satellites sending signals on three frequencies or more stations tracking Galileo E6 signal are available in the future, an improvement by a factor of two to three can be expected.     

北斗系统与GPS应用比较分析

我国自主建设的北斗卫星导航区域系统已投入试运行服务。从国内用户应用方面具体分析了北斗卫星导航系统相比美国GPS的优势,包括定位精度、信号的载噪比、定位速度和应用模式等,给出了北斗卫星导航区域系统在试运行阶段的一些应用测试数据。同时指出了对北斗系统未来发展趋势。     

函数极值法求解三频GNSS最优载波相位组合观测量

GNSS三频载波相位组合观测量可以提高模糊度解算成功率和周跳探测与修复的可靠性。本文将载波相位组合观测量的噪声放大系数表示为与组合观测量波长和电离层延迟影响系数相关参数的函数,提出基于函数极值法求解特定波长和电离层延迟影响系数下的噪声最优线性组合系数。理论推导和计算结果表明,波长较长且以周为单位噪声放大系数较小的三频载波相位组合观测量,其以周为单位的电离层延迟放大系数随组合系数之和的增大而增大,约为线性组合系数之和的2.3倍;而电离层延迟影响较小且以周为单位噪声放大系数较小的三频载波相位组合观测量,其波长随线性组合系数之和的增大而减小。     

北斗静态定位实验与精度分析

通过实际测试,将北斗和GPS进行对比,了解北斗静态定位的实际定位精度情况。按照E级网测试的结果表明,北斗和GPS定位的平面点位平均中误差分别为2．51mm和0．75mm,证明北斗系统和GPS的平面定位精度基本在同一量级上,能够满足静态定位测量的需要。     

GPS/INS紧组合的INS辅助周跳探测与修复

建立了GPS/INS紧组合定位模型,改正惯性器件误差及电离层折射误差,对不同组合观测量的误差影响进行了分析,构造不同观测值组合,提出了基于惯性信息辅助的GPS周跳自适应探测方法,分析了INS定位误差对周跳探测的影响,给出了周跳探测误报率及修复成功率评价指标,提出了一种周跳检测阈值自适应确定方法。利用实测组合导航试验数据验证本文的算法,文中模拟了不同的单历元多周跳及信号失锁条件,结果表明,在GPS信号完全失锁20 s内,该方法能准确检测和修复所有周跳,中断时间的延长降低了周跳修复的成功率;GPS信号部分失锁时,在模拟的90 s中断时段内仍能修复所有周跳;模拟了170历元的5 s间隔密集周跳,周跳探测成功率为100%,正确修复率为99.41%。     

基于多频载波/伪距数据组合进行周跳探测与修复的实现

随着GPS现代化、伽利略计划和Compass的建立,多频载波相位的研究已是一个热点方向。利用模拟的GPS多频数据通过多频载波/伪距数据组合进行周跳探测和修复,并对模拟的L5数据进行检验。实验结果表明,文中方法不仅对一系列的大周跳具有良好的探测和修复效果,对小周跳的探测和修复也很理想。     

北斗短基线三频实测数据单历元模糊度固定

基于北斗实测三频数据,通过分析比较选取了三组线性独立的超宽巷组合,采用无几何模式(geometry-free)和几何模式(geometry-based)相结合的方法对其进行单历元模糊度固定,然后恢复各频率上的原始模糊度,最后进行定位解算。实验结果表明,对于短基线,组合系数的合理选取是模糊度成功固定的关键;在选用合适(长波长、弱电离层、低噪声)的组合时,对于静态和动态短基线,其原始载波模糊度单历元固定成功率分别为99.75%和95.08%,从而可以避开传统解算中周跳探测等复杂的数据预处理过程,单历元取得cm级定位精度。