BDS/GPS组合单历元相对定位性能分析

阐述了BDS/GPS组合单历元解算数学模型的相关理论,并进行了相应的公式推导;通过BDS、GPS单系统以及组合系统从不同基线长度、不同截止高度角等方面分析动态解算性能。实验结果表明:(1)在江苏地区,BDS系统可提供单历元至少8颗卫星,从可见卫星数量和可观测时长角度来看,BDS对BDS/GPS导航定位具有重要的贡献;(2)组合BDS/GPS系统单频RTK相比GPS RTK在截止高度角较高的情况下仍可以单历元固定模糊度,且模糊度的固定率和成功率超过90%;(3)对于6km以下的短基线,组合系统定位精度优于单系统,其在平面方向优于1cm,高程方向优于3cm。     

不同截止高度角GPS/BDS组合伪距差分定位性能分析

针对在不同截止卫星高度角时,GPS,BDS,GPS/BDS系统间伪距差分定位精度的差异,文中对多系统融合伪距差分定位的数学模型方法进行研究。以香港CORS站6.9km和34.0km的两条基线为例,在截止卫星高度角10°、20°、30°、40°的情况下,进行GPS,BDS,GPS/BDS伪距差分基线解算。结果表明,与34.0km基线相比,6.9km基线伪距差分定位具有更高的精度,在不同截止高度角下,GPS/BDS组合系统在E,N,U方向的定位精度都优于单GPS,BDS系统,且定位结果更加稳定,特别在截止高度角为40°的极端条件下,GPS/BDS组合伪距差分定位精度仍能达到m级左右。     

BDS/GPS单历元短基线动对动定位性能分析

针对在城市峡谷环境下观测卫星较少、观测质量差和周跳频繁,导致动对动定位过程中双差模糊度不连续的问题,提出了一种GPS/BDS组合系统的单历元模糊度解算方法。通过GPS/BDS组合定位提高了卫星的可用数量,利用单历元模糊度固定减弱了周跳频繁带来的影响。实验采用GPS/BDS组合的7组数据,分析了在不同高度角下动对动定位单历元解的模糊度固定率、解算失败率、粗差率和定位精度。结果表明,GPS/BDS组合动对动定位单历元模糊度解算方法,在高遮挡的城市峡谷环境仍然可以取得较好的定位结果。     

不同截止高度角下BDS/GPS/GLONASS/Galileo多模组合SPP性能分析

针对单系统在遮挡环境下可见卫星数较少、历元利用率低、定位稳定性、定位可靠性和定位精度较差的问题,首先,利用间接平差法对BDS/GPS/GLONASS/Galileo组合观测方程进行求解;然后,运用最小二乘法原理求解待估参数,最终解算出测站点坐标。采用MGEX站部分测站的数据对不同截止高度角下(7°、15°、20°、30°、40°、45°)不同模式GPS、GPS+Galileo、GPS+GLONASS、BDS+GLONASS+Galileo、GPS+BDS、GPS+GLONASS+BDS、GPS+GLONASS+BDS+Galileo的单点定位(single point positioning,SPP)进行解算和数据处理。结果表明,在截止高度角为45°时,点位离散程度变差,但相比其他模式特别是GPS单系统,GPS+GLONASS+BDS+Galileo组合稳定性和可靠性都较好;GPS单系统历元利用率较低,全天不足1/3,然而GPS+BDS、GPS+GLONASS+BDS、GPS+GLONASS+BDS+Galileo组合历元仍然全天可用,GPS部分历元精度优于GPS+GLONASS+BDS和GPS+GLONASS+BDS+Galileo组合,但整体定位性能较差。GRCE组合在全天历元可用和实现单点定位前提下,整体定位性能优于其他模式。     

BDS/GPS/GLONASS组合单历元姿态测量性能对比分析

相比于单一卫星导航系统,多卫星导航系统组合具有显著增加可用卫星数目、改善卫星空间几何结构等优点,因而多卫星导航系统组合应用成为近年来关注的热点。在复杂观测条件下,利用BDS/GPS/GLONASS组合进行载体姿态测量具有单系统无法比拟的优势。首先阐述了BDS/GPS/GLONASS组合超短基线解算的双差模型以及姿态测量基本原理;然后分析了BDS/GPS/GLONASS组合多频单历元姿态测量性能。通过实测静态数据设置不同高度截止角进行分析表明:相比于单系统及双系统组合的姿态测量,BDS/GPS/GLONASS组合能够有效地提高姿态测量的精度、稳定性和可用性。当运动载体处于高楼、峡谷等受遮挡严重的复杂环境时,BDS/GPS/GLONASS组合单历元姿态测量更具有应用价值。     

不同高度截止角下BDS/GPS定位分析

研究了BDS/GPS联合RTK定位的理论和算法,主要包含了BDS/GPS组合系统在不同高度截止角下的可视卫星数与PDOP值的比较;BDS与GPS观测量精度的初步评估;双频联合RTK定位的模糊度解算和定位性能的分析等。得出如下结论:BDS/GPS组合系统的可视卫星数相对单系统明显增多,PDOP值减小,在大高度截止角下,其空间几何强度依然很高;随着高度截止角的增大,BDS与GPS受多路径影响明显减弱,其中GEO卫星受多路径影响最大;BDS观测量精度与GPS相当。BDS/GPS双频联合定位的定位精度相对于GPS或BDS虽没有明显提高,但在大高度截止角下,依然可以成功固定模糊度并实现高精度定位。这将显著改善GPS或BDS单系统双频RTK定位在受遮挡环境下的可用性和可靠性。     

GPS/BDS组合姿态测量及精度分析

给出了GPS/BDS组合双差观测模型和姿态测量解算算法,采用Kalman滤波进行动态基线解算的参数估计,利用LAMBDA方法固定双系统模糊度,获得动态基线固定解,最后通过基线的坐标系转换获得姿态角。比较了单系统和GPS/BDS双系统静态姿态角与动态短基线解算结果。试验结果表明,GPS/BDS组合姿态测量的精度和可靠性较GPS单系统都有显著提高。     

BDS／GPS中长基线宽巷准厘米级RTK算法

针对常规实时动态（RTK）定位技术中长基线初始化时间较长、定位结果不稳定的问题,提出了一种基于部分模糊度固定策略的BDS/GPS宽巷卡尔曼滤波RTK定位方法,从充分发挥宽巷观测值波长较长和宽巷模糊度易于固定的优势,避免低高度角卫星对模糊度解算的影响,从而提高中长基线情况下的模糊度固定率. 同时采用附加宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解,以固定高于设置模糊度解算截止高度角的卫星进行定位,并解算电离层活动较剧烈的25~76 km的中长基线. 通过3组试验,结果表明,BDS/GPS双系统联合定位宽巷模糊度固定率均接近100%,76 km基线模糊度固定率达到99.9%,定位精度达到厘米级或准厘米级.      

基于部分固定策略的多系统长距离基准站间模糊度快速解算

基准站间整周模糊度的快速准确固定是实现网络RTK高精度快速定位的前提。对于GPS/GLONASS/BDS组合系统长基线,模糊度维数大幅度增加,加之观测噪声、大气残余误差等因素的影响,很难快速准确地固定所有模糊度,尤其是低高度角卫星模糊度。提出了一种基于部分固定策略的GPS/GLONASS/BDS组合网络长基线部分模糊度快速解算方法,以截止高度角、模糊度固定成功率以及Ratio值为主要参数,优选模糊度固定子集,以实现长距离基准站间模糊度快速固定。通过实测GPS/GLONASS/BDS三系统长基线数据的实验验证,部分模糊度固定方法可有效避免低高度角卫星对模糊度固定的影响,从而显著提高模糊度固定时的成功率及Ratio值,缩短长距离基准站间模糊度准确固定所需的时间。     

BDS/GPS短基线解算的随机模型研究

针对BDS轨道高度存在差异进而影响短基线解算结果的问题,该文利用两组实测数据,研究BDS和BDS/GPS组合系统的短基线解算精度及可靠性,并探讨4种随机模型的性能。结果表明,BDS和BDS/GPS组合系统短基线解算精度能够达到厘米级,且模糊度解算的可靠性更高;4种随机模型性能相当,随着基线长度增加,MINQUE模型的优势降低;不同类型卫星轨道高度差异较大,高度角模型不适宜BDS和BDS/GPS组合系统短基线解算。     

GPS／BDS／GALILEO多系统融合伪距单点定位性能分析

针对在不同截止卫星高度角的情况下,GPS、BDS、GPS／BDS、GPS／GALILEO、BDS／GALILEO 、GPS／BDS／GALILEO间伪距单点定位精度的差异,本文对多系统融合伪距单点定位的数学模型和误差项处理方法进行了研究,以香港CORS站HKMW站点全天的数据为实验数据,在截止卫星高度角10°、15°、20°、30°、40°的情况下,进行了GPS、BDS、GPS／BDS、GPS／GALILEO、BDS／GALILEO、GPS／BDS／GALILEO伪距单点定位解算。结果表明,GPS／BDS／GALILEO组合系统在X、Y、Z各方向的定位精度都优于单系统,定位结果更加稳定,尤其在截止高度角达到30°、40°时,单系统的定位精度急剧下降,历元可用率降低,而GPS／BDS／GALILEO组合系统仍能满足定位的要求。      

BDS/GPS组合单历元基线解算方法

阐述了BDS/GPS单历元解算函数模型的相关理论,并进行了相应的公式推导。在此基础上,利用基于正则化的载波相位解算模型,解算宽巷模糊度。首先将BDS卫星宽巷模糊度值作为约束固定出IGSO和MEO卫星的模糊度;然后再将IGSO和MEO卫星模糊度值作为约束来固定GEO卫星模糊度。通过实测数据对该方法进行测试和分析,结果表明:BDS/GPS组合系统单历元宽巷模糊度成功率为100%;基频模糊度成功率90%以上;N、E、U方向定位精度达到了毫米至厘米级。     

基于北斗三频约束的中长基线解算研究

利用北斗三频模糊度易固定的特点,提出一种具有北斗三频约束的BDS/GPS基础模糊度快速解算方法。针对中长基线,利用多历元平滑无电离层组合模糊度,从无电离层组合模糊度中分离出北斗基础模糊度;然后将北斗基础模糊度带入基线解算模型中,约束求解出GPS基础模糊度,最后将GPS与BDS基础模糊度回带观测方程,可实现基线的快速解算。经北斗实测数据验证表明,文中方法可快速固定GPS基础模糊度,较传统卡尔曼滤波求解模糊度方法,大大减少正确固定模糊度所需的原始观测历元数,实现基线的快速解算。     

斜拉桥环境下GPS/BDS定位精度试验分析

为了评定斜拉桥环境下GPS/BDS组合定位的能力,以苏通大桥桥面监测为例,对BDS、GPS、GPS/BDS的定位精度进行了试验分析。分析比较了系统组合前后的可见卫星数的变化、不同卫星截止高度角下的卫星可见数以及组合前后几何精度因子的变化。结果表明,组合定位有效增加了可见卫星数,大大降低了位置精度因子,尤其当观测环境存在较大多路径误差时,通过提高卫星高度截止角,GPS和BDS组合定位可以有效克服多路径效应,提高定位精度。实际监测数据的解算表明,组合定位相对于单系统定位精度上有明显提高,监测结果可以反映桥梁重要部位的变形特征,满足桥梁监测的需要。试验结果对类似工程具有较好的参考价值。     

一种基于多频模糊度快速解算方法的BDS/GPS中长基线RTK定位模型

随着全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）进入多系统时代,空中导航卫星的可见卫星数不断增加,中国北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）已开始面向用户提供三频导航信号,这都有利于改善单历元实时动态定位（real-time kinematic,RTK）的精度和可靠性。中长基线单历元RTK通常采用电离层无关组合算法,但是该方法将观测噪声进行了放大,模糊度固定成功率随着基线长度的增加而明显降低。提出一种BDS/GPS（global positioning system）中长基线单历元多频RTK定位算法,先以较高成功率快速固定BDS的两个超宽巷模糊度,继而通过简单变换得到BDS宽巷模糊度,然后将其辅助提高GPS宽巷模糊度固定成功率,最后采用将电离层延迟误差参数化的策略以提高BDS/GPS窄巷模糊度固定成功率。结合实测数据进行验证分析,结果表明本文算法是可行的。     

一种BDS/GPS宽巷模糊度固定方法

针对目前双频伪距与相位观测值线性组合法(MW法)固定BDS/GPS宽巷模糊度所需平滑历元个数多的问题,提出一种附有北斗超宽巷约束的BDS/GPS几何相关的宽巷模糊度固定方法。利用伪距载波组合确定出北斗(0,-1,1)超宽巷模糊度并回代到观测方程,将超宽巷观测方程作为约束条件与BDS/GPS宽巷观测方程联立,以共有的位置参数将上述观测信息融合单历元固定BDS/GPS宽巷模糊度。基于实测数据结果表明,相对于常规的MW法,采用本文提出的有几何BDS/GPS宽巷模糊度固定方法,能够提高BDS/GPS宽巷模糊度的解算精度和时效性,适合中短基线且电离层不活跃情况下BDS/GPS宽巷模糊度的解算。     

GNSS多系统动态精密单点定位性能分析

文中在GPS精密单点定位（PPP）理论与方法的基础上,给出了多系统组合的精密单点定位技术观测模型,采用GPS、GLONASS、GALILEO、BDS 四大卫星导航定位系统的实测数据,研究并分析了四系统组合PPP的定位性能。结果表明,多系统PPP精度较单系统有很大提高,GPS+GLONASS+GALILEO+BDS四系统组合动态PPP在三个方向平均偏差约为0.7 cm、0.6 cm和1.7 cm,收敛时间为15～20 min左右,并且多系统PPP在截止高度角增大时,依然有充足的卫星数量,当截止高度角达到30°时,依然能达到cm级定位精度,对机载动态数据进行PPP解算结果显示,四系统组合解算的结果与利用GrafMov的解算结果符合得最好,优于其他双系统和单系统PPP的精度。      

基于GAMIT对国家GNSS基准站进行的北斗基线解算分析

以国家GNSS站的多系统观测数据为研究对象,旨在以单系统解算为研究视角,通过GAMIT软件对BDS/GPS数据进行单系统解算的方法,力图为利用BDS/GPS做基线解算提供参照。实验结果表明,BDS基线解算的相对精度与GPS相当;单BDS数据解算的基线东西方向精度10～12 mm,较单GPS数据解算的基线东西方向精度低42%,高程方向的单BDS基线中误差25 mm,是单GPS基线高程方向中误差的2倍;而组合双系统解算能有效提升基线U方向的精度,提升1 cm左右。文中认为目前利用BDS进行基线解算的精度尚不与GPS精度相当,在利用北斗系统进行高精度定位中,还有许多问题值得探讨。     

GPS/BDS/GALILEO多模单频单历元RTK定位算法

单一卫星系统单频RTK定位可靠性较低,难以满足实时定位需求。由于GPS,BDS及GALILEO均采用CDMA技术体制,GPS/BDS/GALILEO多模系统耦合度较高,可有效应用于RTK动态定位。采用实测数据进行GNSS单频单历元RTK计算,实验结果表明:多模GNSS系统其模糊度ADOP值较小,模糊度固定成功率较高更适用于RTK定位领域。截止高度角较高时多模系统优势更加明显。     

不同截止高度角下BDS／GPS／GALILEO 多模组合SPP 解算性能分析

文中选取MGEX跟踪站部分测站的2016年2月1日1天的观测数据,在截止高度角分别为5°、15°、25°、30°、40°、45°的情况下,分析BDS(C)、GPS(G)、GPS+BDS(GC)、BDS+GALILEO(CE)、GPS+GALILEO(GE)、GPS+BDS+GALILEO(GCE)六种组合模式的单点定位(SPP)的定位性能. 研究结果表明:GPS+BDS+GALILEO(GCE)组合稳定性最好. 同一高度截止角下,卫星数目最多,历元可用率最高,为96％,相比其他模式,定位精度提高了20％~40％. 在建筑物密集区、山区、树林和遮挡严重的区域具有很好的应用价值.