北斗系统星源伪距偏差特性分析及改正

北斗卫星伪距观测值存在一类与卫星相关的系统误差,称为星源伪距偏差,MEO和IGSO卫星可以通过其与高度角的关系建立改正模型,而GEO卫星由于其静止特性难以建立基于高度角的改正模型。据此,本文在分析GEO卫星伪距偏差特性的基础上,提出了一种基于奇异谱分析(SSA)的修正方法,并通过双频无电离层组合伪距单点定位(SPP)对比试验来验证修正效果。结果表明:修正后GEO卫星伪距观测值基本上消除了伪距偏差,MP观测值精度在B1、B2、B3频率上分别提高了39.9%、17.9%、29.4%,MW观测值精度提高了41.3%;传统改正模型修正IGSO和MEO卫星伪距偏差对SPP影响很小,而奇异谱分析方法修正GEO卫星伪距偏差使SPP的精度在平面、高程方向上分别提高了11.1%、21.1%。     

北斗卫星伪距多路径系统偏差的修正方法及其对单频PPP的影响分析

北斗伪距观测值存在特有的多路径系统性偏差,偏差的数量级达到几个分米到米。该系统偏差可分为两类:一类是IGSO/MEO卫星随高度角变化的伪距系统性偏差;另一类是GEO卫星(高度角仅微小变化)明显的伪距系统性偏差。系统性的伪距偏差导致GEO卫星MP序列的标准偏差较大,本文针对GEO卫星伪距偏差问题提出了一种基于卡尔曼滤波的修正方法,修正后的GEO卫星MP序列的标准偏差下降了10%~16%。基于伪距相位组合的单频PPP技术的伪距权重较大,会受到北斗伪距偏差的影响,分析表明该系统性偏差将导致单频PPP定位结果高程方向产生约1m的偏差。对GEO伪距偏差采用提出的卡尔曼滤波修正方法进行修正,并应用Wanninger和Beer的高度角模型消除IGSO/MEO观测值伪距偏差,本文对修正后的单频精密单点定位精度进行了分析。4个multi-GNSS experiment(MGEX)站10d观测数据的分析结果表明:仅改正和卫星多路径误差,高程方向定位结果精度可改善65%左右;采用本文方法对GEO卫星的多路径修正后,该方向定位结果精度改善比例将进一步提高至75%左右。     

北斗卫星伪距码偏差特性及其影响分析

在北斗导航卫星伪距码偏差特性分析的基础上,建立了倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）和中轨卫星（MEO）的伪距码偏差多项式改正模型;并利用星间单差宽巷小数周一致性,分析建立北斗地球同步轨道卫星（GEO）卫星伪距码偏差改正模型。采用武汉大学北斗试验网、中国陆态网络和MGEX网不同位置、不同类型接收机观测数据进行分析验证,结果表明,北斗卫星伪距码偏差特性与观测值频率、卫星类型相关,所有GEO和IGSO卫星变化规律相同,所有MEO卫星变化规律相同,与接收机类型、测站位置和观测时间无关,偏差值大小随卫星高度角变化,其变化规律稳定,可以采用建立的两类改正模型（GEO/IGSO和MEO）进行修正。通过偏差修正后的伪距无电离层组合的残差、双频SPP以及单频PPP三个方面验证了伪距码偏差改正模型的正确性。     

北斗卫星伪距偏差模型估计及其对精密定位的影响

现阶段北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）的同步地球轨道（geostationary orbits,GEO）卫星、中倾斜地球同步轨道（inclined geo-synchronous orbits,IGSO）卫星和中圆地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星均存在伪距偏差,该伪距偏差的存在对精密定位的研究及其应用产生了较大的影响。根据北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差与高度角和频率相关的误差特性,本文分析了测站数目及分布,以及观测时长对建模的影响,选择18个测站2015年全年的数据作为MEO卫星的建模数据,其中可以连续观测到全弧段IGSO卫星的4个测站用于IGSO卫星的建模,采用加权分段线性拟合联合抗差估计的方法建立了北斗卫星伪距偏差改正模型。模型改正后,北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差得到明显的削弱,相比于传统的伪距偏差改正模型,精密单点定位（precise point positioning,PPP）的定位精度和收敛时间均得到提升。     

北斗IGSO/MEO卫星伪距码偏差精化建模方法研究

北斗倾斜地球同步轨道（inclined geosynchronous orbit,IGSO）卫星和中轨（medium earth orbit,MEO）卫星的伪距码观测值存在系统性偏差,针对该偏差的现有建模方法（两步法）包含模糊度消除策略的误差,提出了一种基于历元间差分的一步建模方法,建立了同类型卫星整体的伪距码偏差三次多项式改正模型,并与现有的离散点改正模型进行对比。同时,针对每颗IGSO/MEO卫星的独特性,利用一步法逐卫星建模并评估其改正效果。结果表明,相对于现有的离散点改正模型,精化模型将IGSO/MEO卫星的Melbourne-Wübbena（MW）值的稳定性平均提高了23.88%,C08卫星的提高幅度最大,约为32.26%。     

联合GEO/IGSO/MEO的北斗PPP模糊度固定方法与试验分析

由于北斗地球静止轨道（geostationary earth orbiting,GEO）卫星轨道精度较低且其观测值受多路径误差和伪距偏差影响严重,目前各分析中心尚未针对北斗GEO卫星提供长期稳定的相位小数偏差（uncalibrated phase delay,UPD）产品,北斗精密单点定位（precise point positioning,PPP）模糊度固定技术研究主要针对倾斜轨道（inclined geosynchronous orbiting,IGSO）和中地球轨道（medium earth orbiting,MEO）卫星。本文采用Wanninger和Beer的高度角模型消除了IGSO/MEO观测值伪距偏差,并通过小波变换提取低频分量修正伪距观测值的方法削弱了GEO卫星多路径和伪距偏差的影响。由于窄巷UPD估值受未模型化误差影响较大,本文改进了窄巷UPD估计的策略,该策略利用上一历元成功估计的窄巷UPD对当前历元的浮点模糊度进行改正,剔除了残差较大的浮点模糊度,修正固定错误的整周模糊度,从而提高了窄巷UPD的精度和稳定性。利用估计得到的UPD产品,本文实现了联合GEO、IGSO和MEO卫星的北斗非差PPP模糊度固定,并对其定位性能进行分析。结果表明：联合GEO、IGSO和MEO卫星的PPP固定解的首次固定时间和收敛时间均可以缩短到30 min以内;6 h后的E、N、U方向的定位误差由（1.35、0.35、2.75）cm减少到（1.07、0.26、2.24）cm,分别减少了20%、27%和18%。     

BDS伪距多路径效应误差分析及修正

北斗星座包含3类卫星,即GEO、IGSO和MEO,GEO卫星高度角变化微小,伪距多路径观测序列系统偏差较明显;IGSO、MEO卫星随多路径序列系统偏差随卫星高度角变化,多路径误差对单个接收机定位结果影响较大.本文针对GEO卫星伪距观测值偏差问题提出了一种基于卡尔曼滤波的修正方法,利用3 d的多路径效应误差观测序列进行拟...     

一种北斗星源伪距波动改正方法

北斗伪距观测值中存在与卫星相关的误差,这种误差称为星源伪距波动。为了进一步探究北斗星源伪距波动误差规律,提高定位精度及可靠性,对12个IGS multi-GNSS测站提供的三频数据进行了分析,并在此基础上建立了基于卫星高度角的多项式改正模型。实验表明,星源伪距波动主要存在于北斗IGSO和MEO卫星中,没有在GPS,GLONASS,GALILEO和北斗GEO卫星中发现类似的现象。经改正,自测测站三频伪距多路径组合的RMS分别减少了41.3%,37.2%及11.4%,与卫星高度角相关系数小于0.01。     

北斗二号卫星伪距偏差分析与建模

北斗二号系统伪距观测值中存在一种星源性的系统性偏差,也称为伪距偏差。文中基于全球10个IGS跟踪站的观测数据对伪距偏差进行分析,通过观察不同系统、不同卫星在不同时间、不同测站的MP组合,验证仅北斗二号系统存在伪距偏差,其中IGSO和MEO卫星的伪距偏差与高度角呈负相关,与观测时间和观测地点无关;GEO卫星的伪距偏差存在周期性规律,但不同站、不同时间差异较大。使用10个IGS站2020和2021两年的观测数据对伪距偏差进行建模,使用该模型修复伪距偏差后,发现伪距中与高度角相关的系统性误差被消除,PPP试验高程方向上平均精度提升31.7%,说明模型可以有效修复伪距偏差。     

卫星观测值精度分析及随机模型精化

通过MGEX观测网CUT0测站连续10天的观测数据,采用零基线单差模型方法求解单差残差序列,并推导出北斗GEO／IGSO／MEO卫星观测值噪声。统计观测值噪声随高度角变化的情况,采用最小二乘拟合的方法建立精化的高度角随机模型。结果表明:北斗三类卫星的观测精度略有差别,精度从高到低依次为MEO、IGSO、GEO;B1频率相位观测精度约为伪距的129倍,B2频率约为118倍;北斗卫星伪距观测值的精度要稍优于GPS,相位观测值的精度与GPS相当。最后,基线测试结果表明,精化后的随机模型提高了单历元动态定位的精度,平均点位精度提高了42.1％,N、E、U方向各分量RMS改善的百分比分别为:31.6％、15.3％、31.4％。      

BDS混合星座两两组合单点定位研究

为对BDS不同星座定位性能进行分析,本文以多个MGEX跟踪站观测数据作为实验数据,采用RTKLIB软件,分别进行了GEO/IGSO、GEO/MEO、MEO/IGSO 3种组合B1I、B3I频率伪距单点定位和B1I/B3I组合频率精密单点定位实验。实验结果表明,MEO/IGSO组合卫星可用性最优,3种星座组合伪距单点定位精度较优,除个别情况外,水平定位精度优于1 m,高程定位精度优于2 m。GEO/IGSO组合精密单点定位精度略差,GEO/MEO和MEO/IGSO精密单点定位相当,但定位精度都可以达到厘米级,可为今后研究BDS不同星座定位性能研究提供一定参考。     

综合伪距相位观测的北斗导航系统广域差分模型

我国区域北斗卫星导航系统为用户提供开放服务和授权服务两种服务方式,其中授权服务主要提供一维等效钟差改正数和完好性信息,实现更高精度的服务性能。北斗卫星导航系统提供的实时差分信息是基于CNMC平滑后的伪距观测数据计算,其精度受到残余伪距噪声的限制。为提升系统广域差分服务性能,本文提出了一种广域差分新模型。该模型综合了伪距及相位观测数据,并新增了轨道改正数。模型中经相位平滑的伪距观测值用于定义钟差改正数和轨道改正数的基准,而相位历元间差分观测值用于计算约束差分改正数的高精度相对变化。论文分析了数据采样率、测站个数等因素对新模型的影响,并采用中国区域内的观测站数据对新模型进行精度验证。试验结果表明:(1)基于新广域差分模型的GEO卫星UDRE指标相对原有模型提升了27%,IGSO卫星指标提升了35%,MEO卫星指标提升了24%;(2)基于新的广域差分模型,用户在南北、东西、高程方向的伪距定位精度分别提升了23%、32%和52%,实现了北斗系统用户导航定位三维定位精度优于1m的指标。     

BDS卫星星内多径及其对宽巷FCB解算的影响分析

针对BDS卫星的伪距星内多径(SIMP)问题,提出和强调了在进行SIMP建模时应该采用天底角而非高度角作为自变量,这样获得的模型才能用于不同高程的接收机。收集全球分布的iGMAS和MGEX监测站数据,以天底角为自变量构建了北斗IGSO和MEO两类卫星B1、B2和B3频点的SIMP分段线性模型。利用FY3C星载北斗数据对北斗GEO、IGSO和MEO的SIMP作进一步分析。结果表明,当天底角小于7°时,GEO和IGSO卫星的SIMP非常接近,对B2频点尤其明显。这也许预示着可以将地面数据获得的IGSO卫星的SIMP模型用于GEO卫星。同时还发现在天底角小于12°(MEO)和7°(IGSO)时,所得到的SIMP估值与地面数据获得的模型有非常好的一致性。在此基础上,采用MGEX全球监测网数据进行宽巷小数周偏差(FCB)解算试验,结果表明,经过SIMP改正后,各颗卫星的星端宽巷FCB序列的重复性都有显著提高,改进幅度都超过了60%。具体的,IGSO和MEO的星端FCB重复精度小于0.05周;采用IGSO卫星的SIMP模型对GEO卫星进行改正后,C01和C02星的FCB重复精度分别达到0.023和0.068周。     

顾及GEO卫星伪距偏差的BDS-2非组合PPP模型与算法

针对BDS系统GEO卫星存在伪距长周期多路径效应引起的系统性偏差LPME(Long Period Multipath Effect)的特点,提出顾及LPME的BDS非组合PPP数学模型。其中,为简化运算和提高法方程结构强度,将LPME参数在1 d内视为常数估计,对GEO卫星和MEO/IGSO卫星观测值赋予相同的权重。选取2015年年积日为150的29个MEGX跟踪站数据进行验证,并设置两组实验对比模型。结果表明:相较于降低GEO卫星观测值权重或者直接忽略GEO卫星的定位模型,新提出模型能够有效减少PPP的伪距残差、增加数据利用率、缩短收敛时间,并能在E、N、U方向带来10%左右的定位精度方面的提升。     

GEO/IGSO/MEO卫星对北斗伪距差分定位精度的作用分析

分析了GEO/IGSO/MEO 3种卫星在BDS伪距差分定位中对精度的影响,先只添加4颗GEO卫星参与定位,再在4颗GEO卫星均参加定位的条件下,逐次增加一颗高度角最大的IGSO卫星参与定位,最后在4颗GEO卫星和3颗IGSO卫星均参加定位的条件下,逐次增加一颗高度角最大的MEO卫星参与定位。分析3次实验HDOP、VDOP值和定位精度的变化。实验表明,在北斗卫星星座(5GEO+6IGSO+3MEO)条件下,只有GEO卫星参与定位时精度较差,当加入IGSO卫星和MEO卫星时能显著改善空间结构并提高定位精度。     

北斗二号对北斗三号伪距单点定位精度影响分析

针对当前BDS-2/BDS-3组合定位性能,基于国际GNSS服务(IGS)跟踪站对BDS-2/BDS-3的组合定位实测数据,分析了北斗二号(BDS-2)不同类型卫星对北斗三号(BDS-3)卫星B1I、B3I与B1I/B3I双频组合伪距单点定位精度的影响. 经研究发现,BDS-2不同类型星座卫星都能有效改善BDS-3卫星可见数与卫星空间几何构型,地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星、中圆地球轨道(MEO)卫星使BDS-3单频和双频伪距单点定位精度的提升在20%以内,而全部BDS-2卫星使BDS-3单频和双频伪距单点定位精度的提升在30%以内,整体提升关系为:BDS-2全部卫星>IGSO卫星>GEO卫星>MEO卫星.      

陆态网络数据的北斗观测值特性分析

为了进一步分析北斗卫星观测值的相关特性,文章对比北斗卫星与GPS卫星、以及不同类型北斗卫星之间观测值特性的差异,提出了用站间差分考察伪距多路径组合和GFIF组合观测值的方法。陆态网络数据实验结果显示,北斗卫星B1频率观测值的信噪比最低;高度角较低时,北斗卫星伪距多路径组合绝对值和离散度均较大,约为1.5m,且IGSO和MEO卫星的伪距多路径组合值随高度角增大而明显降低;北斗GEO和IGSO卫星的相位GFIF组合有日周期性,变化范围约为±2cm,伪距GFIF组合的变化范围可达±2m;站间差分可明显减弱伪距多路径组合的变化趋势和相位GFIF组合的周期性,表明这两个组合中可能包含与卫星相关的误差,为北斗观测数据误差处理提供参考。     

北斗二代双频数据质量分析

对北斗二代卫星的双频观测数据进行了质量分析,包括伪距多路径误差和信噪比两个方面。大量实测数据测试表明:北斗GEO、IGSO和MEO三类卫星的多路径误差逐渐增大,且B1频点小于B2频点,GPS与北斗MEO卫星的伪距多路径误差相差不大;另外,北斗三类卫星均表现出载波B2的信噪比略大于B1,而GPS卫星则表现出L1载波信噪比要大于L2。     

BDS-3不同类型卫星对BDS-2伪距定位性能提升定量分析

针对北斗三号（BDS-3）不同类型卫星对北斗二号（BDS-2）伪距单点定位性能的影响,基于iGMAS机构发布的跟踪站实测数据,分析了BDS-3地球静止轨道（GEO）、倾斜地球同步轨道（IGSO）、中圆轨道（MEO）、全部BDS-3卫星对BDS-2卫星可见数、位置精度因子（PDOP）值以及伪距单点定位精度的影响．经研究发现,BDS-3不同卫星对BDS-2卫星可见数、卫星空间几何结构以及伪距单点定位精度提升程度不同,MEO卫星的提升程度优于IGSO卫星和GEO卫星,三种类型卫星对BDS-2定位性能提升量之和与全部BDS-3卫星对BDS-2定位性能提升量相当．      

北斗GEO/IGSO/MEO卫星定轨地面站构型影响分析及其优化

GNSS卫星定轨精度主要取决于卫星动力学模型精度和GNSS几何观测信息。由于北斗GEO/IGSO卫星静地、高轨特性,以及力学模型不精确等原因,地面几何观测信息对轨道改进至关重要。本文讨论了北斗GEO/IGSO/MEO卫星定轨地面站分布影响及优化改进方法。在简化动力学定轨模型基础上,探讨多历元几何观测信息累积对轨道的改进;研究了北斗导航卫星定轨理想几何构型条件,得到影响定轨精度的几何因子,包括测站数量、覆盖范围、分布密度;利用离散概率密度方法研究地面站构型,分析了3类卫星轨道改进机理和优化方法。通过算例,讨论了增加5个中国区域基准站改善离散概率密度指标,优化全球北斗卫星定轨构型,发现GEO和IGSO卫星精度改善最为明显,MEO卫星改善最小;其中GEO卫星提高了10%,IGSO卫星提高了16%,MEO卫星提高了4%。