北斗三频消电离层伪距差分定位及其精度分析

我国的北斗系统（BDS）是目前唯一全系统卫星播发三频信号并能提供区域成熟导航定位服务的卫星定位系统。相比双频信号,利用三频信号有望获得更好的导航定位结果。本文基于实测BDS三频数据,主要测试分析了双频消电离层组合和三频模式下的最小噪声消电离层组合的伪距差分定位性能。首先利用历元间观测值差分的方法,获取了实测BDS数据3个频点的伪距精度;其次应用最小范数法求解了三频最小噪声消电离层组合系数。理论分析结果表明,三频伪距噪声最优组合相比双频情况有所改进,但幅度不大;基于实测北斗三频数据的定位结果也显示出相同的结论,即定位精度略有提升,但幅度不大。     

一种基于BDS三频观测量的精密单点定位算法

针对传统双频BDS精密单点定位收敛速度及定位精度如何进一步提高的问题,该文提出了一种基于两组消电离层组合的BDS新三频精密单点定位(PPP)定位算法,并且对由于引入第3个频段观测量所导致的函数和随机模型与传统双频PPP模型存在的差异进行了公式推导。最后利用实测数据以动态和静态模式对新三频PPP模型进行了测试,以传统双频PPP解算结果为参照,对新三频PPP模型的收敛速度及定位精度进行了评估分析。基于实测数据的测试结果表明,新三频算法有利于提升定位解算的精度并有效缩短初始收敛过程,而且这一改善效果在动态模式下较静态模式更为显著。     

三频BDS电离层延迟改正分析

针对电离层改正会引起观测噪声放大,尤其三频二阶改正致使观测噪声被过分放大的不足,该文分别推导了BDS电离层双频一阶改正、三频一阶改正和三频二阶改正模型及三频载波无电离层组合模型。改正电离层延迟的同时会不同程度地放大观测噪声,为此分析比较了各种方法改正后的观测值精度和观测噪声,并对不同方法的应用进行了分析。     

极地BDS⁃3数据质量与多频定位性能分析北大核心CSCD

为分析BDS⁃3在极区的数据质量与定位性能,本文基于MGEX南北两极附近4个测站连续7 d的观测数据进行数据质量评估,并分析不同双频/三频组合精密单点定位(PPP)定位性能。结果表明,BDS⁃3在两极平均可见星数约为10颗,位置精度因子(PDOP)为1.7,南、北两极数据完整率分别约为96.2%、90.1%,信噪比两极相差不大,均为45 dB⁃Hz,MP RMS为27~35 cm;BDS⁃3双频/三频PPP在极区能达到收敛后1~3 cm的定位精度,其中三频较双频定位精度有一定提升;三频无电离层两两组合(IF1213)U方向提升最大,约为21.8%,三频非差非组合(UC123)平均提升约8.3%;IF/IF1213组合收敛时间分别为15.4、18.3 min,优于UC/UC123的28.0、28.2 min。     

四川省BDS PPP可行性及精度分析

随着北斗系统(BDS)为亚太地区提供服务,我国北斗系统双频精密单点定位(PPP)的可行性与定位精度有待研究,为此本文首先探究了BDS双频无电离层组合PPP算法及卡尔曼滤波参数估计策略,并在此基础上开发相应数据处理软件,对四川连续运行参考站的BDS观测数据进行处理分析,结果表明BDS可以在四川省实现PPP,其平面精度5cm以内,高程精度10cm以内,定位精度目前不及GPS PPP。     

北斗三频精密单点定位模型比较及定位性能分析

在Trip软件的基础上实现了北斗三频无电离层两两组合、三频消电离层组合和三频非组合精密单点定位（precise point positioning,PPP）算法。利用12个陆态网观测站的北斗三频观测数据对3种三频PPP定位模型及传统的双频无电离层组合PPP模型的定位性能进行分析。试验结果表明,对大多数测站,3种三频PPP模型静态定位精度水平方向优于1 cm,高程方向优于2 cm,动态定位精度水平方向优于4 cm,高程方向优于6 cm;3种三频PPP模型静态收敛时间约为120 min,动态收敛时间约180 min;相比于传统的双频PPP模型,三频PPP模型的定位精度有所提高,其中,三频非组合模型静态单天解RMS在水平方向和高程方向分别提高36.1%和6.3%,动态单天解RMS在水平方向和高程方向分别提高9.1%和6.3%。     

无电离层组合的三频GNSS精密单点定位模型及评估

针对多频的加入会带来诸如频间偏差、频间钟差偏差等问题,该文基于原始观测方程推导出适用于卫星播发频率不一致的三频无电离层(IF)两两组合模型,在原始全球导航卫星系统(GNSS)观测方程的基础上推导了一种适用于多系统的三频无电离层组合精密单点定位(PPP)模型,顾及了对差分码偏差、频间偏差等误差项的处理,并通过静态测站和动态车载试验数据评估了三频无电离层组合PPP模型的定位性能。结果表明：静态环境下,第三频的加入能使单全球定位系统(GPS)在17.9 min完成收敛后达到0.96、0.57、1.30 cm的定位精度,收敛时间提升了24.5%,平面精度提升了11.9%和10.9%,但对天顶方向的精度没有提升;而对于多系统组合,第三频的加入对收敛时间和定位精度均有明显的提升。GPS/Galileo/BDS组合PPP精度能达到0.73、0.49、1.21 cm,提升了25.5%、19.7%、24.4%;收敛时间为10.70 min,提升了34.2%。动态环境下,采用三频观测值的E+C方案的PPP精度可以达到0.29、0.09、0.23 m,提升了23.7%、35.7%、54.9%;G+E+C方案...     

Galileo双频/三频精密单点定位性能分析

基于目前Galileo卫星发射的多频导航信号,采用MGEX 2037周的数据从定位精度和收敛时间方面系统比较分析了Galileo双频无电离层组合、双频非差非组合和三频非差非组合PPP的定位性能。实验结果表明,对大多数测站,三频PPP静态单日解定位偏差水平方向优于1 cm,高程方向优于2 cm;动态定位偏差水平方向优于5 cm,高程方向上优于10 cm。相比于双频非组合PPP模型和双频消电离层PPP模型,三频非组合模型静态单日解定位偏差分别提高17.8%和19.6%;动态单日定位偏差提高了9.6%和34.0%,但收敛时间提高幅度不明显。     

基于高频观测值的不同GNSS卫星钟稳定性分析

在GNSS高精度数据处理中,卫星钟差往往是决定结果精度的核心因素之一。采用20 Hz的双频观测数据对GNSS星载原子钟0.05~100 s平滑时间下的短期稳定性进行分析,通过星间单差的方法消除接收机钟差,采用无电离层组合及夜间观测避免电离层高阶项短期变化的影响,同时采用经验模型和映射函数来进行对流层延迟改正。通过Lag 1自相关函数分析了影响GNSS卫星钟稳定性的主要噪声类型,并使用阿伦方差计算分析GPS、GLONASS及BDS各自系统内不同卫星组合之间的钟差。结果表明,GPS、GLONASS及BDS系统钟差稳定性0.05秒稳均可达到10-10量级,秒稳可达10-11量级。可以认定,GPS、GLONASS及BDS在短期内的稳定性量级相当,从而验证了基于星间单差的BDS掩星数据处理方案的可行性。     

非组合精密单点定位算法精密授时的可行性研究

利用基于GPS双频原始观测数据的非组合精密单点定位(PPP)算法进行精密授时,给出了其数学模型与数据预处理策略。实验结果表明,非组合PPP算法可以有效避免传统PPP算法由于观测值组合过程中观测噪声及多路径效应误差被放大而造成的对接收机钟差解算的不利影响,实现亚纳秒级(0.3 ns)的钟差解算精度;同等条件下,非组合PPP算法授时精度优于传统PPP算法,可以用于精密授时解算。     

一种加快BDS精密单点定位初始化的方法

由于BDS卫星的星座特性及卫星的轨道和钟差的精度影响,使得传统消电离层组合精密单点定位(PPP)的初始化时间较长。针对上述问题,文中对附加电离层约束的非组合精密单点定位算法进行研究。首先介绍非组合PPP算法,分析其与传统PPP的差异;其次分别利用CODE电离层格网产品,以反距离加权算法计算的站星电离层延迟、低阶球谐函数建立的区域电离层产品等作为先验信息对非组合PPP进行约束。通过MGEX观测网实测数据静态和仿动态计算表明,相比传统消电离层组合PPP,附加电离层约束的非组合PPP能够有效缩短初始化时间,同时能够获得高精度的定位结果。     

北斗双频／三频静态精密单点定位性能比较与分析

针对目前仅北斗全星座提供三频观测数据,而不同线性组合模型影响精密单点定位(PPP)精度和收敛速度的问题,本文着重推导了北斗三频无电离层最优组合精密单点定位数学模型,以此为基础,采用大量实测数据进行北斗双频、三频静态PPP实验。结果表明,相比于北斗双频静态PPP,北斗三频静态PPP在收敛速度和定位精度上有所提高,绝对定位精度可达2～3 cm,与GPS双频精密单点定位水平相当。      

GNSS卫星中DCB的使用方法

分析了GPS码间偏差的由来及使用方法。针对BDS自身的特点,推导了一种适用于BDS卫星码间偏差的归算方法,即伪距无电离层组合方法。通过此方法,可以将广播星历发布的B3频点天线电子相位中心归到B1+B2、B1+B3双频和B1+B2+B3三频天线电子相位中心,使双频和三频用户能够更好地利用钟差参数进行高精度定位研究。本文研究对于正确理解导航电文中的钟差参数具有重要的参考意义。     

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。     

基于GNSS多星座PPP的时间传递精度分析

高精度时间传递是时间实验室建立和维持标准时间尺度及保持时间同步的基础。本文基于GNSS多星座精密单点定位(PPP)技术,采用IGS提供的精密卫星轨道和钟差产品进行单站时间传递精度分析。实验结果表明,GPS/BDS/GLONASS/Galileo四系统组合PPP可以实现亚纳秒级的时间传递,时间传递精度较GPS单系统具有一定程度的提高。通过对连续4天卫星数据的分析,发现GNSS多星座PPP所解算的钟差解能够达到2×10~(-13)~7×10~(-13)的频率稳定度,与IGS发布的钟差产品具有很好的频率一致性。     

基于北斗系统三频特性的观测质量分析

本项研究在双频消除电离层技术的基础上,根据北斗的三频特性,消除观测值中的几何观测量,得到消电离层消几何观测量的组合值,并且对同一地区两个测站同步观测数据的组合值站间单差处理,在伪距观测和载波观测两个方面,分析各类卫星观测值的噪声和多路径误差的相关特征,预估和评定北斗系统的观测质量.结果表明:地球静止轨道卫星观测值主要影...     

双频BDS实时精密单点定位算法和精度分析

为了对BDS实时精密单点定位性能进行评估,该文提出了一种适用于BDS系统的实时精密单点定位算法。采用无电离组合模型作为双频实时精密单点定位的数学模型,采用电离层残差法和Melbourne-Wübbena组合实时探测相位周跳,进而单历元实时估计坐标、模糊度等参数,实现了BDS双频实时精密单点定位算法。基于此算法,采用轨道钟差产品和采样间隔为1s的观测数据,模拟实时BDS双频精密单点定位算法,并评估其定位精度。实验结果表明:BDS双频实时定位的平面精度和三维精度均为0.2m左右。     

卫星精密定轨的三频观测量IF组合法

随着全球卫星导航系统的发展,GNSS卫星发播多频观测量已成必然趋势。然而,目前IGS分析中心依然使用双频观测量的策略进行轨道、钟差等产品的解算,并没有顾及额外频点观测量对定轨产品带来的效益。本文使用两个双频无电离层组合（IF）作为观测模型,研究第三频点观测量对轨道、钟差及测站位置精度的改善。在观测方程中将卫星端的相位偏差分成时变和时不变分量,通过对两个IF组合的观测方程进行参数重组,推导了与IGS钟差产品基准一致的满秩观测模型。基于超宽巷、宽巷和窄巷双差模糊度构建策略,给出了三频观测量的模糊度固定方法。首先以12颗GPS Block IIF卫星为例,在两种测站布局情况下进行L1/L2 IF双频定轨（S1）、L1/L5 IF双频定轨（S2）、L1/L2和L1/L5两个IF组合的三频定轨（S3）试验。结果表明S3方案最优,测站均匀、不均匀情况下轨道结果S3相较S1分别改善10%以内、10%左右,钟差的RMS略有改善,STD分别改善6.4%、10.0%,而S3相较S2的改善幅度更小,改善百分比基本在5%以内。随后进行了BDS单系统定轨,并使用激光检核轨道,表明三频定轨较B1/B3定轨结果改善显著,但是较B1/B2方案结果改善微弱,可能的原因是天线相位中心误差改正值不准确。     

基于不同电离层模型的精密单点定位精度分析

随着PPP的发展与应用,对PPP误差源的研究更加精细、更加科学。电离层折射是高精度PPP的主要误差之一,国内外通用方法是用大气传播理论建立电离层修正模型。本文主要探讨了电离层对精密单点定位影响的基本理论,总结了目前常用方法;研究了Klobuchar模型的改正公式及计算方法;系统地研究了双频观测值建立消电离层延迟模型的理论和方法。使用相同时段的观测数据,将广播星历、Klobuchar模型和双频观测值改正消电离层模型的结果进行比较,发现用GPS双频观测值建立的消电离层模型的精度明显优于广播星历及Klobuchar模型。     

BDS/Galileo四频精密单点定位模型性能分析与比较

北斗卫星导航系统和Galileo卫星系统都可以提供4个频率信号上的服务。本文通过与双频无电离层模型（DF）比较,评估分析了4种BDS/Galileo四频PPP模型性能,即四频无电离层双组合模型（QF1）、四频无电离层组合模型（QF2）、四频非差非组合模型（QF3）和附加电离层约束四频非差非组合模型（QF4）,同时通过等价性原则理论上证明了QF1、QF2、QF3模型的等价性。此外,用1个月参考站的静态数据和1组动态数据分析了四频静态,仿动态和动态PPP性能。试验结果表明,BDS-3 B1C和B2a新频点伪距噪声要略大于B1I和B3I信号,Galileo卫星4个频率上的伪距噪声相差并不明显。对于静态和仿动态PPP模型,QF1、QF2和QF3模型定位性能基本上一致。通过附加外部电离层约束,四频PPP模型性能受到影响,BDS（BDS-2+BDS-3）静态QF4模型相比于QF1、QF2和QF3模型平均收敛时间分别减少了4.4%、4.4%和5.4%,Galileo静态Q4模型平均收敛时间相比于Q3模型增加了16.8 min。对于动态PPP,四频PPP模型相比于双频PPP性能得到提升显著,相比于QF1模型,BDS和Galileo单系统QF4模型三维定位精度分别提高了11.4%和31.4%。BDS/Galileo双系统PPP性能要优于单系统PPP。