利用北斗系统建立和维持国家大地坐标参考框架的方法研究

2000中国大地坐标系统（China Geodetic Coordinate System 2000,CGCS2000）的建立和维持主要依赖于GPS技术,不利于保障国家时空信息安全。中国北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）提供亚太区域服务,可满足中国及周边地区高精度定位导航应用需求,对建立和维持国家大地坐标参考框架具有重要意义。研究利用已建成的北斗基准站网观测数据,实现基于BDS技术、并与国际地球参考框架（International Terrestrial Reference Frame,ITRF）一致的国家大地坐标参考框架,为今后国家级和全球性北斗坐标参考框架（BeiDou Terrestrial Reference Frame,BTRF）的建立和维持提供理论基础和方法支撑。初步计算结果表明,积累2 a以上的观测数据,利用单独BDS数据可以获得与GPS精度相当的水平速度场,精度约为2~3 mm/a。基于单独BDS数据,测站残差平面和高程的重复性分别可优于0.8 cm和1.7 cm。利用BDS数据已可监测到测站高程方向的季节性变化。此外,还对单独BDS与GPS数据计算的坐标可能存在的与经纬度相关的系统误差进行了分析。总体来说,目前的北斗系统可满足建立和维持中国cm级大地坐标框架的需求。     

四川北斗CORS试验网基线解算精度分析

连续运行参考站(CORS)是我国坐标框架维护和坐标基准服务的关键设施。本文研究了北斗系统(BDS)连续运行参考站的高精度基线解算及平差方法,并开发相应处理软件。针对四川省7个北斗连续运行参考站4天(2013/9/22—2013/9/25)的基线数据进行平差实验,结果表明四川省地区BDS基线解算精度较GPS基线解算精度差,BDS/GPS基线精度与GPS基线解算精度相当,随着基线长度的增加,BDS基线解算精度降低,相对精度可以达到10-6。     

基于BDS的广东省坐标框架建立及精度分析

利用广东省BDS地基增强系统中的北斗观测数据,采用武汉大学高精度GNSS数据处理软件PANDA,实现了广东省BDS基准站网的高精度坐标解算,重复性精度指标为平面方向0.37 cm,高程方向0.74 cm。基于该结果建立的以BDS基准站网为主的广东省坐标框架,与GPS建立的坐标框架对比发现,平面及高程方向精度分别为0.50 cm、0.94 cm、满足国家二等控制网平面方向5 mm、高程方向10 mm、相对精度不低于1×10-7的精度要求。     

基于北斗的精密单点定位估计对流层天顶延迟精度分析

通过全球导航卫星（GNSS）系统获取对流层天顶延迟对于气象和电波折射修正具有重要应用价值。利用自主研发的静态精密单点定位软件CRPPP,基于国际GNSS地球动力学服务局（IGS）发布的北斗系统（BDS）精密星历和精密钟差,给出了BDS估算天顶延迟结果。以IGS发布的全球定位系统（GPS）结果为参考对比,BDS估算天顶延迟结果平均偏差优于5mm,均方根误差（rms）优于2．3cm．同时,给出了西沙地区GPS与BDS估计结果,结果表明：利用北斗系统估计的对流层天顶延迟精度与GPS相当。     

BDS建立超高层建筑施工控制网的约束平差分析

针对评估北斗卫星导航系统(BDS)独立建立超高层建筑施工控制网的可行性，分析不同约束条件对网平差的影响，该文结合建立超高层建筑施工控制网工程实例，比较了BDS和全球定位系统(GPS)静态控制测量的精度差异，研究了高精度全站仪距离测量作为约束条件对网平差的影响。实验结果表明，BDS独立建立超高层建筑施工控制网完全可行，BDS静态控制网坐标约束平差后整体点位精度相对于GPS平均高出15.7%;进一步将全站仪测距值作为约束条件进行网平差后，相对于坐标约束平差，使用GPS观测值的网平差结果在施工坐标系两个方向上分别平均改善了10.3%和29%,BDS分别平均改善了16.7%和18.9%,GPS+BDS组合则分别平均改善了11%和24.7%,同时还将网平差的尺度差平均减少了65.9%,使基线向量平差后的尺度与地面网的尺度更加接近。     

BDS似单差模型变形信息快速解算与分析

针对基于GPS下似单差模型不能解算大变形量的问题,文章充分利用北斗卫星导航系统（BDS）全星座播发三频信号的优势,采用BDS三频组合观测值模糊度快速解算方法快速解算模糊度,实现似单差模型下BDS单历元快速提取大变形信息,并比较了BDS和GPS下似单差模型的解算精度．高精度三维移动变形测试平台实验表明,采用上述方法,BDS似单差模型可快速解算大变形量,且BDS和GPS系统下似单差模型的解算精度相当,可达到厘米级.      

北斗辅助无人机航摄影像的空中三角测量

介绍了北斗（BeiDou system,BDS）和BDS/GPS组合两种动态差分定位的基本模型,利用搭载有双频可同时接收BDS、GPS信号的全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）接收机的无人机低空航摄系统对嵩山航空检校场进行航空摄影实验,比较了GPS、BDS以及BDS/GPS组合3种差分定位的结果,并利用3组摄站坐标进行了GNSS辅助空中三角测量。实验结果表明,利用3种定位模式获取的摄站坐标分别辅助光束法区域网平差的实际精度是一致的,平面中误差均小于±0.17 m,高程中误差均小于±0.25 m,可以满足丘陵地1:500比例尺地形测图的摄影测量加密精度要求。     

长距离GPS/BDS双系统网络RTK方法

基于区域参考站网的网络实时动态定位(real-time kinematic,RTK)方法是实现全球定位系统(global positioning system,GPS)、北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation system,BDS)高精度定位的主要手段.研究了一种长距离GPS/BDS双...     

HBCORS高精度参考框架获取策略分析

通过对HBCORS坐标联测方法、基线处理策略以及网平差策略进行研究,分析了HBCORS高精度参考框架建立的方法,为高精度区域参考框架的获取以及高精度GPS网数据处理提供了思路。     

不同时长的北斗精密单点定位精度分析

针对北斗卫星导航系统(BDS)在南海区域的服务性能问题,该文基于无电离层组合实现了BDS精密单点定位算法。基于在我国西沙采集的BDS观测数据,利用我国iGMAS的北斗轨道和钟差产品,分3个不同时长(0.5、2、24h)对我国北斗卫星导航系统在中国南海区域的定位精度进行了分析。从实验结果可知,利用北斗卫星导航系统已可实现我国南海区域的高精度定位。     

基于国家基准站的北斗数据质量分析

GNSS数据质量可为高精度数据处理提供基础性的参考信息,目前GPS数据质量检查方法成熟且数据资源丰富,而北斗数据质量缺少系统全面的分析。该文介绍北斗观测数据质量检查内容和方法,并基于国家基准站计算了北斗数据多路径效应、周跳、信噪比等质量结果,分析了北斗质量特性和影响因素,并将北斗与GPS进行了对比。结果表明,北斗数据多路径误差、信噪比等质量指标与高度角和信号频率有关,在相同环境下北斗数据质量在多路径误差方面优于GPS数据质量,信噪比方面北斗SN2优于GPS,SN1和SN3较GPS稍差。     

BDS/GPS工程控制网质量分析

针对北斗卫星导航系统(BDS)建立工程控制网的应用问题,以广东省域内某控制网为实例,分别从观测数据质量情况、基线解算与平差精度、坐标结果差异性等指标,与GPS进行对比,验证了BDS系统建立工程控制网的可行性.结果表明,BDS可见卫星数与GPS相差不大,BDS的基线解算与平差精度整体略低于GPS,且在U方向上相对更为明显.当测站数据质量较好时,BDS/GPS坐标结果平均只有毫米级的差异,完全可替代GPS作为最终成果;当测站数据质量较差时,坐标结果平均有毫米级至厘米级的差异,可满足一般工程控制网的要求.     

GNSS相应坐标系之间的关系及其影响

不同的GNSS采用的坐标系定义几乎相近,但参考椭球及其坐标实现不同,这将影响多GNSS融合导航定位效果。根据各GNSS坐标系所采用参考椭球的基本常数,计算比较了不同坐标系参考椭球参数的差异;导出了相应的正常重力公式,比较了这些正常重力公式确定的正常重力值差异;最后分别从坐标系统的定义与实现两个方面分析了其对定位结果的影响。结果表明:1)GPS(BDS)与Galileo和GLONASS所使用的参考椭球引起正常重力差约为0.15和0.30 mgal;2)GPS与BDS,Galileo及GLONASS所使用参考椭球引起纬度分量最大差异约为0.1 mm,3 cm和3 cm,高程分量约为0.1 mm,0.5 m和1 m;3)各GNSS所使用坐标框架间转换参数引起的坐标变化达到厘米级。     

BDS精密单点定位在海洋石油钻井平台动力定位系统的应用研究

深水动力定位(DP)石油钻井平台依赖于高精度的位置参考基准,精密单点定位(PPP)技术是提供海上高精度位置服务的首选方式。目前海上石油钻井平台DP系统所需的高精度位置参考基准以GPS为主。随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的全球组网,BDS实时PPP必将为全海域作业提供自主高精度的位置参考基准。本文就自主研制的BDS实时PPP产品开展实船应用研究,并接入南海作业的某DP系统。结果表明,相比于国外同类产品,收敛后的三维位置差异性小于50 cm,接入DP系统后BDS与GPS信息所占的权值一致,验证了BDS单系统实时PPP在海洋石油钻井平台DP系统应用的可行性。     

一种高精度北斗基线解算软件的研制与性能分析

针对高精度载波相位相对定位解算的需求,研制了北斗基线解算软件BGO（BeiDou Navigation Satellite System/Global Positioning System Office）。BGO能单独处理北斗及GPS数据,也可以将北斗与GPS观测数据进行联合解算。结合一高速铁路基础平面控制网（basic plane control network,CPI）的测试表明,BGO解算北斗基线X、Y、Z方向的分量精度分别优于1 mm、2 mm、1 mm,能满足高精度高速铁路CPI控制网的要求;BGO处理GPS数据的精度与TGO（Trimble Geomatics Office）软件、Bernese软件基本一致,处理北斗与GPS联合基线性能与TBC（Trimble Business Center）软件相当。相比独立系统,联合处理北斗和GPS数据能有效提高基线解算合格率与精度。     

Assessment of second- and third-order ionospheric effects on regional networks: case study in China with longer CMONOC GPS coordinate time series

Higher-order ionospheric (HOI) delays are one of the principal technique-specific error sources in precise global positioning system analysis and have been proposed to become a standard part of precise GPS data processing. In this research, we apply HOI delay corrections to the Crustal Movement Observation Network of China’s (CMONOC) data processing (from January 2000 to December 2013) and furnish quantitative results for the effects of HOI on CMONOC coordinate time series. The results for both a regional reference frame and global reference frame are analyzed and compared to clarify the HOI effects on the CMONOC network. We find that HOI corrections can effectively reduce the semi-annual signals in the northern and vertical components. For sites with lower semi-annual amplitudes, the average decrease in magnitude can reach 30 and 10 % for the northern and vertical components, respectively. The noise amplitudes with HOI corrections and those without HOI corrections are not significantly different. Generally, the HOI effects on CMONOC networks in a global reference frame are less obvious than the results in the regional reference frame, probably because the HOI-induced errors are smaller in comparison to the higher noise levels seen when using a global reference frame. Furthermore, we investigate the combined contributions of environmental loading and HOI effects on the CMONOC stations. The largest loading effects on the vertical displacement are found in the mid- to high-latitude areas. The weighted root mean square differences between the corrected and original weekly GPS height time series of the loading model indicate that the mass loading adequately reduced the scatter on the CMONOC height time series, whereas the results in the global reference frame showed better agreements between the GPS coordinate time series and the environmental loading. When combining the effects of environmental loading and HOI corrections, the results with the HOI corrections reduced the scatter on the observed GPS height coordinates better than the height when estimated without HOI corrections, and the combined solutions in the regional reference frame indicate more preferred improvements. Therefore, regional reference frames are recommended to investigate the HOI effects on regional networks.     

北斗/GPS抗差移动窗口定权位移探测

蠕变状态下Kalman定位精度通常与观测值方差有极大关系,BDS(BeiDou Navigation Satellite System)/GPS组合观测值方差易受观测值权比精确度的影响。为了提高位移探测精度、缩短初始坐标收敛时间及降低监测成本,本文采用时钟同步双天线BDS/GPS接收机,在构建单频单差组合定位模型基础上,分别对GPS和BDS观测值等价权进行抗差处理,利用引入时间相关遗忘因子的Helmert方差估计,精确确定GPS与BDS观测值权比,最后通过实时更新观测值方差,实现扩展Kalman滤波的逐历元定位。试验结果表明,针对短基线(1km),BDS/GPS抗差精密定权Kalman方法可显著缩短初始坐标收敛时间,位移探测精度可达到亚毫米级,位移收敛速率与移动窗口参数基本成反比关系,适用于具有蠕变特征形变体的监测。