低轨卫星增强北斗三号导航星座性能分析

针对低轨卫星星座有待合理化设计的问题,深入研究了低轨卫星星座增强北斗三号系统定位性能。分析轨道高度、轨道倾角、星座构型对星座覆盖性能的影响,仿真北斗三号、GPS和3种不同类型的低轨星座,研究各低轨星座与北斗三号、GPS的组合系统在所选7个测站以及全球范围内的可见卫星数和PDOP值分布。结果表明低轨卫星对北斗三号的增强效果主要与低轨卫星数目有关,且不同轨道倾角的组合低轨星座有利于均衡系统在全球范围内的可见卫星数与PDOP值分布。低轨卫星有望通过改善卫星观测几何构型提高北斗三号系统的定位性能,且增强效果与低轨星座构型密切相关。     

三种典型低轨增强星座与北斗系统联合应用的RAIM性能分析

接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)是终端用户高可靠导航定位的保障,低轨卫星的发展为完好性监测带来新的机遇,然而不同低轨星座增强下的终端RAIM性能可能会存在显著差异。基于高轨道倾角(80颗)、中轨道倾角(120颗)和混合轨道倾角(168颗)3种典型的低轨星座,系统评估了低轨卫星增强下的北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）RAIM可用性及故障检测效果。仿真计算结果表明：对于高纬区域,高轨道倾角增强下的RAIM可用性效果最好,而在中、低纬区域,中轨道倾角星座增强下的RAIM可用性效果最优;在全球范围内,高轨道倾角、中轨道倾角和混合轨道倾角星座增强下非精密进近阶段的RAIM可用性较BDS分别提升30.5%、29.0%和41.0%。由此可知,由不同轨道倾角组成的混合星座可较好地弥补可视卫星在空间覆盖上的缺陷,其全球RAIM可用性增强效果最优,增强下的RAIM可检测到的最小伪距偏差较之前平均减小33.3 m。     

低轨卫星与星间链路增强的北斗卫星联合定轨精度分析

为提升区域地面监测站条件下北斗卫星定轨精度,面向日益丰富的北斗星载数据和即将实现的星间链路技术,提出了联合运用地面监测站数据、低轨卫星星载数据与星间链路数据的北斗卫星精密定轨方法。讨论了低轨卫星星载数据与星间链路数据增强对于导航卫星精密定轨的影响,重点从低轨卫星数量、轨位分布及星间链路等方面进行了仿真分析。结果表明:加入少量低轨卫星与区域监测站联合定轨即可显著提高导航卫星定轨精度约73%,钟差解算精度略有改进但不明显;同等数量且均匀分布的低轨星座,其轨位分布对联合定轨精度影响不大;加入星间链路数据可大幅提升导航卫星定轨精度,且改进效率高于低轨卫星。     

北斗卫星导航系统完好性性能测试方法与分析

导航系统的完好性是指系统在不能使用时,及时向用户发出告警的能力。北斗卫星导航系统完好性研究处于刚起步阶段,实施办法、实验监测和衡量标准急需建立和完善。本文对北斗卫星导航系统完好性性能测试方法进行了深入研究,提出了适用于北斗二代导航系统完好性性能的监测方法。     

低轨增强北斗的星地一体化系统仿真及综合性能评估研究

北斗卫星导航系统将考虑纳入低轨星座,通过高中低轨星座融合,构建全球覆盖时空网络。然而,低轨星座正处于建设阶段,对低轨增强北斗系统的研究尚缺少仿真和多方位的性能评估。围绕低轨增强北斗系统高逼真仿真和增强性能多方位评估开展研究,构建了融合实际测量数据和空间物理理论模型的高逼真低轨星座仿真模型,提出了低轨增强系统综合性能评估方法,设计建立了低轨增强北斗的星地一体化系统仿真及综合性能评估平台,揭示了低轨星座对已有导航系统性能增强效果。结果显示,在系统侧方面,低轨增强在提升北斗精密产品精度的同时可减少地面测站数量及分布限制;在用户侧方面,低轨卫星的加入有望使北斗精密单点定位收敛时间缩短至10 min以内。研究成果可为低轨增强导航系统建设提供理论和应用支撑。     

低轨导航增强GNSS发展综述

低轨星座具有地面接收信号强度高、几何图形变化快的优势,能够与中高轨GNSS星座形成互补,对增强GNSS的精度、完好性、连续性和可用性具有显著优势,已成为当前卫星导航领域的关注热点。本文首先简要介绍了现有的GNSS增强系统;总结了国内外低轨导航增强星座发展现状;针对低轨导航增强,对比分析了高中低轨导航星座的优缺点;重点讨论了低轨导航增强在联合定轨、快速精密定位、空间天气监测和室内定位等方面带来的机遇;分析指出了低轨导航增强的空间段、地面段和用户段所面临的挑战。     

伪卫星辅助下的北斗GBAS完好性增强技术研究

根据机场实施精密导航技术（RNP）的要求,国际民航组织（ICAO）提出地基增强系统（GBAS）,GBAS必将成为未来发展的必然趋势。但是在复杂的机场环境下,卫星信号易受外界影响和干扰,连续性不足,进而影响GBAS系统完好性性能的实施。因此,本文提出了伪卫星与北斗卫星联合定位增强GBAS的方法,并从加入伪卫星后的精度因子（DOP）、多参考一致性检测（MRCC）、完好性等方面进行了对比仿真分析。仿真结果表明,增加伪卫星后的系统精度因子得到了明显改善（PDOP小于3）,同时提高了完好性性能,能够为复杂环境下的机场提供GBAS CAT Ⅱ类及以上等级的精密进近服务。     

低轨卫星增强BDS单频伪距单点定位

针对单频定位由于成本优势被广泛运用,却无法同时满足较高精度要求的问题,对低轨卫星增强单频定位精度的效果进行了探究。基于卫星工具包软件仿真北斗卫星导航系统与铱星系统观测数据,并结合误差建模实现高低轨卫星联合定位算法,分析不同纬度观测站的定位结果。结果表明,当可见卫星比例(LEO:总体)从5%上升到18%,定位精度改善比从48%提升到80%左右,呈现一定正相关性;误差标准差在U方向上均有大于50%以上减小,在E、N方向则出现大约10%的浮动,总体有改善的趋势。因此,低轨卫星的加入可以有效提高伪距单点定位精度。     

低轨卫星星载GNSS精密定轨的精度检核方法

基于星载GNSS的低轨卫星精密定轨是目前大地测量领域的研究热点,也是解决我国对地观测卫星精密轨道确定最有效的手段。讨论了目前低轨卫星星载GNSS精密定轨的精度评价方法,并通过对GRACE卫星的实测和仿真数据的处理和分析,讨论了这些方法在不同观测条件下的有效性与局限性。     

珞珈一号低轨卫星导航增强系统信号质量评估

低轨卫星导航信号增强能够弥补现有中高轨导航卫星信号收敛慢、信号弱的不足,在下一代导航定位技术中占有重要地位。武汉大学研制的珞珈一号科学实验卫星搭载了导航增强载荷,能够在轨自动计算轨道和钟差,并自主生成和播发双频测距信号,首次实现了低轨卫星平台的导航信号增强。就珞珈一号卫星导航增强信号的质量,包括信号载噪比、伪距和载波相位测量精度以及单星授时精度进行了评估,结果显示,珞珈一号卫星高仰角的伪距和载波相位测量精度分别优于1.5 m和1.7 mm,能够满足导航信号增强的需求。珞珈一号卫星单星授时的精度在10~30 ns量级,证明了珞珈一号卫星星地测距链路的正确性和有效性。     

星载BDS/GPS低轨卫星定轨精度分析

针对低轨卫星搭载BDS/GPS接收机实现定轨将成为定轨领域热点的现状,该文讨论了基于星载BDS/GPS实时定轨和精密定轨需要考虑的数学模型,阐述了实时定轨和精密定轨的模型差异。基于自主研发程序,利用高动态信号仿真器仿真的星载BDS/GPS数据研究了基于星载BDS/GPS实时定轨和精密定轨的可行性及其能达到的精度。试验结果表明,星载BDS/GPS实时定轨位置精度为1.19m,速度精度为2.35mm/s。GPS信号发生中断时即仅采用BDS观测数据进行实时定轨时,三维位置误差达到3.73m;星载BDS/GPS精密定轨位置精度为2.30cm,仅采用BDS观测数据进行精密定轨时,三维位置误差可达到8.26cm。     

数据缺失情况下BDS定位性能分析

针对观测数据的缺失会影响数据处理效果、降低定位精度的问题,该文为了探明缺失数据是如何影响定位,进行静态定位实验分析3类卫星对定位误差的影响,进行动态定位实验测试了在缺失数据的真实情况下北斗卫星系统的定位性能。静态实验结果表明,在伪距单点定位中缺失GEO卫星时三维点位精度下降了85%,在缺失IGSO时定位精度下降了43.8%,缺失MEO卫星时定位精度下降了6%,在载波相位定位中缺失3类卫星数据对定位精度虽然也有影响,但不如伪距定位的影响大。在动态实验中发现在无遮挡的环境中,BDS定位精度不受影响,且定位精度较高,可与GPS相媲美;在遮挡的环境中,GPS和BDS都出现了信号质量下降的情况,BDS数据缺失比GPS严重,缺失严重时定位出现较大的误差,结果不可靠。     

傅里叶级数拟合LEO轨道误差下的BDS/GPS/LEO精密单点定位

针对目前多数低轨道地球卫星(LEO)设计处于初步论证阶段,LEO轨道无法精确获取,轨道误差难以准确表述的问题,提出了一种傅里叶级数拟合LEO轨道误差下的BDS/GPS/LEO精密单点定位(PPP)分析方法.该方法根据LEO精密定轨后的轨道误差呈现准周期正弦特性,利用傅里叶级数拟合LEO轨道误差,并仿真生成LEO观测数据...     

智能手机BDS/GPS非差RTK定位软件实现及性能分析

针对当前智能手机终端伪距观测值精度不高和单系统稳定性较差的问题,该文基于安卓(Android)平台开发了一款BDS/GPS融合系统非差RTK定位算法应用程序.该应用程序既可作为手机导航芯片原始观测数据记录软件,也可作为定位算法处理GNSS数据的载体,使终端用户定位方式更加灵活.设计实验对比分析了 BDS单系统、GPS单...     

基于BDS观测网的卫星钟差完备性监测

卫星钟差质量直接影响到高精度用户的定位结果,因此需对钟差实时监测,即为卫星钟差完备性监测。它是导航系统完备性理论体系中重要的组成部分。本文基于BDS伪距观测值,利用多个BDS/GPS基准站计算卫星钟差并分析各卫星与不同基准站的观测值的残差,若某一卫星的观测值残差与其他卫星残差差异超过限值,应给出示警信息,实现BDS卫星钟差的完备性监测。基于上述理论,基于BDS网观测数据进行BDS卫星钟差完备性监测,并分析BDS卫星钟差的监测结果。该方法初步实现了BDS卫星钟差完备性监测,为后续BDS完备性监理论研究提供了一定的技术支持。     

北斗/GNSS全球增强系统关键问题研究及服务性能分析

北斗/GNSS多系统全球实时增强服务是目前可提供大范围高精度位置服务的有效手段.随着导航星座卫星数增量发展及对更高精度位置需求的不断深入,对多系统融合数据处理带来了巨大挑战,亟需针对不同系统特点,设计多GNSS全球实时高时效增强信息估计技术并解决不同系统在终端层的信号差异,以提升用户高精度应用性能.论文围绕北斗/GNS...     

BDS/GPS单历元多频定向算法性能对比

针对多频多系统定向的不同需求,该文采用了BDS/GPS单历元双差非组合定向算法以及附有基线长约束的最小二乘降相关平差模糊度固定方法。4组实测数据的处理结果表明,单频GPS、单频BDS的模糊度平均固定成功率分别为55.9%、84.3%;单频双系统、多频(双频三频)单系统及多频(双频或三频)双系统定向时,其模糊度固定成功率均可达98%以上;在模糊度固定正确的情况下,BDS/GPS组合定向的精度最高,且与单GPS较为相近,但两者都略高于单BDS,频率差异所带来的精度差异并不明显。     

低轨卫星导航增强星座地基观测仿真系统设计

现阶段整星座低轨卫星观测数据的缺失制约了LEO卫星导航增强研究,针对该问题,本文设计了LEO导航增强星座地基观测仿真系统,构建生成了LEO星座伪距和载波相位观测值的仿真模型;介绍了仿真系统设计流程和架构、仿真地基LEO观测数据;使用RTKLIB进行了标准单点定位（SPP）和精密单点定位（PPP）解算,验证了仿真系统搭建的正确性,以及伪距和载波观测值仿真的正确性。结果表明,相较于只考虑几何距离的地基观测数据,该系统考虑各误差模型后观测数据置信度高,可用于支撑LEO导航增强星座定位研究。     

BDS格网点电离层信息性能评估

电离层延迟是造成卫星导航系统误差的重要来源之一,因此,电离层延迟的修正精度直接影响用户定位精度．随着北斗卫星导航系统（BDS）全面服务亚太地区,用户对BDS高精度定位导航服务的需求日益迫切．同时BDS将基本导航服务和广域差分服务进行了一体化设计,为用户发布了高更新频率的格网点电离层信息,有效提升了用户的定位精度．本文利用2017年1月—2018年10月的数据对BDS格网点电离层信息的服务范围和服务精度进行评估,结果表明:格网点电离层信息有效覆盖区域基本覆盖中国区域,修正偏差约1.62 TECU,修正率约为86.7％;格网点电离层信息修正精度具有季节变化,冬季修正精度较低且波动较大,修正率约为82％,其他季节修正率均优于87％;修正偏差、修正率白天均高于夜间;格网点电离层信息具有较强的抗拢动能力．