LPV-200下中国区域内 ARAIM 可用性评估

随着GNSS星座的增多以及多频技术的发展,基于解分离的高级接收机自主完好性监测算法被广泛研究。本文介绍了该算法的基本原理,并结合多星座特点,对中国区域内ARAIM算法能力进行评估,利用仿真数据分析了用户测距精度对算法可用性的影响;探讨了不同星座数据在中国区域的完好性性能。仿真结果表明：双频条件下,系统完好性性能很大程度上取决于用户测距精度,在中国区域内,仅GPS单星座不足以满足LPV-200进近对完好性的要求,GPS与Galileo双星座下,ARAIM 算法覆盖率可达100％。     

GPS/BDS ARAIM算法性能测试

针对高级接收机自主完好性监视(ARAIM)算法的适航性,基于实测数据,对GPS／BDS ARAIM算法故障检测与排除的性能和可用性预测的性能进行了测试. 结果表明:GPS／BDS组合系统下ARAIM算法故障检测与排除的性能良好,对大于100 m的阶跃型故障,正确检测与排除的效率达到99.9％;GPS／BDS组合系统下ARAIM的单点可用性良好,完全满足LPV-200的完好性性能要求,中国范围内的可用性覆盖率达到99％,世界范围内的可用性覆盖率达到90％以上. 由此可知,GPS/BDS ARAIM算法性能良好.      

BDS卫星可用性评估

为评估BDS卫星可用性,基于可靠性原理,分析BDS星座MEO空间备份策略的影响因素,进一步根据BDS卫星发生故障的实际情况,分析了BDS卫星故障对单星可用性的影响。结果表明:在BDS的MEO备份卫星的轨道设计过程中,备份卫星轨道高差约束必须综合考虑轨道倾角容许漂移量和卫星平均中断时间间隔两方面因素;轨道机动对单星可用性的影响程度比单粒子翻转(恢复时间12 h、24 h)影响程度小,而且三种故障的综合影响比单方面因素的故障影响大。      

面向北斗单历元分米级定位的ARAIM保护水平计算方法CSCD

精密定位的质量控制和完好性评估是实时全球卫星导航系统(GNSS)导航应用不可或缺的环节,尤其是在GNSS易受损害的城市峡谷等场景下,这种需求更加迫切.广域精密单点定位(PPP)瞬时分米级定位,利用GNSS三频信号形成的两个宽巷观测值可以实现单点单历元分米级定位.然而,在城市复杂环境中,反射信号、严重多路径以及其他信号干扰对定位造成的影响无法准确评估与识别,限制了PPP瞬时分米级单点定位的应用.完好性概念中的高级接收机自主完好性监测(ARAIM)可以计算用户定位误差最小置信区间的上限保护水平(PL)以评估定位有效性,可经过一定改进用于PPP瞬时定位的质量控制.针对当前ARAIM中计算PL的误差模型难以适应高精度定位需求的问题,提出了一种改进的ARAIM PL算法,称其为BARAIM(Back Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring).使用PPP三频组合观测值残差对ARAIM权与误差模型进行修正以计算PL.基于不同复杂程度的环境下采集的车载数据对算法进行了验证,对PL的改进情况以及导航的可用性提升情况进行评估.结果表明:在不同环境下,基于改进的B-ARAIM算法得到的PL,相比传统方法得到的PL更符合城市定位的需要,将PL降低了30%~70%.此方法有助于将ARAIM算法应用在高精度GNSS定位领域.     

BDS可用性研究与验证

为研究北斗卫星导航系统(BDS)的定位性能,根据实测数据对比分析了BDS/GPS组合系统的定位结果,对基于BDS的数据可用性进行了分析,并对BDS与GPS分别在RTK模式下的定位结果精度进行分析。研究表明:BDS/GPS组合系统的兼容性与融合性得到了验证,基于BDS的数据可用性良好,基于BDS的RTK测量成果精度可靠。     

GNSS接收机自主完备性监测高级算法的有效性验证

针对RAIM的高级算法———ARAIM,使之应用于对GNSS完备性和生命安全要求更高的领域,基于GNSS实测数据对ARAIM算法下的垂直保护水平、精度、有效监测阈值、连续性风险进行了研究,并对ARA-IM算法下GNSS的可用性进行了评估。结果表明,相对于GPS系统而言,GPS/GLONASS系统下的垂直保护水平、精度、有效监测阈值、连续性风险及可用性完全满足LPV-200阶段的导航性能要求,验证了ARAIM算法在预测垂直保护水平、精度、有效监测阈值、连续性风险方面的有效性。     

电子地图可用性评估指标体系问题研究

针对目前电子地图可用性研究中缺少评估指标体系的问题,本文进行了深入地分析与研究。本文首先研究了构建电子地图可用性评估指标体系的基本原则,然后对电子地图的可用性概念进行了界定,并分析了可用性评估的主要内容,最后提出了电子地图可用性评估的指标体系。该指标体系易于测量与收集数据,客观性更高,可快速发现系统存在的可用性问题。     

GLON ASS 系统可用性进展

介绍了GLONASS系统现代化的进展,从卫星可见性和位置精度因子两方面探讨了其可用性。通过中国境内不同纬度IGS 站实测数据分析,表明了大多数时间内可观测GLONASS卫星超过了4颗。目前,GLONASS在全球范围内位置精度因子较小,星座分布也较合理,在经历现代化进程后,其可用性已有了大幅提高。     

单星座ARAIM算法可用性分析及其在垂直精密进近中的应用

讨论了如何提高单星座增强型接收机自主完好性监测ARAIM算法的可用性问题。借助于钟差辅助模型设计了一种能够用于垂直精密进近LPV-250服务的单星座ARAIM算法。将钟差预测值作为虚拟伪距观测值纳入到当前的定位解算中,以提高单星座ARAIM算法的可用性。设计了新的完好性风险配置方案,在计算用户保护水平时,通过直接计算故障偏差对定位误差的影响大小来解决未知故障偏差的估计问题,对于系统的可用性给出了更精确的评定。试验分析结果表明,钟差辅助对于提高单星座ARAIM算法的可用性具有显著的作用。     

北斗不同电离层模型精度分析

目前北斗系统播发多种电离层模型参数,用户使用时容易产生以下问题:①同一历元不同卫星播发同一电离层模型,其值不完全相同;②北斗二号、北斗三号分别播发的Klobuchar电离层模型参数值存在差异;③对于能同时接收到3种电离层模型(BDS-2Klobuchar、BDS-3 Klobuchar及北斗全球电离层延迟修正模型(BDGIM))的基本导航用户如何选取合适的电离层模型。针对以上问题,本文首先提出采用最大投票法策略,对同一历元相同电离层模型但值不同的参数进行合理合并,然后以IGS分析中心的电离层产品为基准,对以上3种北斗电离层模型进行了精度分析和对比,最后基于等效距离误差进行了验证分析。试验结果表明,BDS-2 Klobuchar、BDS-3 Klobuchar虽然模型值差异较大但模型精度十分接近,而BDGIM模型精度最高,相对于前两者在中低纬地区平均提升10%,在两极地区的提升更加明显,平均提升61%。     

北斗系统硬件延迟解算及精度分析

差分码偏差(differential code bias,DCB)又称硬件延迟,是影响用户导航定位授时(pointing navigation timing,PNT)服务的主要误差源之一。GPS卫星的硬件延迟通常是在电离层建模过程中和电离层模型系数一起解得的,但是北斗系统目前仅是一个区域导航定位系统,无法通过单系统获得高精度的硬件延迟解。提出通过联合GPS和北斗卫星观测数据用低阶球谐模型建模的方式确定北斗卫星和接收机的DCB。实验数据表明在现有条件下采用该方式解算北斗卫星的DCB的精度在0.3 ns左右,稳定性较好,且北斗地球静止轨道卫星(GEO)、倾斜同步轨道(IGSO)卫星DCB稳定性好于中轨道(MEO)卫星,北斗卫星DCB的稳定性要优于接收机。     

BDS/GPS双系统组合GBAS性能评估

随着北斗卫星导航系统(BDS)全球组网进程的推进,BDS/GPS组合导航成为提高导航性能的重要方法,同时地基增强系统(GBAS)作为实现精密导航的新一代导航方式是当前研究的热点。本文通过推导BDS/GPS双系统组合GBAS数学模型,分别对BDS、GPS独立作为GBAS导航源及BDS/GPS组合导航作为GBAS导航源时系统的精度因子(DOP)、垂直保护级(VPL)性能进行了对比分析,对比验证了应用各系统时GBAS性能的差异。结果表明,基于BDS与GPS的GBAS性能接近,且互有优势;BDS/GPS组合GBAS性能优于各单系统性能。     

组合粗差探测的MHSS ARAIM算法

针对目前MHSS ARAIM (multiple hypothesis solution separation advanced receiver autonomous integrity monitoring)算法存在的抗差能力弱、计算子集过多、计算量过大等不足,提出一种组合粗差探测的MHSS ARAIM算法。该算法先用粗差探测方法对原始数据进行粗差识别与剔除,而后用MHSS ARAIM算法处理经粗差探测后的数据,可弥补MHSS ARAIM算法的不足。对若干IGS和全球连续监测评估系统iGMAS(international GNSS monitoring and assessment system)监测站观测数据进行计算和分析。结果表明:在航行LPV-200阶段,该算法应用于GPS和BDS导航的性能优于MHSS ARAIM;在假设单故障情况下,该算法对GPS和BDS观测数据的有效监视门限EMT(effective monitor threshold)的精度分别提高了22.47%和9.63%,对VPL(vertical protection level)的精度分别提高了32.28%和12.98%;在假设双故障情况下,对EMT的精度分别提高了80.85%和29.88%,对VPL的精度分别提高了49.66%和18.24%。     

北斗系统B1频点定位性能评估

目前,北斗二号卫星导航系统已经完成5颗GEO,5颗IGSO和4颗MEO卫星组网,初步具备了向区域用户提供定位、导航、授时、短报文通信等服务的能力。为了科学分析北斗二号卫星导航系统覆盖区域内民用B1I单频伪距的定位性能,本文仿真分析了当前星座条件下的DOP值分布情况。在此基础上,选取北京、乌鲁木齐、哈尔滨、三亚和成都5个试验地区,完成了北斗二号卫星导航系统大范围定位性能实测试验评估。统计结果表明,北斗二号卫星导航系统能够提供连续服务,性能稳定。在国内的大部分区域,按照95%进行统计,可见卫星数大于6颗,PDOP值小于4,单频水平定位精度优于8 m,高程定位精度优于10 m,三维定位精度优于15 m。在"水平定位精度≤20 m和高程定位精度≤20 m"的指标要求下,单频定位精度的可用性达到99%以上,连续性达到90%以上。     

北斗广域实时精密定位服务系统研究与评估分析

采用IGS、MGEX、北斗地基增强网的实时观测数据,研制北斗广域精密定位服务系统,实时生成北斗高精度轨道、钟差、电离层产品,提供厘米级北斗双频PPP、分米级单频PPP、米级单频伪距定位服务。对实时产品评估分析的结果表明:北斗卫星实时轨道与钟差产品URE统计精度约为2.0cm,实时电离层精度优于4.0TECU。采用全国分布的实时测站动态定位精度(95%置信度)评估分析表明:北斗双频PPP精度存在明显的区域特征,高纬度以及西部边缘地区的定位精度平面约0.2m,高程约0.3m;中部地区定位精度平面优于0.1m,高程优于0.2m,接近GPS实时PPP精度水平;北斗与GPS融合可以提高单北斗、单GPS的定位性能,尤其是显著加快了PPP收敛时间,收敛时间缩短到20min内。另外,除边缘地区外,北斗单频PPP实现平面0.5m,高程1.0m;北斗单频伪距单点定位实现平面2.0m,高程3.0m。     

GNSS监测评估中心北斗卫星产品分析

通过统计2016年3月14日至7月24日共135 d的北斗产品卫星轨道、钟差均方根值(RMS)及对流层i GMAS(国际GNSS监测评估系统)值在不同时段的变化状况,分析近几个月各时间点的北斗卫星运行情况,结合卫星误差影响的来源,分析其变化规律及原因。有利于探测异常误差,发现产品运行规律,提高产品结果的稳健性,帮助科研工作者发现并下载高质量数据,确定北斗卫星下一步研究方向。     

QZSS/IRNSS对BDS在中国定位性能增强的评估

通过STK软件对BDS、QZSS、IRNSS卫星星座结构仿真的基础上,选择BDS、BDS/QZSS、BDS/IRNSS、BDS/QZSS/IRNSS、QZSS/IRNSS等定位方式对中国大陆单观测站与整体范围最小可见卫星数、GDOP值、定位误差进行覆盖分析,确定了QZSS与IRNSS在我国的覆盖范围及对BDS定位性能增强作用的评估。结果表明,BDS/QZSS/IRNSS组合在我国的最小可见卫星数可达16~21颗,GDOP值在1.4~1.7之间,定位误差达5.5~7.5m,相比单BDS定位最小可见卫星数增加了6~8颗,GDOP值减小了0.3~0.5,定位精度提升了2.0~3.0m,对华南地区的定位性能有明显提升,而对东北等地区定位性能的提升较小。