北斗三号卫星FCB估计及其模糊度固定

随着北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system, BDS)的建设和完善,更多的北斗在轨卫星开始提供全球性的定位、导航、授时服务。为了验证北斗系统整体精密单点定位-模糊度固定(precise point positioning-ambiguity resolution, PPP-AR)的效果,基于全球分布的测站2020-08-01—2020-08-31共31 d的观测数据进行GPS、BDS双系统相位小数周偏差(fractional cycle bi?as, FCB)估计, 并对其中BDS-3卫星FCB产品时变特性进行分析。结果表明,大部分BDS-3卫星宽巷FCB在31 d内保持相对稳定,变化小于0.2周, 窄巷FCB在1 d之内的变化小于0.1周。利用估计的FCB产品进行动态和静态PPP-AR解算。单BDS-3静态PPP?-AR的历元固定率可以达到89.8%,东、北、天3个方向的均方根误差（root mean square error,RMSE）分别为0.94 cm、0.73 cm和1.39 cm,动态PPP-AR的历元固定率为83.9%,东、北、天3个方向的RMSE分别为1.99 ?cm、1.70 cm和3.28 cm。     

模糊度固定技术的GPS/BDS-2/BDS-3精密单点定位性能分析

针对全球卫星导航系统(GNSS)卫星端相位小数周偏差(FCB)难以有效分离而导致模糊度固定较为困难的问题,该文通过构建基于原始频率观测值上的双频非组合FCB估计模型,实现了全球定位系统(GPS)、北斗二号(Beidou-2,BDS-2)和北斗三号(Beidou-3,BDS-3)卫星端FCB精确估计,并在此基础上实现了GPS、GPS/BDS-2和GPS/BDS-2/BDS-3不同系统融合的静态和动态非组合精密单点定位(PPP)模糊度固定解。结果表明,GPS FCB稳定性最优,BDS-3 FCB稳定性略差于BDS-2;相对于单GPS和GPS/BDS-2系统,GPS/BDS-2/BDS-3融合的PPP固定解在定位精度、收敛时间和模糊度固定率等方面得到显著改善。     

BDS静态精密单点定位模糊度固定解精度分析

针对BDS单系统未校准相位延迟(UPD)估计以及不同时长精密单点定位(PPP)模糊度固定对定位精度影响的问题,该文选取56个测站估计UPD,利用未参与UPD计算的8个测站进行不同时长BDS静态PPP模糊度固定实验。结果表明:BDS星间单差宽巷和窄巷UPD在连续时段内具有一定的稳定性,其估计精度满足用于PPP模糊度固定要求。时长越短模糊度固定率越低。以IGS周解为参考值,不同时长模糊度固定解较浮点解三维定位精度均提高12%以上,时长越短模糊度固定解精度提高越显著。因此,模糊度固定是提高BDSPPP定位精度的重要手段。     

动态PPP模糊度固定方法及实验分析

目的 采用CNES发布的整数卫星钟差产品,实现了模糊度固定的动态精密单点定位。分析了全球10个台站的观测数据,结果表明,模糊度固定后动态精密单点定位水平方向精度可达1～2cm,高程精度优于3cm。     

非差模糊度整数固定解PPP新方法及实验

分析了标准模型中非差模糊度无法固定的原因,提出了非差模糊度整数解的小数偏差分离(fractional bias isolating,FBI)模型与方法。实验结果表明,使用30min的静态观测数据,即可达到水平方向mm级、高程cm级的定位精度,相比浮点解水平方向精度提高了一个数量级,高程方向也改善了50%～60%,同时,对流层天顶延迟ZPD的精度也有20%～30%的改善。     

非差FCB估计及其在PPP模糊度固定中的应用

模糊度固定能够显著提高精密单点定位(PPP)的精度和收敛速度,是国内外卫星导航定位领域的研究热点．本文通过最小二乘法分离接收机端和卫星端小数周偏差(FCB),恢复非差模糊度的整数特性,将得到的卫星端FCB提供给用户,能够实现非差模糊度固定的PPP．采用全球IGS跟踪站的观测数据进行非差FCB解算,实验结果表明,宽巷FCB的稳定性较好,一周内变化小于0.1周,而窄巷FCB一天内变化较大．将获得的FCB用于模糊度固定PPP实验,E、N、U三个方向的定位精度分别为0.7 cm、0.8 cm和2.1 cm,与浮点解PPP相比,分别提高68％、51％和37％,验证了本文估计的FCB用于模糊度固定PPP的定位性能      

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。     

北斗小数周偏差时变特性分析及应用

小数周偏差可用于精密单点定位的模糊度固定,其时变特性对于FCB的播发间隔、数据总量有着重要影响.当前北斗应用进入成熟期,对北斗FCB时变特性及其变化进行研究,有利于推广北斗PPP模糊度固定应用.本文基于单差FCB的生成方法,对2017年和2019年的北斗FCB时变特性展开研究,并改进了IGSO卫星窄巷FCB的播发间隔,...     

BDS-3新频点PPP模糊度固定研究

针对BDS-3新频点在精密单点定位解算中的模糊度固定问题,该文采用绝对信号偏差(OSB)改正的方法,对B2a频点在精密单点定位方面的性能进行了研究。首先通过与整数钟差法进行对比实验,验证OSB改正法在模糊度固定方面的可靠性,之后采用该方法对B2a频点构建的双频无电离层组合进行精密单点定位-模糊度固定(PPP-AR)实验,与B1I/B3I的PPP-AR结果进行比较,评估定位精度。结果表明,OSB改正原始观测值的模糊度固定方法有较好的可靠性,收敛速度提升20%,模糊度固定成功率在90%以上;新频点B2a的精密单点定位性能较好,收敛速度和定位精度与B1I、B3I频点相当,采用B2a频点得到的双频无电离层组合在PPP-AR解算时能完成模糊度的快速固定,收敛时间在25 min以内,收敛后误差小于2 cm, B2a频点可用于PPP-AR解算。     

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%。     

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%。     

北斗导航卫星地影状态分析

为满足我国卫星导航系统状态切换中地影时间确定以及卫星轨道确定中太阳辐射压建模等需求,本文针对GEO、IGSO、MEO三类导航卫星,采用柱形与锥形地影模型进行了地影因子及本影区持续时间差异分析。在此基础上以地影期持续天数,本影区持续时间为分析对象,对卫星轨道根数与地影状态之间的关系进行了深入研究。     

GEO/IGSO/MEO对北斗SPP精度的影响

北斗卫星导航系统混合星座增强了北斗的抗遮挡能力,每种星座卫星对定位精度的影响是目前研究的重点。本文基于北京地区的连续跟踪站BFGY站和ZGDZ站2018年第96天实测数据,采用反向分析法首次分析了GEO/IGSO/MEO对北斗卫星可见数、PDOP值和北斗SPP精度的影响程度,发现每种星座卫星都对北斗卫星可见数有很大的影响,对PDOP值的影响最大达到21;GEO卫星对SPP精度的影响大于IGSO卫星大于MEO卫星。     

北斗系统GEO/IGSO/MEO卫星观测信息随机特性评估与分析

首先从参数估计、精度评定和质量控制角度论证了在精密定位中随机模型的重要性;然后基于短基线单差观测模型,采用严密的方差分量估计方法计算了不同频率、不同卫星的相位和伪距观测值精度,任意频率之间的交叉相关性以及不同频率的相位和伪距观测值在不同时间间隔上的时间相关性;随后分析了随机模型对基线精度和整体检验统计量的影响。结果表明：北斗用户接收机数据精度都与高度角相关,建议采用高度角指数加权函数;北斗二号3个频率相位观测值之间存在不同程度的相关性,其他类型观测值之间的交叉相关性不明显,不同频率的相位和伪距观测值时间相关性较明显,高精度应用中需关注。另外,正确的随机模型计算的基线精度更接近理论精度。本文为用户正确认识北斗系统3个类型卫星观测信息、正确使用北斗系统提供支撑。     

GEO与IGSO卫星轨道数值积分可行性分析

我国正在组建的北斗卫星导航系统采用了一定数量的GEO和IGSO卫星,为了验证对MEO(如GPS)卫星适用的轨道数值积分方法对GEO和IGSO卫星是否同样适用,本文在二体意义下分别对GEO和IGSO卫星进行了轨道数值积分,先使用变步长的RKF7(8)阶积分法积分10步后,再使用定步长的10阶Adams预测-校正系统进行积分48小时,然后与其理论值进行了分析比较,结果表明原来适用于MEO卫星的轨道积分方法仍然适用于GEO/IGSO卫星。     

Estimation of antenna phase center offset for BDS IGSO and MEO satellites

The BeiDou satellite navigation system (BDS) is different from other global navigation satellite systems (GNSSs) because of its special constellation, which consists of satellites in geostationary earth orbit, inclined geosynchronous earth orbit (IGSO), and medium earth orbit (MEO). Compared to MEO satellites, the observations of IGSO satellites cover only a small range of nadir angles. Therefore, the estimation of phase center offsets (PCOs) suffers from high correlation with other estimation parameters. We have estimated the phase center offsets for BeiDou IGSO and MEO satellites with a direct PCO parameters model, and constraints are applied to cope with the correlation between the PCOs and other parameters. Validation shows that the estimated PCO parameters could be used to improve the accuracy of orbit and clock offset overlaps. Compared with the Multi-GNSS Experiment antenna phase center correction model, the average improvements of the proposed method for along-track, cross-track, and radial components are 19 mm (31%), 5 mm (14%), and 2 mm (15%) for MEO satellites, and 13 mm (17%), 12 mm (21%), and 5 mm (19%) for IGSO satellites. For clock offset overlaps, average improvements of standard deviation and root mean square (RMS) are 0.03 ns (20%) and 0.03 ns (12%), respectively. The RMS of precise coordinates in the BDS-only positioning was also improved significantly with a level of 24 mm (30%) in the up-direction. Finally, the overall uncertainty of the estimated results is discussed.     

GEO和MEO卫星联合被动定位系统的建模与仿真

在双星主动式卫星定位系统的基础上,对建设GEO卫星和MEO卫星联合被动定位系统进行了探讨。介绍了一种联合被动定位系统的基本结构,建立了定位解算模型并进行了定位误差分析。通过编制相应的仿真软件对所提出的定位系统方案进行了仿真,验证了在我国分步建设被动式全球导航卫星系统的技术可行性。