顾及系统间偏差的BDS/GPS单钟差定位法

在多系统定位中,因接收机硬件延迟难以与钟差分离,导致传统方法需要对每个系统考虑一个接收机钟差项,使得在遮挡环境下存在因卫星少参数多,导致定位结果不可靠的问题。针对这一不足,研究一种顾及系统间偏差的BDS/GPS双系统单钟差定位算法。在卫星数足够时利用传统方法估计系统间偏差参数,当卫星数过少时,将已获得的参数作为已知量,从而只估计一个钟差参数。采用Trimble NetR9与UBLOX M8T两种接收机数据对算法进行验证,以提高截止高度角的方式模拟遮挡环境。实验结果表明,相较于传统方法,当卫星数过少时,Trimble NetR9平面和高程分别提高118.8%(1.374 m)与41.3%(1.434 m),UBLOX M8T平面和高程分别提高9.5%(0.654 m)与242.9%(10.165 m),可更好地应用于导航领域。     

基于BDS的边坡监测智能预警系统的设计与实现

传统的边坡监测技术有着自动化程度低、警情上报慢和响应时间长等不足,为了克服传统技术的缺点,提出一种基于北斗卫星导航系统(BDS)的边坡监测智能预警系统.该系统搭配目前主流的高精度接收机,其平面和高程监测精度均能达到毫米级;在灾情判断方面,结合了传统的点位稳定性分析方法和目前较新的图像移动判别技术,使得灾情的误报率进一步降低;本系统集合了数据处理、数据存储、数据分析、信息管理、灾害预警和跨平台信息发送等功能,一体化、自动化和智能化程度高.经过一段时间的实践证明,该系统运行正常,能有效减轻管理者的工作负担,具有一定的推广价值.     

GPS、BDS、GPS+BDS精密单点定位精度评估

由于北斗系统卫星正式完成组网,因此有必要对BDS系统性能进行精度评估与分析.本文选取了MGEX网所采集的31 d观测数据,对比分析了GPS、BDS、GPS+BDS不同情况下静态与动态精密单点定位精度.试验结果表明,GPS和BDS单系统静态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于4、4、7 cm;GPS+BDS组合系统静态...     

BDS精密单点定位滤波方法分析

针对精密单点定位(precise point positioning,PPP)初始阶段定位精度较低、无法利用定位结果的问题,验证平滑滤波算法在BDS静态PPP定位解算中的可行性并分析定位性能;针对平滑滤波算法具有平均效应,探讨不同时长的观测值对于点位精度的影响。实验表明:平滑滤波算法在BDS精密单点定位中的结果优于前向和后向滤波,相对于单向滤波在E、N、U方向RMS值平均减少73%—80%,极大地提高了BDS静态PPP定位的精度;其次,随着观测时间的增加,定位精度在质量好的数据下仅会造成毫米级的浮动。     

全球区域BDS、GPS、BDS+GPS静动态PPP定位精度评估分析

利用全球区域的7个IGS站的观测数据以及GPS和BDS的精密轨道和钟差产品,分析了BDS、GPS和BDS+GPS组合的卫星数量、几何空间分布以及静动态PPP精度。实验结果表明,GPS在全球7个测站的卫星数在10颗左右,卫星分布较均匀;BDS在Alic(大洋洲)、Iisc(亚洲)、Zamb(非洲)的卫星数明显多于GPS,其余测站卫星数量相当。数据表明,GPS+BDS卫星数量和卫星几何空间分布状态明显优于单系统。在静态PPP中,BDS在Maw1(南极洲)和Unsa(南美洲)精度略低于GPS,其余测站精度相当;GPS+BDS在7个测站U、N、E方向基本在1 cm左右,相对BDS、GPS单系统定位精度有一定提升。在动态PPP中,BDS在Nlib(北美洲)、Unsa的定位精度低于GPS,其余测站定位精度则要优于GPS,但BDS和GPS单系统在全球区域定位性能都不够稳定。GPS+BDS在7个测站U、N、E方向定位精度分别优于0.06 m、0.03 m、0.03 m,在动态PPP中相对于BDS和GPS 7个测站的精度均有提升,说明了GPS+BDS组合可以提高PPP精度并且可以极大改善定位的可靠性。     

不同IGS精密产品对BDS评估ZTD差异性分析

分析了ESA、GBM以及WUM 3种精密产品在精密单点定位以及天顶对流层延迟评估中的差异性。实验结果表明,BDS采用3种精密产品解算得到的精密单点定位精度都在cm级,但是采用GBM产品解算精度最优,其次为ESA产品,最低为WUM产品。采用ESA、GBM2种精密产品均能精确评估出ZTD值随历元变化情况,其中静态精密单点定位评估ZTD估值RMS差值均在mm级,而动态精密单点定位GBM产品评估ZTD估值RMS差值在mm级,ESA产品评估ZTD估值RMS差值在cm级,但WUM产品不适合进行ZTD值评估。     

GPS/BDS接收机端系统偏差实时估计方法

针对GPS-BDS系统偏差会导致GPS和BDS系统间的混合双差模糊度不具有整数特性,且其不完全稳定的问题,该文提出一种GPS/BDS系统偏差实时在线估计方法。通过将双差模糊度以单差模糊度之差的形式进行求解,然后再将以周为单位的单差模糊度投影为双差模糊度,以此消除GPS和BDS不同波长的影响;在此基础上,采用Kalman滤波对系统偏差进行实时动态估计。实验结果表明,该方法采用较少历元的观测数据便可使系统偏差收敛,并且收敛后十分稳定,可以将其作为校正参数;加入系统偏差改正的GPS/BDS紧组合定位在恶劣环境下表现良好,可将模糊度固定平均所需时间缩短29%,模糊度固定成功率提高45%。     

卫星端宽巷载波相位小数偏差估计方法研究与结果分析

提出了一种估计星间单差宽巷载波相位FCB的新方法——区间均化法。利用2010年全球约120个IGS测站的数据,估计出所有星间单差宽巷载波相位的FCB,详细比较分析了星间单差宽巷FCB的估计精度。结果表明,使用区间均化法获得的卫星宽巷载波相位的FCB与法国CNES中心发布的FCB产品具有很好的一致性,较差均小于0.1周,94%小于0.05周。不同测站数量和测站分布估计相同卫星组星间单差宽巷载波相位的FCB结果具有较好的一致性,但测站数越多,FCB估值的可靠性越高。绝大部分星间单差宽巷载波相位的FCB在1a内具有较好的稳定性,其时间序列的标准差小于0.01周。卫星工作状态的变化会使FCB重新赋值。     

顾及码频间偏差的GPS/GLONASS实时卫星钟差估计

在进行GPS/GLONASS联合卫星钟差估计时,GLONASS码频间偏差（inter-frequency bias,IFB）因卫星频率间的差异而无法被测站接收机钟差参数吸收,其一部分将进入GLONASS卫星钟差估值中。通过引入多个"时频偏差"参数（inter-system and inter-frequency bias,ISFB）及附加基准约束对测站GLONASS码IFB进行函数模型补偿,实现其与待估卫星钟差参数的有效分离,并对所估计实时卫星钟差和实时精度单点定位（real-time precise point positioning,RT-PPP）进行精度评估。结果表明,在卫星钟差估计观测方程中忽略码IFB,会明显降低GLONASS卫星钟差估值精度;新方法能有效避免码IFB对卫星钟差估值的影响,所获得GPS、GLONASS卫星钟差与ESA（European Space Agency）事后精密钟差产品偏差平均均方根值分别小于0.2 ns、0.3 ns。利用实时估计卫星钟差进行静态RT-PPP,当观测时段长为2 h时,GPS单系统、GPS/GLONASS组合系统的3D定位精度优于10 cm,GLONASS单系统3D定位精度约为15 cm;三种模式24 h单天解的3D定位精度均优于5 cm。     

BDS/Galileo对多系统精密单点定位贡献分析

使用10个MGEX测站的数据对4种解算模式GPS、GPS/BDS、GPS/Galileo及GPS/BDS/Galileo在定位可用性、定位精度和定位稳定性及收敛时间3个方面的PPP性能进行了对比分析。实验结果表明:GPS/BDS和GPS/Galileo双系统组合PPP在各方面的性能相当。相比GPS单系统PPP,双系统PPP能增加可用卫星数,改善卫星空间几何构型,定位精度提升20%～35%,定位稳定性提高25%～40%,收敛时间缩短35%～45%。BDS在较高截止高度角下的可用性、天向定位精度、水平方向定位稳定性、天向收敛速度方面的贡献略优于Galileo。GPS/BDS/Galileo三系统组合的PPP性能进一步提升。     

嵌入式GPS/BDS实时精密单点定位方法

实时性和动态性是精密单点定位面临的关键问题。本文基于实时轨道钟差改正产品,讨论了GPS/BDS实时精密单点定位数学模型及误差处理方法。搭建嵌入式软硬件平台,研制出一套具有实时GPS/BDS双系统高精度定位功能的嵌入式设备。测试结果表明,对于嵌入式GPS/BDS实时精密单点定位,静态条件下平面方向优于3 cm,高程方向优于8 cm;动态条件下平面方向优于12 cm,高程方向优于15 cm。     

BDS非差非组合精密单点定位研究

针对BDS目前可提供服务的在轨卫星已经超过18颗,因此,研究非差非组合模型在BDS PPP中的应用具有重要意义。在简明阐述观测模型和参数估计基本理论的基础上,重点分析了BDS非差非组合PPP在静态、后处理动态和模拟实时动态下的定位精度。实验选取亚太区域4个MGEX跟踪站2016年第206—208天的BDS/GPS观测数据。研究表明:BDS静态E、N、U方向定位精度分别为1.8 cm、0.7 cm、3.1 cm; BDS模拟实时动态E、N、U方向定位精度分别为5.3 cm、3.9 cm、12.1 cm; BDS后处理动态与模拟实时动态E、N、U定位精度相当。     

顾及有色噪声的铁路大跨度桥梁BDS变形分析

利用GNSS技术对铁路大跨度桥梁进行变形监测,对于桥梁的安全控制和铁路行车安全具有重要意义。目前对桥梁的GNSS变形分析研究绝大部分集中于公路桥梁,涉及对变形控制要求更加严格的铁路桥梁的研究较少,且以往研究忽略了变形时间序列中有色噪声的影响。以上因素不利于对铁路大跨度桥梁的GNSS精确变形分析。本文以位于江西赣州的赣江特大桥的GPS和BDS监测数据为例,利用主成分分析对有色噪声进行滤波,分析了有色噪声对铁路桥梁变形分析结果的的影响。试验结果表明,昼夜温差变化导致铁路斜拉桥的中跨和索塔分别在垂向以及纵向均产生周期约为一天的变形;根据GPS和BDS变形时间序列获得的变形结果之间存在差异;有色噪声对变形参数估计结果影响较小,但忽略有色噪声会使变形参数估值的不确定度减小80%,导致对变形分析结果的精度过于乐观。利用主成分分析可以显著地削弱有色噪声,使变形参数估值的不确定度降低约73%。     

BDS精密单点定位在桥梁变形监测中的应用

桥梁变形监测是进行桥梁健康评估和后期修缮的重要内容．本文基于北斗卫星导航系统（BDS）精密单点定位技术,对实时采集的高频率BDS／GPS数据进行精密单点定位(PPP)静态和动态处理,并以相对静态定位结果作为参考,分析在桥梁复杂环境下BDS的PPP的精度,并把北斗动态PPP结果与GPS做对比．研究结果表明,在1 h连续变形监测时间左右,北斗静态PPP精度和BDS动态PPP定位精度可以达到厘米级,可以监测出大型车辆经过桥梁时的变形情况,并与GPS监测变形趋势基本一致．      

GPS/BDS/Galileo三频精密单点定位模型及性能分析

在精细考虑伪距和载波相位硬件偏差时变特性的基础上,导出了更为严谨的非差非组合观测方程,并给出了非组合模式下两类GNSS偏差的数学表达形式.基于此,本文详细研究了3种常用的三频精密单点定位(PPP),即无电离层两两组合IF1213、单个无电离层组合IF123与非组合UC123函数模型的独立参数化方法,系统分析了3种PPP...     

BDS不同轨道卫星精密单点定位性能分析

为了分析北斗不同轨道卫星对定位结果的影响,从而更好地利用我国自主研发的北斗卫星导航系统。该文采用亚太地区7个MGEX测站12d观测数据,进行静态、后处理动态和模拟实时动态3种模式的精密单点定位实验。实验结果表明,在北斗3类轨道卫星等权的情况下,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星对定位结果贡献最大;北斗两类轨道卫星组合中,IGSO+MEO组合定位精度最高,其静态精密单点定位(PPP)在E、N、U方向的RMS分别为0.62、0.39、3.71cm,后处理动态和模拟实时动态PPP的RMS为分米级;北斗各类轨道卫星与GPS组合定位中,GPS+IGSO+MEO组合定位结果收敛速度最快,收敛时间为26.30min。     

估计接收机差分码偏差的GPS/BDS非组合精密单点定位模型

在传统多系统非差非组合精密单点定位（precise point positioning,PPP）模型中,电离层延迟会吸收部分接收机码硬件延迟,其估计值可能为负数。提出了一种估计接收机差分码偏差（differential code bias,DCB）参数的GPS（Global Positioning System）/BDS（BeiDou Navigation Satellite System）非组合PPP模型,将每个系统第1个频率上的接收机码硬件延迟约束为零,对接收机DCB进行参数估计,达到了分离电离层延迟和接收机码硬件延迟的目的,降低了接收机钟差和电离层延迟的相关程度。利用4个多星座实验（multi-GNSS experiment,MGEX）跟踪站的GPS/BDS数据进行了静态和动态PPP试验,结果表明,与不估计DCB参数的PPP模型相比,采用估计DCB参数PPP模型后,静态模式下定位精度和收敛速度平均提高了29.3%和29.8%,动态模式下定位精度和收敛速度平均提高了15.7%和21.6%。     

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。     

不同卫星天线参数对BDS定轨定位精度的影响

论证了BDS精密单点定位时卫星天线参数与卫星轨道、钟差产品保持一致的必要性。基于4组不同卫星天线参数BDS精密定轨RTN3方向内符合精度,GEO卫星均在9.3、18.6、11.5cm左右,IGSO卫星均在1.7、4.2、2.7cm左右,MEO卫星均在2.1、5.1、4.8cm左右,在R方向的差异小于5mm,在TN方向的差异最大为2.4cm;定轨结果与GFZ的事后精密产品比较,RTN3方向外符合精度差异较明显,排除GEO卫星因定轨策略与GFZ差异较大的因素,IGSO和MEO外符合精度ESA和WHU相近,RTN3方向均在10cm以内,各分量上优于IGS和EST 1~10cm,其中TN方向差异最显著。在保持BDS PPP使用的卫星天线参数与卫星轨道、钟差产品一致的前提下,4组卫星天线参数定位精度相近,其中静态定位最后一个历元水平和高程方向坐标偏差均在5cm以内,动态定位收敛后坐标偏差RMS水平方向在10cm以内、高程方向在15cm以内;使用ESA和WHU天线参数动态定位平均收敛时间在46min左右,IGS和EST天线参数动态定位平均收敛时间在56min左右,略差于基于GFZ事后产品的收敛时间,其平均收敛时间在34min左右。     

BDS卫星实时钟差估计

随着无人驾驶等高新技术的快速发展，实时精密单点定位在GNSS领域中受到越来越多的关注。研究实时卫星钟差的获取和实时定位精度具有较大的现实意义，本文为研究耦合BDS卫星轨道、钟差产品对定位精度的影响，采用不同精度的轨道产品实时获取卫星钟差。分析了卫星钟差误差与轨道误差之间的相关性及钟差对轨道误差的吸收能力，发现卫星钟差能够吸收95%以上的轨道径向误差和部分切线误差，在一定程度上弥补了轨道误差引起的定位误差。采用耦合的卫星轨道、钟差产品，单BDS系统定位精度可达到分米级的定位结果。