北斗系统在南极中山站地区的基本定位性能评估

对北斗区域卫星导航系统（BDS）正式运行后在南极中山站地区的基本导航定位性能进行了评估,包括卫星可用性、位置精度因子（PDOP）、伪距观测值质量、电离层模型精度及单频伪距导航定位性能等方面。对南极中山站地区实测数据分析的结果表明,首先,北斗卫星导航系统的可用性与伪距观测值质量在总体上与GPS处于同一水平,并已初步具备了全天导航定位的能力,但存在卫星分布不够均匀、GEO卫星高度角较低、电离层模型精度较差等问题。其次,北斗单频伪距单点定位北、东方向的精度分别优于22 m和9 m,高程方向优于25 m;超短基线的单频伪距差分定位在北、东、高程三个方向的精度分别为3.6 m、2.3 m和3.3 m;总体而言与GPS相比有一定差距。最后,北斗/GPS组合定位相对于单一的GPS定位不仅增加了系统的可靠性,还对定位的精度有明显改善,对于单频伪距单点定位、伪距差分定位的三维点位精度可分别提高10%、22%。     

双导航定位系统伪距单点定位数据处理方法与精度分析

首先介绍北斗卫星导航系统、全球定位系统及其组合系统伪距单点定位的数学模型和定位处理方法,分别进行了单系统及组合系统伪距单点定位的数据处理实验。实验结果表明,目前的北斗系统伪距单点定位的精度稍逊于全球定位系统,北斗系统及全球定位系统构成组合系统伪距单点定位的精度高于北斗系统的精度,低于全球定位系统。北斗系统伪距单点定位在X、Y、Z方向的精度分别1.60m、4.15m、6.45m,全球定位系统伪距单点定位在X、Y、Z方向的精度分别为1.28m、2.50m和3.6 5m,北斗系统/全球定位系统组合系统伪距单点定位在X、Y、Z方向的精度分别为1.45m、3.15m和4.90m。     

综合伪距相位观测的北斗导航系统广域差分模型

我国区域北斗卫星导航系统为用户提供开放服务和授权服务两种服务方式,其中授权服务主要提供一维等效钟差改正数和完好性信息,实现更高精度的服务性能。北斗卫星导航系统提供的实时差分信息是基于CNMC平滑后的伪距观测数据计算,其精度受到残余伪距噪声的限制。为提升系统广域差分服务性能,本文提出了一种广域差分新模型。该模型综合了伪距及相位观测数据,并新增了轨道改正数。模型中经相位平滑的伪距观测值用于定义钟差改正数和轨道改正数的基准,而相位历元间差分观测值用于计算约束差分改正数的高精度相对变化。论文分析了数据采样率、测站个数等因素对新模型的影响,并采用中国区域内的观测站数据对新模型进行精度验证。试验结果表明:(1)基于新广域差分模型的GEO卫星UDRE指标相对原有模型提升了27%,IGSO卫星指标提升了35%,MEO卫星指标提升了24%;(2)基于新的广域差分模型,用户在南北、东西、高程方向的伪距定位精度分别提升了23%、32%和52%,实现了北斗系统用户导航定位三维定位精度优于1m的指标。     

基于核估计的北斗RDSS传输延时随机数生成法

北斗卫星导航系统（BDS）采用卫星无线电导航业务(RNSS)和卫星无线电测定业务(RDSS)双模结构体制,不但具有全球定位系统(GPS)等系统的导航、定位和授时功能,同时还提供双向短报文信息服务,在多个民用领域有着非常广阔的潜在应用前景. 传输成功率和传输延时是北斗短报文的两个重要性能参数,北斗短报文技术在各行业的推广应用以及相关系统的建设都急需这两个性能参数作为参考. 本文测试了北斗短报文的通信性能,提出基于核密度估计建立北斗短报文传输时延概率模型并生成时延伪随机数的方法. 通过MATLAB对北斗RDSS实测时延数据进行核密度估计并绘制概率密度估计值曲线;利用权重系数组合多个高斯函数对概率密度估计值曲线进行拟合,获得时延的概率密度分布函数,并采用舍选法实现北斗RDSS传输延时伪随机数的生成.      

BDS+GPS手持机支持下的网格伪距差分定位

我国各省CORS站建设逐步完善,以及我国BDS卫星导航系统在亚太区域提供服务,促进了BDS+GPS双模融合伪距差分定位的研究和发展。目前,在PC机上伪距差分定位早已实现,且算法也已经比较成熟,但在移动终端上进行BDS+GPS双模融合伪距差分定位向用户提供服务方面还比较薄弱,针对这一问题,本文提出了将网格伪距差分定位算法嵌入到手持机,并且实现了手持机实时网格伪距差分定位。本文阐述了方法原理并进行了车载试验分析,结果表明,在与TBC软件动态解算结果作为已知准确值的外符合精度方面,手持机BDS+GPS双模融合网格伪距差分定位结果的水平精度为0.522 1 m,在水平方向上可以达到亚米级定位精度。     

北斗与GPS组合伪距单点定位精度分析

主要介绍了北斗与G PS组合单点定位时的原理和模型,根据自编程序,利用同济大学TJA站的数据进行计算及分析比较GPS伪距、北斗伪距、北斗/GPS组合伪距单点定位的精度。结果表明：北斗伪距单点定位的精度平面方向上达到3m以内,高程方向优于8 m ,满足普通导航定位的需求。北斗/G PS组合伪距单点定位精度明显优于单系统。在单系统观测条件差时,组合系统可以减少对单一系统的依赖性,而且还可以增强卫星定位的稳定性和可靠性。     

G PS 与北斗伪距单点定位性能对比分析

为分析北斗系统正式向亚太地区提供区域服务以来其伪距单点定位精度,以及与G PS伪距单点定位精度进行比较,本文采用C＋＋独立编写了G PS和BDS的伪距单点定位程序,并对武汉大学在亚太地区布设的北斗系统连续观测基准站网在2013年1月15日所采集的G PS和北斗的数据进行解算。通过比较G PS和北斗在一天中各个单历元解的散点分布,N、E、U方向的偏差,PDOP值和可见卫星数的变化,来比较GPS与北斗伪距单点定位的性能。实验结果表明：G PS与北斗的伪距单点定性能相差不大,G PS的定位精度可以保证15 m以内,而北斗系统的定位精度优于20 m 。     

兼容北斗系统的多基准站差分定位算法实验分析

集成定位的大众服务是北斗产业化的主要方向,针对目前服务大众的传统单站差分定位技术基准站单一、作用范围有限、随距离增加定位精度降低等问题。本文提出利用多个基站差分信息,根据流动站到基准站的距离,通过加权方法内插出流动站的改正信息,利用改正后的差分信息进行差分网定位解算的方法。通过多基准站差分定位网实验证明该方法能有效克服或降低了单基准站差分定位的不足,BDS单系统定位精度满足导航要求,大大提高伪距定位精度和整个系统的稳定性及可靠性。     

北斗区域星座对相对定位精度的影响分析

首先介绍了北斗系统的区域星座特点,然后从相对定位几何精度因子(relative dilution of precision,RDOP)和定位误差两方面进行精度分析,初步得出了北斗相对定位精度与区域星座的关系。理论分析和实验结果都表明,在我国范围内采用北斗卫星导航系统进行短基线相对定位时,其东西方向定位精度优于南北、高程方向;南北方向与高程方向的定位误差呈负相关;北斗相对定位精度随纬度增加而降低;与GPS相比,北斗相对定位在南北方向精度略差;载波相位相对定位精度受北斗区域星座的影响略大于单频伪距差分。     

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。     

双卫星导航系统相位平滑伪距在车载定位中的应用

多卫星导航系统组合伪距差分定位可有效提升低成本车载单频设备精度。首先对伪距差分定位原理和数学模型进行阐述和推导,提出了一种适用于单频的窗口化相位平滑伪距定位技术。针对单卫星导航系统在遮挡等环境下观测卫星少,卫星结构不稳定的情况,在统一多系统的时空基准基础上,选取一颗共同参考星,进行伪距差分定位。使用一组实测的多卫星导航系统单频卫星数据进行实验论证,结果表明:车载多卫星导航系统相位平滑伪距平面精度优于0.2m,高程优于0.7m,对亚米级北斗系统高精度应用具有实际工程应用意义。     

北斗三频消电离层伪距差分定位及其精度分析

我国的北斗系统（BDS）是目前唯一全系统卫星播发三频信号并能提供区域成熟导航定位服务的卫星定位系统。相比双频信号,利用三频信号有望获得更好的导航定位结果。本文基于实测BDS三频数据,主要测试分析了双频消电离层组合和三频模式下的最小噪声消电离层组合的伪距差分定位性能。首先利用历元间观测值差分的方法,获取了实测BDS数据3个频点的伪距精度;其次应用最小范数法求解了三频最小噪声消电离层组合系数。理论分析结果表明,三频伪距噪声最优组合相比双频情况有所改进,但幅度不大;基于实测北斗三频数据的定位结果也显示出相同的结论,即定位精度略有提升,但幅度不大。     

北斗三号全球导航卫星系统服务性能评估:定位导航授时、星基增强、精密单点定位、短报文通信与国际搜救

本文给出了北斗三号全球导航卫星系统定位导航授时、星基增强、精密单点定位、区域短报文通信、全球短报文通信和国际搜救共6类服务的测试评估方法,并利用实测数据对各类服务的核心指标进行了评估.结果表明,定位导航授时服务方面,空间信号测距误差0.23 m(RMS),空间信号可用性99.44％,空间信号连续性99.99％,PDOP...     

陆态网络数据的北斗观测值特性分析

为了进一步分析北斗卫星观测值的相关特性,文章对比北斗卫星与GPS卫星、以及不同类型北斗卫星之间观测值特性的差异,提出了用站间差分考察伪距多路径组合和GFIF组合观测值的方法。陆态网络数据实验结果显示,北斗卫星B1频率观测值的信噪比最低;高度角较低时,北斗卫星伪距多路径组合绝对值和离散度均较大,约为1.5m,且IGSO和MEO卫星的伪距多路径组合值随高度角增大而明显降低;北斗GEO和IGSO卫星的相位GFIF组合有日周期性,变化范围约为±2cm,伪距GFIF组合的变化范围可达±2m;站间差分可明显减弱伪距多路径组合的变化趋势和相位GFIF组合的周期性,表明这两个组合中可能包含与卫星相关的误差,为北斗观测数据误差处理提供参考。     

长距离单历元单频非差北斗网络差分方法

针对北斗卫星导航系统现有的网络差分方法多是基于GPS系统并采用双差定位模型,而双差定位模型的采用使得网络差分方法存在一些缺陷的问题,该文提出一种长距离单历元单频非差北斗网络差分方法;首先长距离北斗基准站网向覆盖区域内的北斗用户提供非差误差改正数;然后用户内插计算出自己所需的非差误差改正数,并改正北斗单频伪距观测值的误差;最后进行单历元单频网络差分定位。实验表明,该方法能够使用单历元单频伪距观测数据实现长距离北斗网络差分定位。     

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。     

北斗三号卫星导航信号接收机端伪距偏差建模与验证

接收机端伪距偏差是指非理想的卫星导航信号在接收机前端带宽和相关器间隔不同时产生的伪距测量系统性偏差。研究表明,北斗二号、GPS和Galileo系统均存在与接收机类型相关的伪距偏差,影响基于混合类型接收机站网的精密数据处理。本文基于iGMAS网和MGEX网观测数据,采用MW组合、伪距残差和伪距无几何距离无电离层组合3种方法分析北斗三号接收机端伪距偏差特性。试验结果表明,北斗三号同样存在与接收机类型相关的伪距偏差,且无电离层组合的伪距偏差可以达到6 ns。根据偏差特性,按接收机类型建立了8类伪距偏差改正模型。将上述模型应用于卫星差分码偏差(DCB)估计与单频伪距单点定位,结果表明,模型改正后可以显著提升不同接收机类型估计的卫星DCB一致性,其中基于iGMAS网和MGEX网两个不同接收机站网估计得到的北斗三号C2I-C6I、C1P-C5P和C2I-C7D DCB差值分别平均降低了91.6%、64.7%和71.9%;模型改正后单频伪距单点定位水平方向和高程方向精度分别提升了13.9%和11.0%。     

基于虚拟观测值的伪距差分方法研究

针对当前伪距差分服务观测值双差模式基准站坐标涉密不能在线传输与伪距改正数模式标准格式无法兼容北斗卫星导航系统（BDS）的问题,本文基于局域连续运行参考站（CORS）网数据,生成虚拟格网综合伪距改正数,并进一步生成虚拟伪距观测值,向用户实时播发虚拟观测值与站点坐标,用于用户差分定位．实验证明,虚拟格网伪距观测值差分可为用户提供平面亚米级、垂直优于1.5 m的定位服务．对实验数据进行分析,给出了格网差分最优配置方案．本文方法在解决上述两个问题的基础上由于服务端计算压力恒定,不受用户数限制,从算法上解决了大量用户并发接入服务的问题．      

双源车载差分卫星导航定位稳定性分析

车载卫星导航系统广泛应用于交通时,采用伪距单点定位就可以满足日常驾驶需要,如需进一步提高导航精度就要利用伪距差分技术进行实时车载导航定位,采用单频三差相位平滑伪距观测值,导航精度在2m以内,可进行车道级导航定位。提出了用单频三差码相组合二次差为标准对三差平滑进行质量控制,以减小周跳和粗差的影响。分析了车载卫星差分导航过程中北斗系统和全球定位系统卫星的可见性,通过在算法中实现北斗和全球定位系统联合解算,以增加车载导航的稳定性。     

北斗卫星导航系统Klobuchar模型精度评估

目前,我国北斗卫星导航系统已完成星座区域组网,系统每2h提供一组电离层延迟Klobuchar模型参数。利用欧洲定轨中心(CODE)的高精度电离层格网数据作为参考,对北斗卫星导航系统电离层参数性能进行了精度评估分析,并进行了定位分析。数据表明,其修正精度一般在70%以上,北半球的修正误差在1.5m左右,而南半球的修正误差在3.5m左右;在北半球中纬度地区的修正精度比高纬度、低纬度地区高;北斗单频伪距定位采用北斗Klobuchar模型在平面上的精度为3m左右,高程上为7m左右,与采用GPS的Klobuchar模型相比较,定位精度提高了约10%,高程方向尤为明显。