北斗三号全球系统空间信号精度评估分析

以精密星历和钟差为基准,对BDS-3广播星历的轨道精度、钟差精度和3类空间信号测距误差(signal-in-space range error, SISRE)精度进行评估。结果表明,BDS-3广播星历的轨道精度明显优于BDS-2同类卫星,其轨道径向RMS精度优于0.18 m,切向和法向RMS精度优于0.6 m;BDS-3广播星历钟差的误差基本小于5 ns,且较BDS-2卫星变化更为平稳,其平均RMS统计精度为1.86 ns,平均95%统计精度为3.23 ns,均优于BDS-2卫星;BDS-3卫星仅受轨道影响的SISRE、全球平均SISRE和最差SISRE的RMS统计精度分别为0.12 m、0.58 m和0.60 m,相应95%统计精度分别为0.22 m、0.99 m和1.02 m,较BDS-2均有明显提升。     

BDS-3卫星钟差模型化特性分析北大核心CSCD

采用2021年(GPS周2138~2190)IGS BDS-3卫星精密钟差产品进行周期性变化分析,并在周期性分析结果基础上建立高精度模型化函数。结果表明,附加8个周期的模型化精度能达到0.049 ns,与二次多项结果相比,精度提高约70%。同时,对BDS-3卫星钟差模型化结果进行精密单点定位(PPP)性能分析,虽然其收敛时间稍慢于IGS最终产品,但能实现cm级定位,且模型化产品与目前IGS离散化产品相比可大大节省内存空间。     

北斗三号广播星历空间信号测距误差分析

全球导航卫星系统(GNSS)的空间信号测距误差(Signal-In-Space Range Error,SISRE)是影响大地测量用户定位与授时性能的主要因素。本文利用武汉大学提供的2019年事后精密轨道和钟差产品,对北斗三号(BDS-3)广播星历轨道、钟差参数和SISRE精度进行评估与分析。结果表明,北斗三号各MEO卫星广播星历轨道的径向、切向和法向的精度(以RMS表征)分别优于0.12 m、0.60 m和0.50 m,卫星的3D轨道精度基本能够达到0.6 m;BDS-3卫星广播星历钟差参数呈现出明显非零均值偏差,所有卫星钟差参数均方根误差的平均值为0.42 m;仅考虑轨道误差影响时,BDS-3卫星广播星历SISRE值均小于0.15 m,同时考虑钟差参数误差的影响,BDS-3广播星历的SISRE平均值达到0.51 m。     

BDS-2和BDS-3卫星伪距多路径偏差特性比较

通过分析2016-07-01 JFNG测站BDS-2卫星伪距多路径组合（MP组合）的特征,证实BDS-2卫星的伪距观测值存在与卫星高度角有关的伪距多路径偏差,且该偏差与卫星类型和信号频率有关。利用SGG0站2017-07-10~07-20的数据计算BDS-3卫星的MP序列,通过三次多项式拟合建立每一颗卫星在各个频率上的高度角模型发现,对应的系数接近0,说明BDS-3卫星伪距观测值几乎不存在伪距多路径偏差。     

GPS卫星钟差高精度模型化及在精密单点定位中的应用

采用多项式和结合周期项的混合函数模型进行GPS卫星钟差高精度模型化与精度分析。结果表明,周期项对于卫星钟差模型化精度的提高具有重要作用。对于Rb 钟卫星,Block ⅡF卫星钟差模型化精度0.03 m（约0.1 ns）左右,Block ⅡR和Block ⅡR-M卫星钟差模型化精度0.05 m（约0.2 ns）左右,而Cs钟卫星钟差模型化精度则低一个数量级。采用精密单点定位进行模型化结果分析得到,混合模型化钟差参与解算的定位结果精度可达cm级,收敛时间约为4 h。以上表明,简单的模型化参数可在一定程度上代替繁琐的序列钟差,实现简化GPS卫星钟差服务模式。     

GPS双频相位平滑伪距在卫星预报钟差精度评定中的应用

利用Hatch滤波对双频消电离层组合伪距观测值进行相位平滑讨论,对原Hatch滤波公式中的定权方法进行了改进.在此基础上,利用伪距与星地距比对法对广播星历中卫星预报钟差精度评定进行了研究.计算结果表明:载波相位平滑能有效地提高伪距观测量的精度,从而提高伪距与星地距比对法评估卫星预报钟差的可行性.利用双频消电离层相位平滑伪距计算的卫星钟差精度优于1 ns(1σ),测定的卫星钟差与实际卫星钟差不存在系统差.     

BDS-2卫星钟设计年限末期阶段性能评估与分析

为探究BDS-2卫星钟在当前阶段的运行状态及性能情况,采用国际GNSS监测评估系统（iGMAS）2018年共365 d的精密钟差数据,将Score检验量引入钟差异常探测,并结合中位数法进行数据质量控制,弥补了中位数法部分粗差漏探的缺陷;再从频率准确度、频率漂移率、频率稳定度、模型拟合残差、周期特性、噪声类型等6个方面对BDS-2卫星钟的相关性能进行全面评估。结果表明,现阶段BDS-2在轨卫星钟的运行状态良好,各项性能指标均正常,可继续提供相应的系统服务。其中,BDS-2卫星钟的频率准确度为3.15×10^-11,日漂移率为1.59×10^-13,万秒稳为5.72×10^-14,模型拟合残差平均精度为0.596 ns;GEO、IGSO和MEO三类卫星的钟差序列周期特性显著,第1、2主周期与其各自卫星轨道周期相关,分别为其轨道周期的0.5倍或1倍左右;不同平滑时间下的BDS-2卫星钟主要受调频白噪声（WFM）、调频闪烁噪声（FFM）和调频随机游走噪声（RWFM）的影响。     

北斗卫星伪距多路径偏差改正研究

通过分析不同卫星系统MEO卫星的伪距多路径误差,发现北斗卫星伪距多路径偏差的存在。进一步分析BDS三类卫星伪距多路径误差的变化特征,结果表明,IGSO卫星和MEO卫星的伪距多路径误差存在明显的系统性偏差。选择分段线性拟合和分段多项式拟合两种方法建立北斗卫星伪距多路径偏差改正的经验公式,并比较两种改正方法的效果。分析了北斗卫星伪距多路径偏差改正前后的MP序列和MW组合序列的数据变化特征以及PPP定位结果的差异,验证了经验公式的可行性和有效性。     

基于全球MGEX数据的北斗导航星座精密轨道确定

利用全球分布的MGEX站观测数据,使用"两步法"以双差方式对北斗卫星进行精密定轨。主要研究北斗卫星轨道确定的处理策略,重点分析轨道确定的流程,并通过实验评价了3种不同类型轨道的精度。结果显示,MEO和IGSO卫星的定轨内符合精度优于0.2m,其中径向优于10cm,外符合精度优于30cm;GEO(以C05号为例)卫星外符合精度优于0.7m,且径向优于10cm。     

不同光压模型对北斗IGSO与MEO卫星定轨的适用性分析

为分析不同光压模型在北斗卫星处于不同姿态控制模式下的定轨性能,从轨道内、外符合精度等方面分析ECOM 5参数模型、Box-Wing+ECOM 5参数模型和拓展版ECOM模型对北斗IGSO与MEO卫星定轨的适用性。结果显示,卫星处于非地影期时,BDS-2卫星使用ECOM 5参数模型时内、外符合精度最优,而BDS-3 MEO卫星使用Box-Wing+ECOM 5参数模型与拓展版ECOM模型时的轨道精度要略优于ECOM 5参数模型,3者内符合精度差异小于1 cm;卫星处于地影期时,BDS-2与BDS-3 MEO卫星使用拓展版ECOM模型精度最高,与其他光压模型相比,其轨道切向与法向内符合精度提升约20%~70%;对于BDS-3 IGSO卫星,由于观测数较少,导致其轨道精度要远低于其他北斗卫星,但综合来看,ECOM 5参数模型表现略优。     

一种LSTM神经网络在卫星钟频率快速变化期间钟差预报的应用

为克服多项式模型在卫星频率快速变化期间精度衰减快的问题,提出一种基于LSTM神经网络的钟差预报模型。与多项式模型的对比实验结果显示,在卫星钟平稳运行期间,两种模型的结果几乎一致;在卫星钟输出频率发生快速变化时,LSTM神经网络模型的预报精度较多项式模型提高显著,仍能提供较高精度的钟差预报结果。     

BDS卫星天线相位中心改正模型比较

介绍北斗二代卫星系统(BDS)3种卫星天线相位中心改正模型,分析对比不同模型对精密定轨、卫星钟差以及精密定位的影响。结果表明,ESA/ESOC的BDS卫星天线相位中心改正模型在精密定轨、卫星钟差和精密定位方面均优于其他模型结果,建议在北斗高精度数据处理中采用。     

基于EM算法优化相关向量机的BDS-3超快速钟差预报

提出一种基于EM算法优化相关向量机(RVM)的BDS-3超快速钟差预报算法。首先,利用组合MAD法预处理钟差数据,并进行一次差分计算;然后,利用钟差一次差分数据对RVM模型进行训练,通过EM算法迭代求取模型的超参数;最后,利用优化后的RVM模型进行数据预测,将钟差一次差分预测值还原,得到钟差预报值。采用iGMAS中心提供的实测BDS-3超快速钟差数据进行预报实验,并将本文模型与QP模型、SA模型及iGMAS超快速钟差预报产品(ISU-P)结果进行对比分析。结果表明,对于6 h、12 h和24 h预报,本文模型预报BDS-3卫星钟差数据的平均精度均优于0.61 ns;与ISU-P、QP模型和SA模型相比,本文模型预报24 h时精度分别提升64.1%、50.0%和49.2%。     

北斗卫星系统频间偏差预报模型研究

为研究北斗卫星频间偏差参数(DCB)长期及短期变化特性,在某卫星DCB参数缺失时,对该卫星DCB参数进行短期及长期预报,以预报值代替真实值。本文利用中国测绘科学研究院i GMAS分析中心数据,采用二次多项式拟合法对北斗卫星DCB参数展开研究,通过构建电离层延迟模型求解北斗卫星DCB参数,统计了北斗卫星包括GEO卫星、IGSO卫星、MEO卫星的2016-01~2016-12及2017-02-01~2017-02-28的频间偏差参数解算结果,分析其变化特性,并采用二次多项式拟合法对DCB参数进行长短期预报及精度分析。实验证明,相比GEO、IGSO卫星、MEO卫星的DCB参数较低且波动幅度介于GEO、IGSO卫星之间;二次多项式拟合法可对北斗卫星的频间偏差参数进行预报,对北斗卫星的频间偏差求值及预报具有重要的参考作用。     

基于一次差分预报原理的常用钟差预报模型效果分析

基于15 d的精密卫星钟差数据,从不同角度全面分析6种常用钟差预报模型（LP模型、QP模型、GM模型、SA模型、ARIMA模型、KF模型）基于钟差一次差分预报原理的预报效果,得到以下结论：1）采用钟差一次差分预报原理,可以提高LP模型、SA模型、GM模型及KF模型对于GPS卫星钟差的3 h预报精度,提高QP模型和ARIMA模型对于ⅡF Rb钟的3 h预报精度,提高LP模型和GM模型在6 h和12 h预报中的精度,提高ARIMA模型在6 h、12 h和24 h预报中的精度;2）基于钟差一次差分预报原理的预报结果与卫星及其星载钟类型有关,对于GPS BLOCK ⅡF Rb钟,该预报原理可以提高6种模型的短期预报精度,特别是对GM模型、LP模型和ARIMA模型预报效果的改善最为显著;3）对于3 h和6 h的预报,采用钟差一次差分预报原理的LP模型（DLP模型）对应的RMS值都最小,即DLP模型的预报精度最高,说明钟差一次差分数据更适合一次多项式模型的短期预报。     

基于SAFA-FDGM(1,1)模型的BDS钟差预报

为建立高精度的BDS钟差预报模型,提出一种基于改进的萤火虫算法优化的分数阶离散型灰色系统SAFA-FDGM(1,1)钟差预报模型。为避免萤火虫算法陷入局部最优解,提高萤火虫算法的优化能力,本文引入惯性权重因子,同时对吸引力因子、步长因子进行改进;利用改进的萤火虫算法自动优化选取FDGM(1,1)分数阶因子来提高FDGM(1,1)数据拟合精度。分别采用C02(GEO)、C09(IGSO)、C12(MEO)三种不同类型卫星的钟差数据进行实验分析,结果表明,本文预报模型优于传统二次多项式模型与GM(1,1)模型,其中3~6 h预报误差小于1 ns,9~12 h预报误差优于2 ns,对建立高精度的BDS卫星通用钟差预报模型具有重要参考价值。     

两种电离层延迟改正模型对星载单频GPS实时定轨精度的影响

采用单频星载GPS实测伪距和载波相位观测值,结合不同的电离层延迟改正模型进行模拟实时定轨实验,分析单频实时定轨的精度。不同轨道高度的低轨卫星实验结果表明,在卫星轨道较高(500 km以上)时,使用单频伪距观测值与改进的Klobuchar模型,实时定轨位置精度可达0.86 m(三维RMS),速度精度可达0.9 mm/s,接近甚至优于双频伪距实时定轨的轨道精度;使用单频码相无电离层组合观测值时,实时定轨位置精度可达0.54 m,速度精度可达0.55 mm/s。采用合适的电离层延迟改正模型,廉价的单频星载接收机可应用于微小卫星的实时定轨。     

两种北斗卫星精密定轨方法的对比

给出了北斗卫星单系统和多系统融合非差精密定轨方法的基本原理和主要区别,并结合实测数据,对比分析了两种方法的定轨精度。结果表明,在一定观测条件下,两种方法定轨精度基本相当,GEO卫星三维定轨精度能达到1 m左右,IGSO和MEO卫星能达到0.2~0.3 m,3类卫星径向轨道精度优于10 cm。     

MGEX和iGMAS的多系统轨道和钟差产品精度分析

采用分析中心间互比、SLR残差检核、卫星钟差拟合以及阿伦方差等方法对MGEX和iGMAS提供的多系统轨道和钟差产品精度进行综合分析。结果表明,GPS和GLONASS卫星的轨道精度分别在1.0～1.3cm和2.0～3.6cm,其中iGMAS提供的轨道产品较优。Galileo卫星的轨道一致性在10～17cm,采用ECODE2模型或附加先验模型可有效提高轨道精度。BDS GEO卫星的轨道一致性在数m级,径向精度约为25cm;IGSO和MEO卫星的轨道一致性分别在21～40cm和11～18cm左右,且径向精度分别优于10cm和5cm。MGEX和iGMAS提供的GPS和GLONASS卫星的钟差精度较好,但稳定性和可靠性仍有待提升。Galileo卫星的钟差一致性约为0.2～0.4ns,且钟差产品中吸收了未被模型化的轨道误差。BDS GEO、IGSO和MEO卫星的钟差一致性分别在0.35～0.46ns、0.25～0.33ns和0.11～0.21ns,其中CODE提供的BDS IGSO/MEO卫星的钟差产品受偏航姿态模式影响较大。     

基于混沌加权一阶局域法的IGS超快星历钟差预报

为提高IGS超快星历钟差预报产品的精度,针对卫星钟差数据具有确定项和随机项成分的特点,在采用多项式模型对钟差确定项建模的基础上,提出采用混沌加权一阶局域法对钟差随机项进行建模预报。仿真结果表明,采用混沌加权一阶局域法的预报精度优于超快星历钟差预报产品。