卫星导航中几何精度衰减因子最小值分析及应用

DOP是评估卫星导航定位性能的重要手段之一。在分析GDOP的数学意义和测量意义的基础上,提出两种GDOP最小值的求解方法,并对最小值进行理论分析。结果表明,传统场合中认为DOP为"精度衰减"因子是有局限性的;随着卫星与用户几何关系的改变,包括GDOP在内的所有DOP完全可以小于1,从而具有一定的精度增强作用。在此基础上,提出一种评价星座空间分布均匀程度的星座几何构型品质因数,并以GPS和Galileo星座为例进行试验,结果表明该因数可以较好地评价星座的空间分布均匀程度。基于GPS星座在近地空间内导航精度性能的试验结果很好地证明了DOP具有精度增强的属性。     

北斗三号导航定位技术体制与服务性能

介绍了北斗三号系统的星座设计、服务类型、导航信号体制、时空基准以及轨道确定与时间同步机制等技术体制,分析提出了评估北斗三号导航定位服务性能的指标体系,指标涵盖时空基准、空间信号质量、空间信号精度和服务性能4个方面,综合利用全球数据资源对北斗三号基本系统的导航定位服务性能进行了评估。结果显示,各信号分量有效功率比偏差优于0.25dB,S曲线过零点偏差(SCB)优于0.3ns,满足设计要求;北斗三号基本系统当前全球位置精度因子(PDOP)可用性优于85.0%,空间信号测距误差0.48m(RMS),空间信号连续性99.99%,空间信号可用性99.78%,UTC偏差误差优于19.1ns(95%),均满足系统服务性能规范承诺的指标。相对于北斗二号而言,北斗三号在覆盖能力、空间信号精度、空间信号可用性、空间信号连续性等方面均有显著提升。     

BDS/GPS组合系统定位性能分析

本文通过对比分析BDS、GPS、GLONASS、Galileo的发展现状和服务性能,探讨了BDS/GPS组合导航定位的相对优势。从可见性和定位精度方面对BDS/GPS组合系统的定位性能进行了仿真分析,给出了定量分析结果。仿真结果表明,采用BDS/GPS组合系统导航定位能够有效提高用户的定位精度和可见性,研究成果对BDS/GPS组合导航定位的精度验证和工程实现具有一定的参考价值。     

基于北斗的卫星导航定位服务系统升级探索

选取重庆市5个基准站开展了基于北斗的卫星导航定位服务系统升级改造,融合了BDS、GPS、GLONASS多星多频数据,提高了定位精度;同时,用户公共观测卫星数量明显提升,缩短了用户初始化时间,提高了作业效率,提升了重庆市现代测绘基准体系信息化应用服务水平,为下一步全市全面开展北斗卫星导航定位服务系统改造升级提供了经验。测试结果表明,改造后的系统可有效解决山地城市局部地区卫星定位困难的问题,改造后的三星网络RTK平面精度为3 cm,空间三维坐标精度优于5 cm,RTK的精度水平、全天可用性和可靠性均能满足工程测绘技术要求。     

BDS-3/GPS在遮挡环境下定位性能分析

针对在全球卫星导航系统(GNSS)信号易遮挡地区,单一系统可见卫星数较少,定位性能不理想甚至难以满足定位需求的问题,分析北斗三号(BDS-3)在不同区域遮挡环境下对定位性能的改善. 通过全球不同区域MGEX(Multi-GNSS Experiment)监测站的观测数据,采用GPS、BDS-3、BDS-3/GPS组合定位三种模式,在不同模拟遮挡环境下进行伪距单点定位,分析了各模式下可见卫星颗数、历元利用率、几何精度衰减因子(GDOP)值和定位精度. 结果表明:在北半球区域,相较于其他方向遮挡,GPS模式在低纬度地区南面遮挡的定位稳定性和精度最高,在中高纬度地区北面遮挡的定位稳定性和精度最高,BDS-3和BDS-3/GPS组合模式在低纬度地区各方向遮挡定位精度相当,在中纬度和中高纬度地区,北面遮挡的精度明显优于其他方向遮挡的定位精度. BDS-3/GPS组合定位模式,大大增加了可见卫星颗数,历元利用率提高,卫星空间几何结构改善,GDOP值降低,稳定性和定位精度明显优于单系统.      

经过北斗增强的福建CORS精度与性能检测分析

随着北斗导航定位系统的建设与发展,对基于北斗增强的CORS进行精度与性能分析具有重要的实践价值。本文通过固定基线检测与实时动态测试两种方法并采用Leica ATX1230 GG和华测T5两种仪器,分别对福建CORS(FJCORS)的实时定位精度与性能进行检测与分析。结果表明:1)FJCORS提供的GPS/GLONASS/BDS信号初始化时间较快,即获得固定解的时间;采用华测T5仪器,GPS/GLONASS/BDS信号的初始化时间比单GPS信号提高11.8%,比GPS/BDS提高12.1%,比GPS+GLONASS信号提高26.7%;采用Leica ATX1230 GG仪器,GPS/GLONASS/BDS信号的初始化时间比单GPS信号提高22.8%,比GPS/BDS提高10.2%,比GPS+GLONASS信号提高19.1%,2)定位精度方面,FJCORS在内符合精度优于2 cm,外符合精度优于5 cm,可以满足高精度实时定位的要求。     

GPS广播星历误差及对单点定位的影响

利用国际GPS地球动力学服务(International GPS service(IGS)for geodynamics)提供的广播星历和精密星历数据,分析GPS广播星历的轨道精度及变化规律。广播星历的轨道精度一般在5 m左右,且明显表现出周期性变化规律。另外,从单点定位的原理出发分析了GPS广播星历误差对单点定位精度的影响。     

北斗CORS实时动态差分定位精度实验分析

目前,兼容北斗导航卫星系统(BDS)的中山市连续卫星定位服务系统(ZSCORS)已经建成,分析ZSCORS环境下的BDS、GPS、BDS/GPS的实时动态差分定位精度很有必要。本文选择12个C级GPS控制点进行精度测试,分别采集BDS、GPS及BDS/GPS组合信号观测值,并进行统计分析,在ZSCORS实时动态差分定位环境下,BDS精度与GPS相当,BDS/GPS组合精度和效率明显高于BDS、GPS。     

AUSPOS在线定位系统研究分析

基于网络的在线GPS定位服务系统提高了测量精度和作业效率,极大地方便了用户.AUSPOS是澳大利亚有关专业部门开发的在线定位服务系统,具备处理静态双频接收机RINEX格式的GPS数据的能力.试算表明:AUSPOS使用2h的数据便能获得cm级的定位精度(3D),8h就可以获得水平方向优于1cm和垂直方向优于2cm的定位精度.利用24h的观测数据可以获得mm级的内符合精度和1cm左右的外符合精度.AUSPOS这类高性能在线定位服务系统在GPS基准站建设、GPS高程测量和GPS控制网解算等领域有着很大的实际应用价值.     

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。     

IRNSS和QZSS在各自主服务区域的L5定位性能评估：独立系统与GPS联合

印度区域导航卫星系统（IRNSS）与日本准天顶系统（QZSS）是近年来宣布正式运行的两个区域卫星导航系统。本文首先评估了IRNSS和QZSS在各自主服务区域的L5信号单点定位性能。然后,为了探究导航星座结构差异对各区域系统联合GPS在城市峡谷环境下定位性能的影响程度,详细对比分析了卫星截止高度角为5°、15°、25°、35°、45°、55°时各区域系统在其主服务区内联合GPS定位的表现。结果表明：① IRNSS在其主服务区内可提供全天连续独立L5定位服务,水平方向定位精度小于2.50m,高程方向定位精度小于4.10m;② QZSS在其主服务区内只能提供全天部分时段的独立L5定位服务,水平方向定位精度小于4.80m,高程方向定位精度小于7.40m;③由于QZSS独特的星座结构,其在主服务区城市峡谷环境中联合GPS定位的性能要优于IRNSS在其相应主服务区联合GPS定位的表现,尤其是在天空视野有限的情况下。本文结果对决策者设计新的区域导航系统具有一定的参考价值。     

广域实时精密定位与时间服务系统

广域实时精密定位与时间服务已成为GNSS应用领域研究热点,目前国内外学者围绕其模型算法已展开大量的研究。本文重点论述广域实时精密定位与时间服务数据的处理方法和服务系统,给出了基于不同基准约束的卫星钟差解算数学模型,提出通过引入外接原子钟测站、标准时间源(UTC/BDT)等不同时间基准,构建卫星拟稳基准、外接原子钟跟踪站拟稳基准及标准时间源等约束下的钟差解算模型,分析了时间基准对精密单点定位和精密单点授时的影响。本文采用实时卫星轨道、钟差、相位偏差、电离层延迟等服务产品及跟踪站实时数据,验证了系统产品可靠性及终端定位与时间服务性能。实测结果表明:GPS轨道径向精度1.8 cm,钟差STD精度约0.05 ns;BDS-3轨道径向精度6.7 cm,钟差STD精度优于0.1 ns;GPS和BDS-2电离层改正精度分别为0.74 TECU与1.03 TECU。基于该产品实现了用户端PPP、PPP-RTK及PPT、PPT-RTK服务,满足了用户实时厘米级定位和优于0.5 ns的单站时间传递服务,当采用GPS+BDS-2 PPP-RTK解算时,平面收敛至5 cm约需要12 min。     

整数模糊度参数的快速检索算法

ＧＰＳ快速定位中,由于模糊度参数之间的强相关性,模糊度参数置信区间定义的检索区域比相应的置信椭球大得多。本文通过模糊度参数向量的正交变换,定义出包含模糊度参数置信椭球的最小正交多面体,借助在其中构造的均匀正交网格点,找出置信椭球中的所有整数模糊度参数向量。该方法显著地减少了整数模糊度参数的检索范围,提高了计算效率。     

QZSS L6E增强服务改正数支持的PPP性能评估

准天顶卫星系统目前利用QZS-2~QZS-43颗卫星播发L6E信号,为东亚和大洋洲地区用户提供实时的增强服务。该文分析了L6E信号结构及轨道和钟差的计算模型,研究了目前L6E信号的覆盖范围和可用性,评估了L6E改正数恢复的卫星轨道和钟差及其用于动态PPP的精度水平。结果表明:我国用户在使用15°截止高度角时L6E信号仍有100%的可用性;L6E改正数恢复的GPS和GLONASS卫星轨道的3D RMS平均值分别为5.3和13.9 cm,卫星钟差的STD平均值分别为0.14和0.22 ns,利用GPS卫星的轨道和钟差进行的动态PPP可以获得水平优于10 cm、高程优于15 cm的精度,在加入GLONASS卫星后,东方向和高程方向定位误差和收敛时间均有明显改善。     

一种基于改进UKF滤波的GPS+PDR组合定位方法

针对接收信号质量恶化的环境,提出了一种适用于信号遮蔽环境的改进GPS+PDR组合定位算法。该方法用短时间内的陀螺仪积分数据校正数字罗盘的航向偏差,在一定程度上消除了数字罗盘受到的偶发干扰。采用约束残差的无迹卡尔曼滤波（UKF）算法对GPS和行人航迹推算（PDR）定位信息进行融合处理,有效克服了PDR定位中累积航向误差产生的位置漂移问题,提高了算法的定位精度和稳定性。试验结果表明,改进算法能有效抑制数字罗盘的漂移误差,航向相对误差平均降低56%;行人步行时,GPS定位标准误差为2.67 m,单纯PDR定位标准误差为6.83 m;随机给予若干点GPS数据辅助定位,标准误差降至3.12 m;全程融合GPS与PDR定位,标准误差可降至1.94 m。     

应用GPS网络RTK技术建立区域性空间定位动态服务体系的几点思考

对GPS网络RTK技术作简要介绍 ,分析传统技术的不足 ,说明该技术在建立区域性空间定位动态服务体系等各方面的应用。     

GNSS基本服务性能评估

针对现有全球卫星导航系统性能评估无规范的评估标准问题,该文提出了以统一模型和算法为评估体系的方法,较详细的评估了全球卫星导航系统公开服务信号的基本性能,主要评估了空间信号误差、广播电离层模型改正效率及伪距单点定位精度等。结果表明:空间信号误差方面,伽利略最优、GPS和北斗三号相当;广播电离层模型方面,北斗全球广播电离层模型改正效果最优,GPSK8与NeQuick模型在低中纬度改正效果相当,北斗区域电离层模型在其服务区内具有较高改正效果;定位方面,北斗、GPS和伽利略静态伪距单点定位的三维位置均方根误差优于5m,格洛纳斯优于10 m;动态伪距单点定位方面,北斗在中国境内定位精度最高;基于统一评估体系下,可以直观对比得到目前各卫星导航系统的性能差异,同时也为后续的建设提供相应的参考。     

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 。     

MSAS系统在中国区域服务性能评估与分析

为了提高GNSS卫星导航系统服务性能,美国、欧洲各国、日本、印度、俄罗斯、韩国、中国已经建立或者即将建立独立的星基增强系统,通过提供广播星历差分与完好性增强信息,满足高精度高完好性用户使用需求。针对日本MSAS系统在中国区域SBAS增强服务性能不稳定的问题,在理解SBAS增强信息内容和处理流程的基础上,对分布在不同位置的日本两个站(GMSD、MIZU)和中国中东部区域3个站(天津、上海、武汉)的数据进行测试,采用GPS单点定位、MSAS增强单点定位和MSAS双频精密单点定位3种模式进行增强效果的评估和分析。结果表明,在中国区域采用MSAS电离层改正参数效果不佳,距离越远,精度改善程度越差。只采用轨道和钟差改正信息,较单点定位可实现10%的精度提升,精密单点定位可实现60%的精度提升,但需数十分钟的收敛时间,本文也给出了多方面的解决方法。