下行L波段轨道法时间比对计算模型误差分析

通过星地时间比对可以实现地面站与卫星之间的时间同步,主要采用的星地时间比对方法有星地无线电双向比对、卫星激光双向测距比对、下行L波段轨道法比对、伪码与卫星激光测距比对和伪距与星地测距比对等。本文介绍了下行L波段轨道时间比对法在地心惯性系中的计算模型,对影响下行L波段轨道法时间比对精度的主要误差源进行了详细分析。     

伪距与激光测距法时间比对计算模型及其精度评估

卫星导航定位系统测距的基础是测时,而定轨和定位的前提是各观测量的时间同步,因此,时间同步技术是卫星导航定位系统建设的关键技术基础之一。卫星导航定位系统中时间同步技术包括卫星与地面(星-地)和地面站间(地-地)的时间同步。在本文中,根据伪距与激光测距法时间比对的基本原理,详细推导了地心惯性系中伪距与激光测距法时间比对的基本计算模型,为实现星地之间高精度的时间同步提供了参考。     

星地时间比对的原理及实现

文章介绍了几种星地时间比对的方法并对几种方法的精度进行了简要分析。为验证分析的正确性，文章首先采用2002年10月GPS35卫星的伪距和SLR实测数据计算了星地钟差，然后将本文计算的星地钟差与IGS精密星地钟差进行了比较。通过比较分析发现：①利用伪距与卫星激光测距比对计算的星地钟差精度可以达到1．5ns；测定的星地钟差与实际的星地钟差不存在系统差。②利用伪距与卫星激光测距比对可以完成导航卫星钟与地面系统标准时钟的比对；该方法有助于分离导航卫星的坐标和钟差，便于对星地钟差的研究。     

辅助激光测距的共视法站间时间比对

辅助激光测距的共视法站间时间比对技术是一种新的站间时间比对技术.它同时利用激光和伪码进行时间比对,减弱星地位置不确定和传播路径带来的误差,因此,比对精度较高.它的缺点是设备昂贵且易受天气状况的影响.提出该方法的基本原理和计算模型,分析影响比对结果的误差源及对比对精度的影响,并给出各种比对量级下应考虑的改正项.     

星地双向伪距模型的建立与仿真实验

根据下行伪距观测模型给出了上行伪距观测模型,比较了主要误差项对于上、下行伪距的不同影响,并模拟了星地双向伪距数据,进一步处理了模拟数据,得到了星地钟差。通过与星地钟差的真值比较,验证了算法的可靠性。     

方差分量估计分析北斗伪距信号精度

针对北斗伪距精度和时间相关性研究较少的问题,该文引入最小二乘方差分量估计方法,对伪距与载波相位形成的电离层残差组合序列求高阶差分,构造伪距观测量的关系方程,并分析了北斗卫星伪距观测量的精度和时间相关性。结果表明,北斗伪距观测量的测量噪声在0.1~0.5m范围内,随高度角的增大而减小;不同频率的伪距噪声各有差异,高度角增大时差异减小,所有测站中B1的伪距噪声最大,B2、B3的大小关系随测站而异;地球同步轨道卫星的伪距精度优于倾斜地球同步轨道和中地球轨道卫星,且后两者差距较小;市场上两款北斗接收机的伪距测量精度相当。相关分析表明,当接收机采样频率等于或低于1Hz时,伪距观测量不存在明显的时间相关性;当采样频率高于1Hz时,伪距观测量表现出较强的时间相关性。     

GNSS伪距粗差的开窗探测及修复

针对GNSS伪距观测粗差,提出一种基于同一卫星历史伪距时间序列的时间相关性、不同卫星伪距间的空间相关性的开窗粗差探测修复方法。以窗口内历史伪距时间序列分别预测当前各卫星伪距,得到各卫星伪距预测值和实测值的残差并将其标准化,再用各卫星伪距残差的变异系数来衡量不同卫星伪距间的空间相关性,通过伪距时间相关性和空间相关性构成膨胀因子进行粗差定位,并以窗口内伪距相关为原则进行粗差修复。试验证明,该方法能在线探测修复多种类型伪距粗差,并能合理处理不影响定位的等量跳变。     

多普勒与伪码相位值结合的A-GPS快速定位算法研究

辅助全球定位系统通过蜂窝网基站提供给A-GPS接收机捕获辅助信息、辅助星历、时间与概略坐标,解决了微弱信号下的定位问题。从信号捕获到完成跟踪,解码导航电文需要经历相关锁定、相位锁定、比特同步、帧同步等过程,在信号很弱以至于无法实现帧同步、不能解调卫星TOW的情况下,常规定位算法无法实现定位。文中提出多普勒与伪码相位结合的A-GPS快速定位算法,利用伪码相位值进行伪距重构法消去整数毫秒伪距中隐含的公共误差,利用多普勒定位提供的初值保证初始位置和时间误差在0.5光毫秒以内,实现了粗时间、粗位置辅助下利用多普勒与伪码相位值的A-GPS快速定位。     

三频载波相位伪距平滑算法分析与比较

针对现代化卫星导航系统的三频新特点,本文推导了利用多频载波相位平滑单频伪距及组合伪距的一般算法,提出通用的计算方程和解析表达式,比对了三频GNSS系统中的3种平滑算法,并进行实测数据验证和分析。理论分析表明三频二阶伪距平滑算法噪声方差性能最差,三频一阶伪距平滑算法噪声方差性能与双频伪距平滑算法相当。     

监测站时间同步条件下的单星定轨

基于伪距及载波相位观测量的COMPASS-M1卫星精密定轨中轨道误差与钟差分离问题是制约卫星定轨精度提高的主要因素之一。本文首先介绍了基于监测站时间同步条件下精密定轨原理,然后通过对卫星钟差建模,采用动力学方法利用国内五站实测数据对COMPASS-M1卫星进行了轨道确定,并利用轨道重叠弧段法及实测激光数据对定轨精度作了检核。结果表明,基于目前监测站时间同步技术,利用相位平滑伪距定轨能达到10m以内精度。     

卫星信号发射时刻的无偏恢复

卫星信号发射时刻在导航定位中是一个重要的参数,但是在城市峡谷等弱信号条件下,接收机可能完成不了所有卫星信号发射时刻的组装。在伪距定位中卫星信号发射时刻的组装和粗时段导航中卫星信号发射时刻的恢复(有偏)技术基础上,提出一种无偏的卫星信号发射时刻恢复方法,前提是卫星至少能完成一颗星的伪距测量,并且具有150km误差范围内的先验位置和辅助星历。利用BDS B1和GPS L1中频数据在软件接收机平台进行了BDS,GPS信号发射时刻无偏恢复验证实验证明了方法的有效性。     

载波相位平滑时间常数对GBAS精度增强的影响

陆基增强系统(GBAS)是利用载波相位平滑伪距差分修正实现对导航辅助定位的. 其中,平滑时间常数是影响载波相位平滑伪距精度的关键参数. 本文分析研究了不同平滑时间下电离层时间梯度和空间梯度对Hatch滤波的影响. 在结合电离层时空梯度和多径效应引起的滤波总误差方差的基础上,推导出自适应的最优平滑时间常数. 分别对GBAS静态和动态两种环境下的定位误差进行实验,实验结果表明,采用本文推导出的自适应平滑时间常数降低了GBAS伪距测量误差,从而使定位精度得到增强.      

Evaluating pseudorange multipath effects at stations in the National CORS Network

A preliminary study was conducted to evaluate the amount of pseudorange multipath at 390+ sites in the National Continuously Operating Reference Station (CORS) Network. The National CORS Network is a cooperative effort involving over 110 different agencies, universities, and private companies who seek to make GPS data from dual-frequency receivers located throughout the United States and its territories available to the general public. For CORS users, pseudorange multipath can seriously degrade the accuracy of any application that relies on precise measurements of the pseudorange observable over a short period of time, including differential pseudorange navigation, kinematic and rapid-static surveying, and ionospheric monitoring. The main objectives of this study were to identify the most affected and least affected sites in the network, to closely investigate problematic sites, and to compare various receiver/antenna combinations. Dual-frequency carrier phase and pseudorange measurements were used to estimate the amount of L1 and L2 pseudorange multipath at each site over a one-year period. Some of the most severely affected sites were maritime Differential GPS and Nationwide Differential GPS (DGPS/NDGPS) sites. Photographs obtained for these sites verified the presence of transmission towers and other reflectors in close proximity to the GPS antennas. Plotting the variations of the L1 and L2 pseudorange multipath with respect to azimuth and elevation further verified that even above a 60° elevation angle there was still as much as five meters of pseudorange multipath at some sites. The least affected sites were the state networks installed in Ohio and Michigan; these sites used excellent antenna mounts, choke ring antennas, and new receiver technology. A comparison of the 12 most commonly used receiver/antenna combinations in the CORS Network indicated that newer receivers such as the Ashtech UZ-12, Leica RS-500, and Trimble 5700 help to significantly mitigate pseudorange multipath, while the receivers/antennas at some DGPS/NDGPS sites, and the antennas formerly used at the Wide Area Augmentation System (WAAS) sites, are among those most affected by pseudorange multipath. The receiver/antenna comparison did not take into account the potential presence of reflectors at the sites (i.e., it is possible that a well-performing receiver/antenna combination could have been consistently placed at very poor site locations, and vice-versa).Product Disclaimer: Mention of a commercial company or product does not constitute an endorsement by the National Oceanic and Atmospheric Administration. Use for publicity or advertisement purposes of information from this paper concerning proprietary products or the comparison of such products is not authorized.     

GPS／GLONASS／BDS多模融合伪距单点定位模型精度分析

GNSS伪距单点定位速度快且不存在整周模糊度问题,其原理简单易于编程实现,所以在进行GNSS数据处理时,经常用到该方法。本文以GPS、GLONASS、BDS多模融合为例,简单介绍多模融合存在的坐标统一、时间基准统一问题,再详细介绍多模融合伪距单点定位原理以及解算模型,基于Visual Studio2010平台,编写GPS、GLONASS、BDS多模融合的伪距单点定位及单点测速程序。结合相关算例,对该程序多系统伪距单点定位的精度以及单点测速精度进行分析。      

利用SLR和伪距资料确定导航卫星钟差

提出了综合利用SLR和GPS伪距资料测定导航卫星钟差的方法,采用2002年10月的SLR和伪距实测数据计算了GPS 35卫星的钟差,并对GPS 35卫星的钟差进行了预报,为了验证计算结果的精度,将本文计算的卫星钟差与IGS精密钟差进行了比较.通过比较分析发现:综合利用SLR和伪距资料测定的导航卫星钟差精度优于3 ns,测定的导航卫星钟差与实际卫星钟差不存在系统差;导航卫星钟差的预报精度与计算卫星钟速的时间跨度有关;可以分离卫星坐标和卫星钟差之间的相互影响,便于对卫星钟差的研究.     

一种新的高动态条件下实时高精度伪距计算方法

针对高动态全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)仿真系统中伪距计算精度与实时性的矛盾,提出了一种基于三阶Hermite插值的实时高精度伪距计算方法。首先通过插值算法获得卫星轨道并调整误差项计算顺序来优化伪距计算方法,然后在已知两个节点处的伪距及其导数后,采用三阶Hermite插值算法计算伪距变化模型参数,其中伪距导数通过二阶Lagrange插值多项式的求导公式求得。高动态仿真结果表明,在时间间隔取1 s时,最大伪距误差为0.638 mm,标准差为0.172 mm。     

载波/多普勒平滑伪距在Android手机中的定位实现

针对Android手机GNSS伪距定位精度较低的问题,利用手机端观测信息,通过载波相位/多普勒平滑伪距改善手机端伪距观测值的质量,从而达到提高定位精度的效果。首先给出了Android手机GNSS原始观测量的获取方法,然后推导了载波相位平滑伪距和多普勒平滑伪距算法模型,并设计合理有效的试验对算法的精度进行评定。试验结果表明：在手机端静态定位中载波相位和多普勒平滑算法均可提高原始伪距的定位精度,且多普勒平滑算法表现更优;在手机端动态定位中多普勒平滑算法可获得比原始伪距更优的定位精度,但是载波相位平滑算法较原始伪距更差;由于硬件的制约手机端周跳和信号失锁严重,占比超过50%,载波相位在手机端的可用性较低;多普勒平滑算法的最优平滑时间常数小于等于10 s,具有实时动态定位的巨大潜力。     

GPS、SLR、VLBI联合处理站坐标

采用了GPS、VLBI、SLR三种技术的并置站坐标,计算了三种技术实现的参考框架的转换参数,联合处理得到并置站的坐标并与IERS公布的坐标进行了比较。