铁路场景下的GPS/Galileo/BDS-2/BDS-3观测数据质量的对比分析

针对铁路场景下全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)观测环境较为复杂的问题,利用国际开源软件Anubis,分别基于卫星可见性、数据完整率、多路径效应和周跳比等指标有效评估了铁路沿线8个GNSS站观测数据质量,并通过单北斗二号(Beidou-2,BDS-2)和北...     

一种GNSS/视觉观测紧组合导航定位算法研究

全球卫星导航系统(GNSS)在弱信号环境下,GNSS信号易受到遮挡或者电磁干扰,严重影响导航定位的可靠性、连续性和精度. 针对此问题,本文作者研究了一种GNSS和视觉观测紧组合导航定位方法. 首先基于相机采集图像数据,利用ORB-SLAM2开源平台求解得到视觉位置结果增量,再联合GNSS伪距观测数据采用卡尔曼滤波(KF)进行组合定位解算. 采用实测的GNSS伪距观测数据和图像数据进行测试,试验结果表明:该算法不仅能有效地提升GNSS弱信号环境下导航定位的连续性和精度,还能在卫星数少于4颗时保持持续导航定位.      

GPS/Galileo/BDS三系统全频率PPP-AR性能分析

相位偏差的精确估计是实现精密单点定位(precise point positioning,PPP)非差模糊度固定(ambiguity resolution,AR)的重要前提，但当前国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)分析中心(analysis center,AC)提供的相位偏差产品频率组合有限，使PPP-AR用户也只能使用相应频率的观测值，浪费了多频率的GNSS观测值.为了实现基于任意GNSS频率选择和观测值组合灵活实现PPP-AR (即全频率PPP-AR)，我们针对全球均匀分布的100多个IGS测站1周的静态观测数据，估算全频率可观测相位偏差(observable specific signal bias,OSB)，并使用开源PRIDE PPP-AR软件，进行静态PPP实验.结果表明：伪距和相位OSB产品的平均标准差分别是0.25 ns和0.34 ns，满足PPP模糊度固定的需求. Galileo、北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)频率自由组合时的平均模糊度固定率分别为(98.2...     

基于DCB和OSB产品的GNSS精密单点定位性能对比与分析

随着全球卫星导航系统(GNSS)的不断建设，精密单点定位(PPP)可用频率和通道逐步多元化.文中在原始观测方程的基础上，分别推导出适用于差分码偏差(DCB)产品和绝对偏差(OSB)产品的双频无电离层组合(IF)PPP模型，并利用50个MGEX (Multi-GNSS Experiment)测站的10 d连续观测数据对两种策略对比分析了各GNSS系统PPP模型的定位性能.结果表明：采用OSB产品的PPP模型在性能上与传统的DCB产品差异可以忽略不计，而且OSB产品在使用时更便利，更适合未来多频PPP的应用前景.     

电磁环境对GNSS观测数据质量的影响

通过在35、110、220、500、800kV 5种不同电压等级的变电站开展全球卫星导航定位系统(GNSS)观测实验,从数据完整率、多路径、信噪比、观测值与周跳比4项指标对各测试站点的GNSS观测数据质量进行统计分析,研究不同电压等级下电磁环境对各GNSS系统观测数据质量的影响。结果表明:不同电压等级下电磁环境对各GNSS系统的观测数据质量无负影响,该结论为论证变电站建设GNSS连续运行参考站(CORS站)的可行性提供了一定的参考价值,促进了卫星导航定位技术在电力行业的应用。     

基于速度信息约束的智能终端分米级定位

随着位置服务的发展,人们对定位精度的需求不断提升,目前智能手机定位精度仅为米级.?2016年谷歌宣布允许开发者获取手机全球卫星导航系统(GNSS)原始观测数据,为研究手机GNSS高精度定位算法提供了支持.?由于智能手机获取的伪距噪声较大,单纯利用伪距进行单点定位或伪距差分定位精度有限,很难达到较高精度.?为此在对数据质...     

面向北斗单历元分米级定位的ARAIM保护水平计算方法CSCD

精密定位的质量控制和完好性评估是实时全球卫星导航系统(GNSS)导航应用不可或缺的环节,尤其是在GNSS易受损害的城市峡谷等场景下,这种需求更加迫切.广域精密单点定位(PPP)瞬时分米级定位,利用GNSS三频信号形成的两个宽巷观测值可以实现单点单历元分米级定位.然而,在城市复杂环境中,反射信号、严重多路径以及其他信号干扰对定位造成的影响无法准确评估与识别,限制了PPP瞬时分米级单点定位的应用.完好性概念中的高级接收机自主完好性监测(ARAIM)可以计算用户定位误差最小置信区间的上限保护水平(PL)以评估定位有效性,可经过一定改进用于PPP瞬时定位的质量控制.针对当前ARAIM中计算PL的误差模型难以适应高精度定位需求的问题,提出了一种改进的ARAIM PL算法,称其为BARAIM(Back Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring).使用PPP三频组合观测值残差对ARAIM权与误差模型进行修正以计算PL.基于不同复杂程度的环境下采集的车载数据对算法进行了验证,对PL的改进情况以及导航的可用性提升情况进行评估.结果表明:在不同环境下,基于改进的B-ARAIM算法得到的PL,相比传统方法得到的PL更符合城市定位的需要,将PL降低了30%~70%.此方法有助于将ARAIM算法应用在高精度GNSS定位领域.     

智能手机多频多系统实时动态的定位性能分析

随着位置服务的发展,人们对定位精度的需求不断提升. 目前智能手机定位主要依赖于全球卫星导航系统(GNSS)芯片所提供的芯片解,其精度仅为米级. 2016年,谷歌宣布允许开发者获取手机GNSS原始观测数据,为研究手机GNSS高精度定位算法提供了支持. 为探索智能手机多频多系统实时动态(RTK)的定位精度和可靠性,文中基于华为P40智能手机开展了静态和动态环境下的多频多系统RTK的定位性能分析. 结果表明:在静态环境下,智能手机多频多系统的RTK定位精度要优于芯片解,在东(E)、北(N)、天(U)三个方向的定位误差均方根(RMS)分别为0.20 m、0.39 m和0.31 m,比芯片解提高了57%、71%和75%;在动态环境下的定位精度依然能够达到分米级,相比于芯片解在E、N、U三个方向上的定位精度提高了37.84%、47.22%、53.68%.      

长三角地区多模GNSS斜路径观测分布及水汽仿真层析

目前长三角地区GNSS网已应用于该地区上空水汽的日常监测和水汽层析的研究。由于该GNSS网站间距较大、分布不均匀,斜路径观测值不能完全满足高精度水汽三维层析的需要,因此,本文对该地区进行了多模GNSS(GPS、Galileo、GLONASS、BDS)的观测仿真和水汽层析试验。结果表明,多模GNSS观测值角度变化范围大,在空间分布更均匀,相同观测条件下,多模GNSS观测值明显降低了空间格网的空格率,特别是改善了大气中上层格网的观测值覆盖情况。多模GNSS观测值弥补了单系统观测分布不均的状况,为空间格网提供了更为丰富的大气观测信息。通过仿真层析试验可以看出多模GNSS能够明显改善层析效果,尤其能够提高地面5km以上的层析精度。     

单频到五频多系统GNSS精密单点定位参数估计与应用

全球导航卫星系统(GNSS)已发展至多频多系统时代,特别以我国北斗卫星导航系统(BDS)为代表的四大全球导航卫星系统可全天时、全天候播发十几个频率的伪距、相位和多普勒等观测信息。多频多系统GNSS为用户提供更多的观测数据和组合选择,为精密定位、导航和授时(PNT)应用带来了新的机遇,如高精度位置服务、大地测量、空间天气和灾害监测等。但多频多系统GNSS观测为精密单点定位(PPP)组合模型和系统偏差及大气延迟估计等带来诸多问题和挑战。本文给出了单频到五频多系统GNSS精密单点定位(PPP)模型,估计和评估了单频到五频多系统GNSS PPP定位精度、接收机钟差、对流层延迟、卫星和接收机硬件延迟,以及频间偏差。给出了GNSS PPP最新应用进展,包括GNSS气象学、电离层模拟、时间频率传递、建筑物安全和地震监测及其应用。结果表明,多频多系统极大地提高了GNSS PPP参数估计的精度和可靠性,具有重要的应用价值。最后给出了多频多系统GNSS PPP应用前景与展望。     

BDS/GPS精密单点定位收敛时间与定位精度的比较

采用武汉大学卫星导航定位技术研究中心发布的北斗精密卫星轨道和钟差,在TriP 2.0软件的基础上实现了BDS PPP定位算法,并利用大量实测数据进行了BDS/GPS静态PPP和动态PPP浮点解试验。结果表明,BDS静态PPP的收敛时间约为80min,动态PPP的收敛时间为100min;对于3h的观测数据,静态PPP收敛后定位精度优于5cm,动态PPP收敛后水平方向优于8cm,高程方向约12cm;与GPS PPP类似,东分量上定位精度较北分量稍差。当前由于BDS的全球跟踪站有限,精密轨道和钟差精度不如GPS,因此BDS PPP的收敛时间较GPS长,但收敛后可实现厘米至分米级的绝对定位。     

基于UofC模型的多系统组合PPP解算性能分析

针对GNSS多系统组合进行PPP定位的问题,推导了基于UofC模型的多系统组合PPP的函数模型和随机模型。最后采用IGS观测站30 d的部分观测数据对不同组合模式的PPP进行了解算。试验分析结果表明：GNSS多系统组合PPP收敛时间与GPS单系统相比可以缩短30%~50%。对于定位精度,在观测时长较短时（如0.5 h）,GNSS多系统组合PPP整体上具有较优的定位精度,N、E方向偏差和标准差分别为0.3、0.5 cm和1.9、4.3 cm,短时间内由于对流层参数与垂直方向的强相关性,使得U方向精度稍差。此外,在卫星高度截止角大于40°的条件下,单系统可见卫星数不足从而导致无法进行连续定位,但多系统组合具有更多的可视卫星,仍能获得较好的定位精度,使其在建筑物密集区、山区和卫星遮挡较为严重的恶劣条件下具有实际应用价值。     

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PPP在N、E、U方向上的精度分别优于3、3、6 cm;GPS单系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于5、5、10 cm;BDS单系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于5、6、12 cm;GPS+BDS组合系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于4、4、8 cm。因此组合系统相对于单系统可提高定位的稳定性和定位精度,尤其在动态PPP的情况下,组合系统的优势更为明显。     

基于原始观测值的单频精密单点定位算法

研究了一种基于GPS原始观测值的单频PPP算法。该算法通过增加电离层延迟先验信息、空间和时间约束的虚拟观测方程,将电离层延迟当作未知参数与其他定位参数一并进行估计来高效修正电离层延迟误差。通过使用全球178个IGS站1d的实测数据对本算法的收敛速度、定位精度和电离层VTEC的精度进行检验与分析。结果表明,该算法的收敛速度和稳定性均得到了改善,其静态单频单天PPP解的精度可达2~3cm、模拟动态单频单天PPP解的精度可达2~3dm,并且单频PPP与双频PPP提取的电离层总电子含量平均偏差小于5个TECU,可作为一种附属定位产品使用。     

GNSS观测值统一表达及组合PPP解算性能分析

针对GNSS多系统组合进行PPP定位的问题,推导了GNSS观测值统一表达式;进而给出了基于UofC模型的多系统组合PPP的函数模型和随机模型;最后采用6个IGS观测站24 h观测数据对7种组合模型的PPP进行解算,并从收敛率、收敛速度和定位精度等方面进行了统计分析。实验结果表明,当观测时长为60 min时,GPS/GLONASS/BDS组合PPP收敛性能最好,收敛率为91.7%,平均收敛时间为16.1 min;而BDS PPP收敛性能最差,收敛率仅为32.7%,平均收敛时间为38.4 min。可见,多系统组合有利于提高精密单点定位的解算性能。对于定位精度,在观测时长较短时(如0.5 h),GPS/GLONASS/BDS组合PPP整体上具有最优的定位精度,(N,E)方向偏差和标准差分别为(0.3,0.5)cm和(1.9,4.3)cm;短时间内对流层参数与垂直方向的强相关性,将致使U方向精度较差。     

Multifrequency algorithms for precise point positioning: MAP3

We present the new MAP3 algorithms to perform static precise point positioning (PPP) from multifrequency and multisystem GNSS observations. MAP3 represents a two-step strategy in which the least squares theory is applied twice to estimate smoothed pseudo-distances, initial phase ambiguities, and slant ionospheric delay first, and the absolute receiver position and its clock offset in a second adjustment. Unlike the classic PPP technique, in our new approach, the ionospheric-free linear combination is not used. The combination of signals from different satellite systems is accomplished by taking into account the receiver inter-system bias. MAP3 has been implemented in MATLAB and integrated within a complete PPP software developed on site and named PCube. We test the MAP3 performance numerically and contrast it with other external PPP programs. In general, MAP3 positioning accuracy with low-noise GPS dual-frequency observations is about 2.5 cm in 2-h observation periods, 1 cm in 10 h, and 7 mm after 1 day. This means an improvement in the accuracy in short observation periods of at least 7 mm with respect to the other PPP programs. The MAP3 convergence time is also analyzed and some results obtained from real triple-frequency GPS and GIOVE observations are presented.     

Improving BeiDou real-time precise point positioning with numerical weather models

Precise positioning with the current Chinese BeiDou Navigation Satellite System is proven to be of comparable accuracy to the Global Positioning System, which is at centimeter level for the horizontal components and sub-decimeter level for the vertical component. But the BeiDou precise point positioning (PPP) shows its limitation in requiring a relatively long convergence time. In this study, we develop a numerical weather model (NWM) augmented PPP processing algorithm to improve BeiDou precise positioning. Tropospheric delay parameters, i.e., zenith delays, mapping functions, and horizontal delay gradients, derived from short-range forecasts from the Global Forecast System of the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) are applied into BeiDou real-time PPP. Observational data from stations that are capable of tracking the BeiDou constellation from the International GNSS Service (IGS) Multi-GNSS Experiments network are processed, with the introduced NWM-augmented PPP and the standard PPP processing. The accuracy of tropospheric delays derived from NCEP is assessed against with the IGS final tropospheric delay products. The positioning results show that an improvement in convergence time up to 60.0 and 66.7% for the east and vertical components, respectively, can be achieved with the NWM-augmented PPP solution compared to the standard PPP solutions, while only slight improvement in the solution convergence can be found for the north component. A positioning accuracy of 5.7 and 5.9 cm for the east component is achieved with the standard PPP that estimates gradients and the one that estimates no gradients, respectively, in comparison to 3.5 cm of the NWM-augmented PPP, showing an improvement of 38.6 and 40.1%. Compared to the accuracy of 3.7 and 4.1 cm for the north component derived from the two standard PPP solutions, the one of the NWM-augmented PPP solution is improved to 2.0 cm, by about 45.9 and 51.2%. The positioning accuracy for the up component improves from 11.4 and 13.2 cm with the two standard PPP solutions to 8.0 cm with the NWM-augmented PPP solution, an improvement of 29.8 and 39.4%, respectively.     

澳大利亚地区GPS/BDS实时精密单点定位性能分析

本文选取了均匀分布于澳大利亚的6个IGS跟踪站,用序贯最小二乘法进行参数估计,利用从MGEX下载的最终轨道和钟差产品进行GPS RT-PPP、BDS RT-PPP、GPS+BDS RT-PPP静态测站仿真实时解算,得出所有测站的定位性能数据。实验表明:在澳大利亚地区,GPS RT-PPP和GPS+BDS RT-PPP在E、N方向平均定位精度可以达到5 cm,且在20 min左右即可完成收敛,在U方向平均定位精度可达10 cm,收敛时间为25 min左右;该地区的BDS RT-PPP定位精度低于前两者,在E、N方向平均定位精度可以达到10 cm,且收敛时间约为25 min,在U方向平均定位精度20 cm,收敛时间超过30 min,达到34 min。     

北斗/GNSS机载动态PPP性能分析

针对基于机载动态场景下的实测数据,使用开源的PRIDE PPP-AR软件,采用伪距和载波相位观测值构建双频的消电离层组合(IF)进行了动态精密单点定位(PPP)实验,并对比了单北斗卫星导航系统(BDS)以及BDS/GNSS在进行机载大动态PPP定位方面的性能. 结果表明:多系统组合在卫星数、卫星几何构型以及位置精度衰减因子(PDOP)等方面均优于单系统,且对比单GPS而言,平面(东(E)、北(N)、高程(U))方向的定位精度分别提升了10%和12%;此外将开源软件PRIDE PPP-AR的解算结果与商业软件WayPoint进行了对比,结果表明前者的定位精度在E和U方向分别提升了46%和36%,N方向提升最多,提升了近2倍,因而PRIDE PPP-AR具备更高的动态解算精度与可靠性.      

BDS-3实时精密单点定位精度分析

基于武汉大学自主研发的GNSS高精度数据处理软件PANDA,本文采用MGEX网测站BDS-2/BDS-3连续一周的观测数据,通过仿实时处理BDS-3精密轨道与钟差产品进行BDS-3卫星实时精密轨道产品重叠弧段评估,实时轨道径向精度优于10 cm,实时钟差STD优于0.3 ns。在此基础上验证分析了BDS-2、BDS-3及BDS-2+BDS-3融合的实时静态PPP与实时动态PPP定位。试验结果表明：BDS-3静态PPP定位精度水平优于2 cm,高程优于4 cm;BDS-2+BDS-3联合实时动态PPP收敛时间相较BDS-2分别提升了约38.2%、75.0%、49.7%;收敛后E方向精度优于3 cm,N方向精度优于2 cm,平均提升了38.2%,高程方向精度优于6 cm,平均提升了64%。