顾及卫星非圆轨道改正的GNSS精密测速方法

详细推导了卫星非圆轨道改正的计算公式,给出高精度测速顾及该项误差的处理策略．采用全球均匀分布的12个国际GNSS服务（IGS）测站的多普勒和载波相位观测数据,仿动态评估了该项误差对测速精度的影响．结果表明:基于历元间载波相位差分的测速方法,改正后东、北、天顶方向分别提高8％、9％和10％,三维测速精度从9.9 mm／s改正到8.9 mm／s;基于原始多普勒的测速方法,东、北方向与载波相位差分方法的改正数值基本一致,天顶方向约是载波相位差分方法的改正数值的一半．      

一种附加钟速约束的GNSS TDCP测速改进方法

GNSS(global navigation satellite system)载波相位历元间差分（time-differenced carrier phase,TDCP）测速方法因其高精度、无收敛等优势而被广泛应用于动态导航定位中,但受限于观测环境引起的多维粗差与数据异常,TDCP的实际测速精度和稳定性通常难以保证。本文提出了一种附加钟速约束的TDCP测速改进方法,利用GNSS接收机钟速低频变化的特性,通过多项式拟合进行接收机钟速参数的短期预测,当钟速估计值偏离预测时,将拟合值作为约束条件回代到观测模型中重新进行速度估计,从而克服粗差的影响,提升TDCP测速的精度与稳定性。通过Ublox-F9P接收机和Huawei Mate40手机在城市复杂环境下的车载实测数据进行了算法验证,结果表明：附加钟速约束后,Ublox-F9P和Huawei Mate40的E、N、U方向测速精度RMS分别为0.11 m/s、0.10 m/s、0.14 m/s和0.20 m/s、0.19 m/s、0.18m/s,水平测速精度分别提升了84%和45%,高程测速精度分别提升了33%和10%。     

一种基于速度约束的智能手机RTD算法研究

针对受限于低成本信号接收与处理单元,手机伪距单点定位和伪距差分定位无法满足用户对定位精度的要求的问题,该文利用多普勒测速和历元间差分求解速度矢量约束位置解,构建附加多普勒原始观测值速度约束、附加伪速度约束和历元间位置约束的3种实时差分(RTD)模型。并与常规RTD模型进行对比,探究其在双频多系统下的定位精度及其稳定性。实验结果表明,3种模型相较于常规RTD都能有效提高定位精度,其中历元间位置约束的RTD模型定位精度的提升最为明显;静态模式下,小米8利用历元间位置约束的RTD定位下E、N、U方向提升分别为65%、50%和47%;在动态模式下,小米8利用历元间位置约束的RTD定位后,平面精度可提升43%。     

北斗载波相位差分的高频测速

针对GNSS测速方法中,传统单站历元间伪距单点定位位置差分及原始多普勒观测实时估计载体速度精度较低的问题,该文通过GNSS模块输出的载波相位观测值,根据相位中心一阶差分导出多普勒观测值的方法、同时系统地分析参数估计中各项误差源的影响,最后通过多普勒测速原理实时估计载体的速度信息。实验结果表明,该文所采用的方法静态模式下精度可以达到1～2mm/s,动态情况下测速精度可以达到5cm/s,较好地满足了机械控制领域的测速需求。     

基于载波相位差分的多频多GNSS测速精度评估

基于载波相位历元间差分测速方法,建立了全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）单点测速的数学模型,分析了其误差源,并结合实测数据对多GNSS系统各频点及其无电离层组合、不同系统组合的测速精度进行了对比分析。实验结果表明：不同系统不同频点的测速精度有所差异,BDS(BeiDou navigation satellite system)的B1I、B1C、B3I、B2a频点和Galileo(Galileo positioning system)的E1、E5a、E6、E5b、E5频点的测速精度相当,水平方向优于1.5 mm/s,高程方向优于3 mm/s;BDS的B2I和GPS的L1、L2、L5频点的测速精度相当,水平方向在1.5～2 mm/s,高程方向在3～4mm/s;GLONASS(globalnavigationsatellitesystem)的G1、G2频点测速精度最差,水平方向在3～4 mm/s,高程方向在5～5.5 mm/s;双频无电离层组合由于放大了观测值噪声,其测速精度低于单频。此外,多GNSS组合增加了可见卫星数,降低...     

GPS/BDS-3基线解算中海潮模型的影响分析

为了分析全球定位系统/北斗三号(GPS/BDS-3)长基线解算中海潮模型的影响，该文采用常用的NAO.99b、FES2004、FES2014海潮模型，分别对BDS-3和GPS基线解算进行标准化均方根误差(NRMS)、基线重复率和均方根误差对比分析。通过中国周边17个MGEX站7 d数据测试表明：加入海潮模型后GPS/BDS-3的NRMS值均有提升，GPS基线重复性略优于BDS-3,均达到10^-9;NAO99.b、FES2004、FES2014海潮模型对BDS-3内符合精度在N、E方向上提升不明显，U方向上分别提升6%、8.5%、9%,外符合精度在E方向上提升19%、23.8%、28.8%,在U方向上提升6.5%、5.5%、8%;GPS内符合精度提升不明显，外符合精度在N方向上提升1%、11.9%、12.2%,在E方向上精度相当，在U方向上提升2.3%、4.1%、5.1%。     

BDS载波相位历元间差分测速方法研究

针对载波相位历元间差分测速前后历元选取不同广播星历计算时,卫星钟差跳变导致测速结果错误突变的问题,提出前后历元仍采用相同的广播星历来计算卫星位置和钟差的改进方法。用北斗实测数据验证了方法的正确性,并评估了北斗测速的精度。实验结果表明:静态条件下,北斗载波相位历元间差分测速精度可达mm/s级;动态条件下,采样率1Hz,测速结果与高精度组合导航测速结果符合精度为cm/s级;并且测速精度与物体的动态条件(如加速度)有一定的相关性。     

基于多普勒测速的GPS单历元动态定位算法

在传统的GPS单历元动态定位参数估计中,由于先验约束信息较少,模糊度求解和定位性能往往较低。据此,研究了多普勒测速在GPS单历元动态定位中的应用,提出了一种附有GPS多普勒测速信息约束的坐标更新方法,即利用移动载体先验坐标和多普勒测速信息预测当前历元坐标。考虑到该方法进行坐标更新的精度较高和传统单点定位坐标更新的稳健性较强等特点,在此基础上给出了相应的单历元整周模糊度参数求解策略,进一步提高了该方法的定位性能。试验结果表明,所提出的算法相对于传统的无速度信息坐标约束的GPS单历元动态定位算法,其模糊度浮点解精度、模糊度固定率和平均定位精度均有了进一步提高,尤其是在观测卫星数较少、卫星几何结构较差的情况下更为明显。     

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%。     

BDS-3 PPP/INS紧组合定位性能分析

随着我国北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)的全面建成，基于BDS-3的高精度定位定姿应用需求日益迫切.推导了无电离层组合模式BDS-3精密单点定位(PPP)模型及地心地固坐标系下的惯性导航系统(INS)误差方程，构建了BDS-3 PPP/INS紧组合定位滤波模型，分别针对BDS-3 PPP、BDS-3 PPP/INS松组合、BDS-3 PPP/INS紧组合三种模式进行了定位性能评估.实验结果表明：BDS-3 PPP/INS松组合与BDS-3 PPP位置精度基本一致；BDS-3 PPP/INS紧组合在东(E)、北(N)、天顶(U)方向位置精度为分别7.9 cm、9.3 cm、9.4 cm，较BDS-3 PPP/INS松组合位置精度分别提升了38.3%、33.1%、35.6%，速度精度分别提升了27.3%、45.8%、12%，姿态精度相当.     

一种顾及几何精度因子的GNSS控制网构型选站方法CSCD

在相对定位基线解算过程中,控制网约束点坐标位置的选取对数据解算精度有一定的影响.讨论了顾及最小几何精度因子(GDOP)值控制网构型选站方法,对全球MGEX(Multi-GNSS Experiment)测站进行6个约束点基准站的选择,利用北斗二号/北斗三号(BDS2/BDS-3)的实测数据,对全球18个连续监测评估系统(iGMAS)观测站的站坐标进行解算,并与全球格网化随机选站法选站结果的解算精度进行对比.实验结果表明:相较于格网化随机选站法,采用顾及GDOP值选站法进行相对定位基线解算时,6000 km以上的基线长度标准差值能够提高约7 mm;长基线在东(E)、北(N)、天顶(U)三方向的标准差值精度提升约5 mm;待定点的点位精度能够提升约40%.可以看出采用GDOP法选站可以提高BDS-2/BDS-3相对定位解算精度.     

一种顾及先验约束的北斗观测数据多路径一步修正模型

卫星观测数据质量是衡量系统服务性能的关键指标之一。多路径延迟作为导航定位服务中的主要误差源,是全球导航卫星系统数据处理领域的研究热点。针对多路径分步处理策略无法获得全局最优解的问题,提出一种基于先验约束的北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system, BDS）观测数据多路径实时修正模型。首先,基于提取的多路径延迟序列,利用全变分正则化算法实现多路径序列的分离与降噪;然后,利用最小二乘和自回归模型对多路径序列中趋势项与随机项进行一步建模处理;最后,以求解的多路径模型系数为先验信息,精化实时服务条件下BDS多路径处理模型。BDS实时精密单点定位实验表明,相较于传统多路径处理策略,经顾及先验约束的BDS观测数据一步修正后,BDS-2定位精度在E、N、U方向分别提升了10.6%～64.9%、0.0%～59.1%和12.6%～67.2%(B1I+B3I),BDS-3定位精度在E、N、U方向分别提升了13.9%、60.0%、45.9%(B1I+B3I)与19.1%、46.5%、23.9%(B1C+B2a)。所提的多路径处理模型可有效改善BDS实时定位应用中...     

一种联合载波相位观测值的GPS/BDS滤波导航算法

提出了一种基于历元间相位差分的GPS/BDS单机实时动态定位算法。该方法采用历元间载波相位差分数据准确计算出载体的位置变化量;并以此描述载体的运动状态变化,建立动态定位滤波模型的状态方程。同时以历元间载波相位差分数据与伪距数据作为主要观测值,采用扩展Kalman滤波实时估计载体的位置和钟差。采用自主编制的软件对静态与车载GPS/BDS实测数据进行处理,结果表明:采用该方法,定位结果精度优于传统的标准单点定位算法与载波相位平滑伪距算法;而且算法具有较好的稳定性,与载体的运动状态无关。     

北斗不同电离层模型精度分析

目前北斗系统播发多种电离层模型参数,用户使用时容易产生以下问题：①同一历元不同卫星播发同一电离层模型,其值不完全相同;②北斗二号、北斗三号分别播发的Klobuchar电离层模型参数值存在差异;③对于能同时接收到3种电离层模型（BDS-2 Klobuchar、BDS-3 Klobuchar及北斗全球电离层延迟修正模型（BDGIM））的基本导航用户如何选取合适的电离层模型。针对以上问题,本文首先提出采用最大投票法策略,对同一历元相同电离层模型但值不同的参数进行合理合并,然后以IGS分析中心的电离层产品为基准,对以上3种北斗电离层模型进行了精度分析和对比,最后基于等效距离误差进行了验证分析。试验结果表明,BDS-2 Klobuchar、BDS-3 Klobuchar虽然模型值差异较大但模型精度十分接近,而BDGIM模型精度最高,相对于前两者在中低纬地区平均提升10%,在两极地区的提升更加明显,平均提升61%。     

GPS单点测速的误差分析及精度评价

首先从理论和实测数据模拟两方面分析了SA取消后各类误差源对GPS测速的影响,推导并计算了GPS单点测速可能达到的精度水平。然后用静态数据模拟动态测速试验和实测动态数据测速与同步高精度惯导测速的动态试验进行验证。结果表明,采用载波相位导出的多普勒观测值使用静态数据模拟动态测速,其精度可以达到mm/s级;用接收机输出的多普勒观测值进行测速时,其精度为cm/s级。在动态测速试验中,GPS单点测速方法（即多普勒观测值测速与导出多普勒观测值测速）间的符合精度达到cm/s级,与高精度的惯导测速结果的符合精度为dm/s级,而且和运动载体的动态条件（如加速度和加速度变化率的大小）具有很强的相关性。     

GPS单点测速的误差分析及精度评伤

首先从理论和实测数据模拟两方面分析了sA取消后各类误差源对GPS测速的影响,推导并计算了GPs单点测速可能达到的精度水平.然后用静态数据模拟动态测速试验和实测动态数据测速与同步高精度惯导测速的动态试验进行验证.结果表明,采用栽波相位导出的多普勒观测值使用静态数据模拟动态测速,其精度可以达到mm/s级;用接收机输出的多普勒观测值进行测速时,其精度为cm/s级.在动态测速试验中,GPS单点测速方法(即多普勒观测值测速与导出多普勒观测值测速)间的符合精度达到cm/s级,与高精度的惯导测速结果的符合精度为dm/s级,而且和运动载体的动态条件(如加速度和加速度变化率的大小)具有很强的相关性.     

BDS-3单基站差分定位性能提升分析

针对BDS-3的载波相位动态差分定位性能仍未确定的问题,本文提出了一种分析BDS-3动态差分定位性能的方法。选用中国上海4个参考站2019年第305天所采集的GNSS观测数据,分为两种不同长度基线的情况,进行单基线差分定位解算,通过试验详细地分析了增加使用BDS-3卫星对定位性能提升的情况。试验结果表明,相对于BDS-2卫星,增加使用BDS-3卫星后,可增加3~6颗可见卫星,能够增强卫星空间几何结构。对于短基线情况,载波相位差分定位模糊度固定的成功率从89.3%增加至92.3%,N、E、U 3个方向RMS统计结果分别提高了4%、43.23%及35.60%。该方法能够加快中长基线参数估计的收敛速度,并获得厘米级定位精度。     

不同截止高度角下BDS-3SPP精度分析

针对卫星可见数与历元可用率较低情况下的BDS-3定位性能,本文基于MEGX跟踪站BDS-3与GPS实测数据,分析了不同高度角（10°、20°、30°、40°）下BDS-3卫星B1I、B1C、B2a、B3I,以及GPS系统L1频率的单点定位（SPP）精度。研究发现,BDS-3平均卫星可见数与卫星空间几何构型优于GPS,且随着高度角的增加呈线性变化。BDS-3的4个频率的SPP精度随着高度角的增加呈先增加后降低的趋势,高度角为20°时,定位精度最高,高度角达到40°时,定位精度最低,且历元可用率也最低;但B1I和B3I历元可用率仍大于90%,而B1C和B2a历元可用率大于70%;不论是SPP定位精度还是历元可用率,均优于GPS系统L1频率。     

BDS-3/GPS/Galileo超长基线解算性能评估

由于当前对BDS-3超长基线单历元解算性能研究较少,为进一步详细分析BDS-3超长基线定位性能,将IGS站组成的一组超长基线作为实验数据,以BDS-3系统B1C/B2a组合为基础,分别进行了与GPS系统L1/L5、Galileo系统E1/E5a双组合和三系统组合解算实验。实验结论表明,双系统和三系统组合卫星可见数与PDOP相比BDS-3单系统改善量约为2倍左右,在定位性能方面相比BDS-3单系统也有明显提升。BDS-3超长基线定位性能较差,而其他系统的加入能有效改善这一情况,可为今后超长基线单历元解算研究提供参考。     

BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo双频精密单点定位精度分析与评价

由于北斗卫星导航系统(BDS)已完成正式组网,有必要对BDS的定位性能进行精度评估与分析. 本文主要通过在MGEX (Multi-GNSS Experiment)选取8个测站5天的观测数据,以北斗二号/北斗三号(BDS-2/BDS-3)为主分析BDS-2/BDS-3、BDS-2/BDS-3/Galileo、BDS-2/BDS-3/GPS、BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo四种不同组合卫星系统静态精密单点定位(PPP)性能,试验结果表明:BDS-2/BDS-3静态PPP在东(E)、北(N)、天顶(U)方向上的定位精度和收敛速度分别优于2.49 cm、2.27 cm、4.04 cm和34.6 min、19.3 min、28.1 min;BDS-2/BDS-3/Galileo静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.81 cm、1.65 cm、2.94 cm和20.4 min、13.0 min、18.6 min;BDS-2/BDS-3/GPS静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.67 cm、1.62 cm、2.82 cm和18.3 min、10.2 min、16.1 min;BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.46 cm、1.40 cm、2.45 cm和14.5 min、9.3 min、14.5 min.