基于观测值域的GPS多路径误差应用分析

基于观测值域双差残差恒星日滤波方法消除多路径误差,利用事先计算的前一天观测卫星双差残差并进行去噪处理,根据各自卫星周日重复性改正到第二天对应时刻的双差观测方程中,得到剔除多路径误差后的"干净"双差观测值,最后解算基线信息。试验结果表明,与常规基于坐标域恒星日滤波相比,该方法在平面方向的精度可提高23%,且高程方向也有一定程度的提高。     

非差改正数的多GNSS恒星日滤波方法

多路径误差是全球卫星导航系统(GNSS)精密数据处理的主要误差源之一,观测值域的恒星日滤波是应用较为广泛的多路径误差削弱方法,但其在多系统应用中存在映射方法相对低效的问题,且缺乏针对Galileo的应用研究.为解决现有方法不适用于大规模网解数据处理的弊端,该文提出了一种基于非差改正数的多GNSS系统恒星日滤波方法,从理论上证明了该方法在进行多路径误差改正时的效果与双差观测值域恒星日滤波方法的等价性,并提出了该方法在Galileo中的应用服务方案.对一组采集于2018年年积日219-231 d的多系统数据进行了多路径误差改正实验分析,观测值域的双差残差测试结果表明,GPS、BDS和Galileo的双差残差统计精度得到了显著的提升,频域分析结果也表明多路径误差的低频部分能被有效削弱.坐标域的静态定位结果显示,强多路径环境下GPS和BDS联合定位精度在三维方向上相对于单GPS有一定改善,加入Galileo数据后相对于单GPS可进一步提升.     

利用恒星日滤波改进精密单点电离层延迟提取

利用非组合精密单点定位(PPP)可以提取高精度的电离层延迟。测站多径误差会影响伪距和相位测量精度,影响实时PPP电离层延迟提取的精度以及收敛速度。对于静态观测站,利用对GPS卫星地面跟踪的时间重复性进行恒星日滤波可以消除多径误差的影响。通过事后处理提取前几日的码和载波相位残差序列,利用恒星日滤波建立多径误差改正模型,修正实时观测数据,可以改善实时电离层延迟估计性能。对IGS观测站的实测数据分析表明,应用恒星日滤波多径误差修正后,实时电离层延迟提取的精度由0.185m提高到0.028m,新进卫星的电离层参数估计收敛时间由80min减少为35min。     

顾及分段相关性的恒星日滤波优化算法

多路径效应是高精度GPS动态变形监测中的主要误差来源之一。本文改进了常规恒星日滤波算法,提出了一种顾及分段相关性的恒星日滤波优化算法。本算法首先采用分段滑动窗口处理相邻两天的坐标残差时间序列,然后利用相关系数法求取各分段最佳相关延迟,对当天坐标残差序列进行恒星日滤波,得到削弱多路径效应后的坐标序列。研究结果表明,该算法较常规算法在N、E、U 3个方向上的滤波效果各提高7.7%、5.0%、11.2%,动态变形监测实验验证了本算法的有效性。     

北斗系统多路径误差特性分析与消除策略

为了消除影响北斗系统高精度导航服务性能的多路径误差,文章基于实测数据提取多路径误差并分析其所具有的特性,探讨不同定位解算方式中的多路径误差消除策略。结果表明,多路径误差实时改正后的单点定位结果相比原数据解算结果有明显提高;基于北斗多路径误差周期的恒星日滤波算法消除了部分周期误差,基线解算坐标时间序列的精度有了明显的提高。这两种针对多路径误差的改正方法可以为北斗系统数据处理提供参考。     

GPS/GLONASS精密单点定位加速收敛方法研究

精密单点定位(PPP)在获得稳态浮点模糊度时需要较长的收敛时间,为此,在采用GPS/GLONASS组合PPP缓解卫星几何变化缓慢造成的收敛时间过长基础上,采用将多路径组合修正值应用到PPP模型中和构建基于多路径修正值加权的随机模型两种方法来减少伪距中的多路径效应和观测噪声影响,以提高浮点模糊估计的准确性,进而提高PPP收敛速度和收敛稳定性。利用全球108个IGS测站的7天数据进行试验,结果表明,组合PPP可以在各系统伪距等权重情况下将收敛时间缩短32%,而基于TEQC多路径组合修正值加权的随机模型可以将收敛周期缩短25%。     

BDS-3卫星伪距偏差及多路径误差分析

卫星伪距偏差对卫星精密定位的实现及其应用会产生较大的影响,为了探究BDS-3卫星伪距观测值是否存在伪距偏差,正确评价BDS-2和BDS-3各频率信号伪距观测值多路径误差,推导了可以度量多路径及噪声的无几何和无电离层的多路径组合(MP)观测量,并利用全球均匀分布的43个MGEX测站的观测数据,计算分析了多路径误差与卫星高度角的关系,对比分析了BDS-2和BDS-3不同频率信号伪距多路径的特性,统计了多路径误差的均方根,结果表明BDS-3伪距多路径误差明显小于BDS-2,验证了BDS-3卫星伪距观测值中不存在与卫星相关的伪距偏差。     

削弱GNSS多路径效应的半天球格网点建模方法

多路径效应与测站观测环境相关,无法利用差分的方式消除或削弱,是GPS精密数据处理时的主要误差源。为此,本文提出了一种利用半天球格网点模型削弱测站多路径误差影响的新方法MHGM(multi-point hemispherical grid model)。该方法对以测站为球心的半天球进行格网点划分,通过格网点的参数化描述,实现测站处多路径误差建模,可适用于现有各类GPS数据处理的软硬件设备和观测环境。本文算例的测试结果表明,采用新方法建模后双差观测值残差的RMS均值改善率平均在73.9%左右,较传统恒星日滤波方法的改善效果平均可提升26.9%,对于静态观测数据,按实时动态相对定位处理模式可获得平面精度约1.7 mm,高程精度约3.0 mm的定位结果。此外,MHGM模型还可进一步用于对测站周边可能存在的多路径误差源进行方位评估,对从物理意义上消除多路径误差源的影响给出一定的指导性意见。     

BDS伪距多路径效应误差分析及修正

北斗星座包含3类卫星,即GEO、IGSO和MEO,GEO卫星高度角变化微小,伪距多路径观测序列系统偏差较明显;IGSO、MEO卫星随多路径序列系统偏差随卫星高度角变化,多路径误差对单个接收机定位结果影响较大.本文针对GEO卫星伪距观测值偏差问题提出了一种基于卡尔曼滤波的修正方法,利用3 d的多路径效应误差观测序列进行拟合后,利用拟合值修正,修正后的GEO卫星多路径观测序列标准差下降了31％.     

高频GNSS高楼结构振动动态监测试验

文章通过1HZ GNSS连续观测,设计了高楼结构振动动态监测试验方案:对连续多天观测数据进行了动态单历元解算;根据不同时段可视卫星的平均轨道周期,利用改进的恒星日滤波,减弱了多路径效应;在分析位移时间序列频谱的基础上,结合不同信号的时频特性,进行了高频滤波去噪;最后,成功提取了真实的高楼结构振动时间序列。研究结果表明,多天提取序列趋势一致,精度相当;每天位移时间序列变化较大的时段与地铁的运营时段相吻合;在有效消除多路径效应和随机噪声后,GNSS单历元监测高楼结构振动的精度为:水平方向±2mm,垂直方向±4mm。     

北斗导航定位系统单点定位中的一种定权方法

北斗卫星导航定位系统星座复杂、不同种类卫星高度差异较大,本文将全局性非线性最小二乘算法(Bancroft算法)应用到北斗单点定位中,Bancroft算法主要依据四维空间下的一种Lorentz内积实现,将Bancroft算法中的Lorentz内积方程写成误差方程形式,推导此方程的权,得到一种新的北斗观测值定权公式。为了验证上述定权方法,基于伪距相位差值(CC组合)组合观测值分析了北斗GEO、IGSO和MEO卫星的测距信号质量,基于多路径(MP组合)组合观测值分析了多路径效应对单点定位的影响。结果表明,新算法提高了北斗单点定位精度。     

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.     

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...     

基于GNSS多径信号的反射面参数估计算法

全球卫星导航系统(GNSS)多径信号广泛存在于城市峡谷等复杂导航定位场景中.多径信号在干扰GNSS接收机并造成系统定位精度下降的同时,也为接收机提供了周边反射面环境信息.在码相位延迟幅度联合跟踪算法(CADLL)实现GNSS多径信号感知和特征参数提取的基础上,设计实现了基于粒子滤波的反射面参数估计算法.该算法可以在GN...     

BDS-3新频点B1C/B2a动态数据特性及PPP精度分析

通过载噪比(CNR)、数据完整率、伪距与载波相位观测值噪声和伪距多路径效应四个指标对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)新频点B1C/B2a车载动态数据的特性进行了分析,测试了BDS-3新频点动态精密单点定位(PPP)的性能,并与其它全球卫星导航系统(GNSS)进行了对比. 试验结果表明,BDS-3新频点B2a平均CNR优于北斗卫星导航系统(BDS)其它频率,但略差于GPS L5;相较于其它GNSS,BDS数据完整率相对较高,其中BDS-3 B2a新频点数据完整率最高;BDS-3 B2b伪距观测值噪声最小,B1C和B2a伪距观测值噪声约为B2b信号的3倍,但不同频率相位观测值噪声处于同一量级;对于伪距多路径而言,BDS-3 B1C/B2a 信号略小于B2b 信号. 总体而言,GPS L5信号抑制多路径效应的能力最强. 在动态PPP性能方面,BDS-3 B1C/B2a双频组合动态PPP定位精度最优,其三维(3D)均方根(RMS)误差为0.439 m,相比BDS B1I/B3I、GPS L1/L2、GLONASS G1/G2和Galileo E1/E5a双频组合PPP,其精度改善率分别为49%、56%、81%和42%.      

Variable length LMS adaptive filter for carrier phase multipath mitigation

Multipath on carrier phase measurements is among the major error sources for short baseline positioning. A new method is proposed to improve the accuracy of the positioning results by mitigating the multipath effects on carrier phase measurements using the variable length Least Mean Square (VLLMS) adaptive filter. The performance of the filter is analyzed as well as compared with that of the standard LMS adaptive filter using a set of carrier phase observation data of two consecutive days collected in a short baseline experiment. Because the two antennas are static, the multipath error is the only dominant component in the carrier phase double-differenced residuals and indicates a repeated pattern. The numerical results show that both filters can significantly mitigate the multipath effects in carrier phase double-differenced residuals, and hence improve the positioning results. Furthermore, the VLLMS filter that reduces up to about 47.4% of the multipath effects on 3D positioning performs better than the LMS filter that only reduces 22.0%. Both filters are suitable for real-time applications.     

Helmert方差分量估计在GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位权比确定中的应用CSCD

多星座组合定位可以提升导航定位性能,但不同星座观测量组合时需要考虑合适的随机模型.传统方法是根据经验直接设定各系统的等价权重,但会导致随机模型确定不精确,从而影响组合系统的性能提升.将Helmert方差分量估计方法应用于GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位(PPP)中,以自适应确定各系统间权比.采用国际GNSS服务(IGS)MGEX(Multi-GNSS Experiment)观测网的10个测站一周的观测数据进行静态和仿动态试验.结果表明:采用Helmert方差分量估计定权方法可显著提高GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合PPP的收敛速度,与等权定权方案比较,静态模式下平均提高52%,仿动态模式下平均提高64%.因定位精度主要由载波相位观测值精度和误差修正水平决定,在静态和仿动态测试中Helmert方差分量估计方法对定位精度没有明显改善.     

亚太区域北斗三号对北斗二号精密单点定位的增强效果分析

北斗二号卫星导航系统主要由GEO和IGSO星座卫星构成,其整体星座的几何结构变化缓慢,导致应用于精密单点定位（PPP）时需要较长收敛时间。而北斗三号卫星导航系统的建成将有利于缓解上述问题,获得更优的定位效果。为了探究北斗三号对北斗二号PPP的增强效果,本文选取10个位于亚太区域内的iGMAS测站3 d的观测数据,首先分析3家IGS分析中心对北斗三号卫星精密产品的支持情况;然后分别对静态和模拟动态两种模式的定位性能进行展开分析。结果表明：①亚太区域内北斗三号卫星数量达到9颗。②加入北斗三号卫星后,静态PPP的收敛时间缩短了40%,收敛后的精度提高了46.5%;模拟动态PPP的收敛时间缩短了42.8%,收敛后的精度提高了45.7%。     

组合GNSS系统定位数据质量与精度比较分析

本文对组合GNSS系统进行静态相对定位测量与RTK测量试验,研究结果表明:在静态相对定位测量中,BDS的数据利用率、多路径效应误差优于GPS与GLONASS,BDS的定位精度优于GLONASS略低于GPS;组合系统中GPS/BDS与GPS/BDS/GLONASS的定位精度较优,引入GLONASS对定位精度改善的作用不明显。在RTK测量中,当观测条件理想时,GPS/BDS较GPS可见卫星数目多,PDOP值低,中误差小。当观测条件较差时,GPS/BDS较GPS可见卫星数目多,PDOP平均值低,中误差小,限差内固定解获得时间减少76.1%;GPS/BDS/GLONASS较GPS/BDS在中误差、水平精度和垂直精度上更优,限差内固定解获得时间更稳定可靠。