北斗观测数据的质量检查与分析

对GNSS观测数据进行质量检查是实现GNSS精密定位和进行后续数据处理的基础,只有掌握了观测数据的质量情况,才能保证观测数据的可靠性。本文介绍了北斗观测数据的质量检查内容及其实现方法,并利用实测数据进行了实例分析。     

北斗三频伪距相关随机模型单站建模方法

为了提供可靠的伪距随机模型,基于3个线性无关的北斗三频伪距/载波无几何无电离层(GIF)组合,研究了一种利用单站数据估计北斗三频伪距相关随机模型算法。该算法首先利用低阶多项式对GIF组合进行拟合,以尽可能消除非伪距噪声以外的其他常数和误差,然后利用多元线性回归分析实现对3个线性无关的GIF组合随机噪声同时建模,最后再由线性组合关系变换得到原始北斗三频伪距相关随机模型。经北斗三频实测数据验证结果表明,该算法可实现北斗非差三频伪距相关随机模型的单站解算,有利于为导航定位以及完好性监测提供精准随机模型。     

北斗三号系统信号质量分析及轨道精度验证

北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system,BDS-3）的信号体制经过重新设计,提供B1I、B3I、B1C、B2a以及B2b 5个频点的公开服务信号。从伪距多路径、信噪比、无几何无电离层相位组合（geometry-free ionosphere-free phase combination,GFIFP）观测值特性等方面,对BDS-3卫星公开服务信号的观测数据质量进行分析评估。结果表明,BDS-3卫星信号的多路径噪声水平优于北斗二号系统卫星,且未发现与高度角相关的系统偏差,B1C受多路径及噪声的影响更为显著;不同信号组合的GFIFP序列都呈现出与卫星相关的周期性系统误差,峰值约为2 cm。对BDS-3卫星采用“一步法”精密定轨,分别采用B1I&B3I与B1C&B2a的双频无电离层组合,使用轨道边界不连续性以及卫星激光测距进行轨道精度检核,结果表明,在可用观测数少于B1I&B3I的情况下,B1C&B2a解算的轨道精度达到与B1I&B3I相当的水平,轨道径向的内符合精度分别为6.1 cm、6.6 cm...     

一种顾及电离层延迟信息的长基线北斗三频模糊度解算方法

北斗卫星导航系统播发3个频点的导航信号,有利于载波相位模糊度解算。鉴于传统的三频模糊度解算方法由于受基线距离的限制难以在中长基线情形下可靠地固定模糊度,本文提出一种适用于北斗卫星系统中长基线模糊度固定的新方法。实验结果表明,改进的新算法不受基线长度的约束,在保证超宽巷、宽巷模糊度正确固定的同时,宽巷模糊度估值误差在0.3周以内;窄巷模糊度估值误差在3周以内。相比于传统算法,新方法的改进效果较好。     

北斗三频消电离层组合周跳探测方法研究

为了实现在电离层活跃期对北斗三频观测值的周跳探测,在分析北斗三频观测值特性的基础上,推导并提出一种无几何无电离层组合周跳探测新方法,针对该方法存在不敏感周跳的问题,结合二次历元间差分的无几何相位组合法,对北斗三频观测数据进行周跳探测。并利用电离层高度活跃时期的观测数据对该方法进行验证,实验结果表明,该方法可以在强电离层影响下探测0~4周的小周跳,可考虑将其应用到北斗三频实时导航定位的周跳处理中。     

北斗二代双频数据质量分析

对北斗二代卫星的双频观测数据进行了质量分析,包括伪距多路径误差和信噪比两个方面。大量实测数据测试表明:北斗GEO、IGSO和MEO三类卫星的多路径误差逐渐增大,且B1频点小于B2频点,GPS与北斗MEO卫星的伪距多路径误差相差不大;另外,北斗三类卫星均表现出载波B2的信噪比略大于B1,而GPS卫星则表现出L1载波信噪比要大于L2。     

一种新的中长基线BDS三频模糊度快速解算方法

虽然TCAR能够实现短基线三频模糊度单历元解算,但由于电离层延迟及观测噪声等的影响,中长基线三频模糊度快速解算仍然是导航定位的一大难点。本文提出了一种新的无几何无电离层三频模糊度解算方法。该方法通过对伪距观测值赋予不同的权重,辅助宽巷及窄巷消除电离层残差的影响,使宽巷及窄巷求解只受观测噪声的影响;然后通过多历元的平滑获取宽巷及窄巷模糊度值。通过实测BDS三频长基线数据表明,相比经典TCAR算法,该方法可大大改善中长基线模糊度的求解精度,经过数据平滑并验证基本可以实现中长基线模糊度的快速解算。     

非差虚拟观测值的网络RTK实现

网络RTK是利用多基准站观测值实现流动站附近的误差建模,其中包括对流层、电离层延迟和卫星轨道等误差。讨论了利用VRS技术实现网络RTK中的几个关键技术,包括将多基准站插值所得的双差大气延迟添加到非差模式的VRS观测值中,利用IGS的超快速星历中的预报部分改正广播星历误差和利用恒星日滤波改正VRS的伪距多路径效应。24 h的测试数据证实,该算法应用在50 km间隔的基线网中,所生成虚拟观测站与流动站单历元解算成功率达到81.1%,而RTK定位结果显示其连续解算成功率达到97.6%,其定位结果在北、东和高方向中误差分别达到1.1 cm、1.1 cm和3.0 cm。     

三频GNSS电离层周跳处理

在分析三频无几何无电离层组合特性的基础上,构造了3个线性无关的三频无几何无电离层组合作为周跳探测检验量,以解决电离层延迟活跃期时的周跳处理问题。为保证周跳修复的准确性,提出采用两次历元差分后的电离层残差值对周跳修复值进行验证与确认。通过高电离层延迟条件下的三频观测数据对本文算法进行了验证分析。试验结果表明,该方法可实现高电离层延迟条件下对周跳的探测与修复,并可适用于三频实时、非差导航定位的周跳处理。     

北斗二代观测值质量分析及随机模型精化

对北斗观测值进行了质量分析,包括观测值的信噪比、多路径和解算的单差残差时间序列随高度角的变化情况。北斗载波相位单差残差随高度角的统计可为高度角加权和信噪比加权进行模型精化,从而获得适合北斗卫星载波观测的随机模型。实验分析表明,北斗系统的观测值质量要稍优于GPS观测值质量,尤其是在卫星高度角较小时表现明显。同时北斗观测值的残差分析为北斗定位中随机模型的建立提供依据。     

基于BDS三频信噪比的多径误差检测技术研究

多径误差指间接波对直接波的破坏性干涉而引起的接收机与卫星的距离误差,具有时变特性,难以通过模型改正或差分技术等方法予以消除.但在存在多径干扰的情况下,同一颗卫星不同频率上的信噪比会发生波动,基于该特征,本文提出一种用信噪比检测多径误差的方法:基于北斗卫星导航系统(BDS)三频信噪比的多径误差数据,建立一个关于信噪比的统计量S■(实验环境)以及计算开阔环境(低多径环境)的检测阈值T,通过比较S■与T的大小关系来检测BDS卫星多径误差.实验结果表明:该方法可以有效探测BDS卫星多径误差,并基于检测阈值和位置精度因子(PDOP)的变化对该某段时间内的卫星予以剔除,获得更好的定位效果.     

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。     

北斗系统三频单点定位性能研究

针对国内外对北斗三频研究较少的情况,本文采用实际接收数据分析了目前星座结构为5颗GEO卫星,5颗IGSO卫星和4颗MEO卫星的北斗二代系统三路信号(B1、B2、B3)的具体性能;结合实测数据分析B1、B2、3三路信号的信噪比,多径误差以及单点定位精度,推导出处理三频数据的多径误差的数学模型。最后通过实验得知,B3信号的信噪比小于B1、B2,同时较小的多径误差使其定位误差小于B1、B2;研究结果补充了GNSS三频多径误差算法,也在一定程度上对北斗系统三频信号定位性能做出整体评估。     

BDS3新试验卫星测距信号质量分析

中国的北斗卫星导航系统按照“三步走”的发展战略稳步推进,目前正处于第二代区域卫星导航系统向第三代全球卫星导航系统发展的关键时期。在郑州设置实验测站,实地采集BDS3新试验卫星的数据,分别从卫星可见数、信号频点、载噪比、伪距观测噪声值、多路径效应等方面分析BDS3试验卫星测距信号的质量。结果表明:对于相同频点,不同卫星的载噪比、伪距噪声、多路径效应变化略有不同,一般而言,倾斜同步轨道卫星(IGSO)的性能优于中轨道卫星(MEO)的性能;相同轨道类型的卫星,载噪比、伪距噪声、多路径效应水平相似,并且载噪比、伪距噪声、多路径效应在各个频点的相对大小关系基本一致。     

GNSS-MR技术用于潮位变化监测分析

潮位变化的高精度监测一直是全球海平面观测系统、海洋环流和全球气候变化研究领域关注的热点问题之一。随着GNSS研究与应用的不断深入,近年来基于多路径效应的GNSS-MR技术已逐步成为一种新兴的遥感手段,即利用测量型GNSS站进行地表环境(植被、土壤湿度、雪深、潮位、火山活动等)监测。通过分析由多路径引起岸基GNSS站SNR值的变化特性,本文给出了基于SNR观测值的GNSS-MR技术监测潮位变化的反演原理。利用布设在美国华盛顿州Friday Harbor海港岸边的CORS站SC02实测观测数据对潮位变化监测进行了反演分析,并与该站相距359 m的验潮站数据进行了对比分析,两者较差均值约为10 cm左右,两者的相关系数均优于0.98。试验结果分析表明基于岸基CORS站的GNSS-MR技术在一定程度上可用于实时、连续的潮位变化监测,同时也说明岸基CORS站在一定程度上可作为验潮站的补充,进一步拓展GNSS在海洋遥感领域的应用范围。     

基于国家基准站的北斗数据质量分析

GNSS数据质量可为高精度数据处理提供基础性的参考信息,目前GPS数据质量检查方法成熟且数据资源丰富,而北斗数据质量缺少系统全面的分析。该文介绍北斗观测数据质量检查内容和方法,并基于国家基准站计算了北斗数据多路径效应、周跳、信噪比等质量结果,分析了北斗质量特性和影响因素,并将北斗与GPS进行了对比。结果表明,北斗数据多路径误差、信噪比等质量指标与高度角和信号频率有关,在相同环境下北斗数据质量在多路径误差方面优于GPS数据质量,信噪比方面北斗SN2优于GPS,SN1和SN3较GPS稍差。     

GPS与BDS2、BDS3融合数据短基线解算精度分析

北斗卫星导航系统于2018年12月27日正式向全球用户提供导航定位服务。本文主要利用自编软件进行了不同系统卫星组合下的短基线解算试验。结果表明,在小范围区域内（5 km）的短基线,BDS2+BDS3组合定位平面定位精度达3 mm,高程方向定位精度达6 mm;与单GPS定位结果相比,N、E、U各方向分别有28.9%、6.5%、12.2%的提升幅度;与单BDS2定位结果相比,N、E、U各方向分别有34.0%、25.1%、39.6%的提升幅度。GPS、BDS2、BDS3融合数据处理结果N、E、U各方向外符合偏差均在5 mm内。     

Anubis的GNSS数据质量检核可视化表达与分析

针对目前TEQC数据质量检核软件尚不支持同时检核GPS/BDS/GLONASS/Galileo四系统观测数据质量的现状,该文基于开源代码的Anubis命令式窗口软件,重新编译Anubis软件代码,以扩展北斗导航系统新频点新信号数据的处理功能;依托Python平台实现Anubis软件的可视化界面封装以及质量检核结果的可视化输出,并对其软件功能和检核结果有效性进行验证。实验结果表明,改进后的Anubis软件能够以多种质量指标有效检核GNSS数据,满足检核新一代iGMAS接收机数据质量的需求。     

北斗系统差分码偏差解算中一种新的定权方法

差分码偏差(DCB)参数是影响用户定位、导航、授时和电离层求解的重要误差源之一。分析了北斗卫星导航系统不同轨道卫星高度角与不同频点信噪比(SNR)差值间的关系。实验分析表明:不同轨道卫星间信噪比差值具有较大差距,IGSO卫星信噪比差值(DSNR)较小且较为稳定,明显优于其他卫星;GEO卫星信噪比差值变化较小但绝对值较大;MEO卫星变化频繁且幅度较大。针对北斗系统具有多种轨道卫星的特点,结合卫地距与不同频点信噪比差值,提出了一种新的定权公式,并系统分析了不同定权方式下卫星DCB解算结果。实测数据分析表明:新的定权公式可以提高DCB解算精度,增强解算结果的稳定性。其中对于B1,B2和B1与B3差分码偏差,GEO卫星分别提高1%~15%和9%~16%;IGSO卫星提高4.5%~16%和8%~9%;MEO卫星提高20%~22%和27%~28%。     

利用BDS数据反演大气可降水量及其精度分析

随着GAMIT软件版本的不断更新,对BDS数据基线解算已成为可能。本文提出了一种基于GAMIT软件的BDS大气可降水量反演方法,并对利用探空数据计算得到的大气可降水量与GPS数据反演结果进行精度验证。结果表明,通过BDS反演得到的大气可降水量与探空数据计算结果之间的平均相对误差、均方根误差均小于2 mm,相关系数大于0.98;与GPS反演结果之间的平均相对误差、均方根误差均小于3 mm,相关系数大于0.96。BDS反演结果精度较高,基本能够满足气象需要。