北斗三号MEO组网卫星数据质量评估

自2017年11月以来,北斗三号导航卫星开始进入高密度组网发射阶段。截止到2018年3月,已有4颗北斗三号中圆轨道(MEO)卫星投入试运行。本文选取全球分布的7个国际GNSS监测评估系统(i GMAS)跟踪站数据,从信号载噪比、观测噪声和多路径效应3个方面,对C19、C20、C27、C28这4颗北斗三号MEO卫星数据质量进行分析评估,并与同时段观测的北斗二号MEO导航卫星、GPS Block IIF导航卫星和Galileo FOC导航卫星的观测数据进行对比。结果显示,北斗三号MEO卫星数据质量良好,性能较优。其全球各地区测站信号平均载噪比高于42 d BHz,中高纬度地区观测站信号平均载噪比能够保持在45 d BHz左右;伪距观测噪声基本在0.5米以内;各测站各频点的多路径效应RMS值均不超过0.4米。     

双频智能手机GNSS数据质量及定位精度分析

针对Android系统开放GNSS原始数据观测值API和搭载双频多星座GNSS芯片智能手机的出现,该文选取全球首款搭载双频GNSS芯片的智能手机小米Mi 8为研究对象,对手机输出的四系统卫星的双频原始GNSS观测数据进行研究。实验结果表明:在两种不同的实验条件下,智能手机的原始观测值相比于专业的测量型接收机显示出较低的信噪比和更高的多路径效应,同时,尽管小米Mi 8取消了工作循环机制,但相位观测值仍然具有较多的周跳。虽然与专业的测量型设备相比仍有差距,但双频信号和多星座给定位结果带来的改善仍然显示了智能手机高精度定位在民用领域的光明前景。     

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。     

华为P30和荣耀9X智能终端原始GNSS观测值的质量分析

随着智能终端的普及,基于移动智能终端的应用服务正飞速拓展,但当前华为智能终端的原始GNSS数据质量分析仍较少.因此,本文选取两台华为智能终端(华为P30和华为荣耀9X)为实验对象,从可见卫星数、信噪比、观测噪声和伪距多路径误差分析华为智能终端在GPS+BDS系统下的原始GNSS观测值的数据质量,并分析两款智能终端的定位精度.实验结果表明:华为P30和荣耀9X分别观测到23、20颗卫星,P30手机的平均信噪比优于荣耀9X,两款智能终端在单系统下的观测噪声与伪距多路径误差均大于在GPS+BDS下的观测噪声与伪距多路径误差.     

GNSS质量检查的图形绘制

在数据处理或固定监测站选址时,甄别GNSS原始观测数据的好坏,评估观测数据的质量是十分必要的.利用TEQC软件检查GNSS观测数据的质量,生成的电离层延迟、多路径效应、信号噪声比、卫星方位角、卫星高度角等相关内容的文本文件.基于C#语言开发了TeqcChart(V1.0)程序,用于读取上述文本文件,开发了功能丰富的图形...     

变电站环境下GNSS接收机性能及观测数据质量分析

为了研究变电站强电磁环境对全球卫星导航系统（GNSS）接收机工作性能及观测数据质量影响,分别在500 kV、220 kV、110 kV变电站主控楼楼顶布置测试站点,并用GNSS接收机连续观测24小时．通过接收机内部噪声和数据完整率、信噪比(SNR)、多路径效应等综合评估变电站对GNSS接收机工作性能及观测数据质量的影响．实验结果表明:变电站强电磁环境下GNSS接收机能正常工作,且未对观测数据质量产生显著影响,观测数据质量满足相应标准.      

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%、 5...     

基于观测值质量指标的GPS观测量随机模型分析

卫星高度角、载噪比及信号强度是反映GPS观测值质量的重要指标,基于这些指标的随机模型可进一步削弱GPS残余大气延迟、衍射以及多路径效应等误差的影响,但这些随机模型对不同误差的处理效果具有一定差异.为合理利用这些随机模型,利用实际观测数据进行了比较计算,结果表明信号强度和载噪比随机模型的效果基本一致,当观测数据中载噪比输出时,可用信号强度代替载噪比建立随机模型;信号强度和载噪比随机模型对削弱衍射误差十分有效,而高度角随机模型能更有效地削弱残余对流层延迟误差.     

基于G-nut/Anubis的GNSS多系统数据质量 分析研究

针对测绘应用研究中全球卫星导航系统(GNSS)观测数据质量分析问题,本文通过利用G-nut／Anubis对测站各GNSS系统数据进行数据可利用率、多路径效应、周跳比等指标的质量检查,同时输出可视化图作进一步分析,并筛选出质量好的观测卫星,为后期的数据解算提供参考.      

大型构筑物GNSS监测多路径探测及消除方法研究

本文分析了多路径效应产生的原因及其信号特征,利用相同环境下,相邻周期相同时刻的GNSS观测数据多路径误差应有强相关性的特征,采用逐个观测历元差分和卡尔曼滤波相结合的方法来消弱多路径效应的影响,从而提高大型构筑物GNSS监测的成果精度。     

Android智能手机GNSS数据质量分析

随着全球卫星导航系统(GNSS)的不断建设,智能手机基于移动位置服务(LBS)得到了迅猛发展.文中选取市面上常见的3种手机机型,包括:三星S9+(Exynos)、华为Mate30和华为P40 Pro作为研究对象,并使用北斗星通UR4B0-D高性能GNSS接收机进行同步静态观测实验,从卫星可见数、载噪比(CNR)、卫星高...     

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。     

测站处GNSS多路径误差效应反演及其应用研究

针对测站观测环境变化对数据质量影响难以有效评估并削弱的问题,研究了一种可通用于各类卫星导航系统的多路径误差半天球格网点建模方法（multi-point hemispherical grid model,MHGM）。该方法能够综合利用不同GNSS（global navigation satellite system）系统的不同时期观测数据进行整体建模,显著削弱GNSS信号所受多路径误差影响,并图像化反演测站周围的多路径效应,确定信号干扰源的方位。算例的测试结果表明,在模拟的强多路径环境下,模型改正后模糊度固定时段的载波相位观测值残差的均方根误差（root mean square error,RMSE）统计值由0.983 cm降为0.318 cm,改善率高达67.7%。此外,MHGM建模结果中改正量较大的异常区域与对应测站处所架设挡板的方位相一致,能够反演出测站周围不同方向观测信号所受多路径误差影响。国际GNSS服务组织的历史观测数据在利用MHGM模型改正后,合计18年测试算例的观测值残差RMSE平均改善率达到29.5%。这对于评估测站观测环境在不同时期的变化状况,提升现有各类增强服务产品的精度和可靠性具有一定的潜在应用价值。     

Android平台下实时BDS+GPS双系统广域差分定位技术研究

随着智能手机的普及,基于移动智能终端的位置服务应用正在飞速扩张。Android智能终端,因其性价比高而占据了大多数用户市场,但定位精度有待提升。因此,利用广域差分增强技术,提升室内外位置服务精度,成为当前研究热点。本文利用Android studio 2.2.2平台、Java语言及JNI技术,开发了BDS+GPS广域差分定位软件,该软件通过串口读取北斗移动终端原始卫星观测数据,进行差分数据流解析、实时轨道和钟差改正并实现增强定位。在移动终端硬件平台上,运行BDS+GPS实时WAAS软件,分析了定位结果,双系统单频广域定位精度为4 m左右,对于GNSS卫星技术在低成本移动终端位置服务中具有重要应用价值。     

GNSS观测站环境变化对数据质量的影响

针对周围有树遮挡的GNSS观测站数据质量检测问题,该文利用TEQC软件分析多期观测资料每个观测时段的多路径效应MP1/MP2、数据有效率及周跳等指标的变化,结合站点实际照片及观测季节等分析变化原因。结果表明:数据质量随周围树的遮挡情况不同而变化。遮挡增强时,数据质量变差;冬季树落叶后,MP1/MP2相应变小,数据有效率提高。而对位于周围植被受季节影响不大地区的测站,各项指标变化也不是很大。采用扼流圈天线可有效减少周跳。建(构)筑物的遮挡对卫星信号接收影响明显,数据有效率低,解算的速度场误差大。环境变差的观测站通过数据后处理,不能完全消除多路径效应和/或周跳的影响。以上结论可为GNSS选建站、观测、数据处理及行业标准的制定等提供参考。     

On the probability distribution of GNSS carrier phase observations

When processing observational data from global navigation satellite systems (GNSS), the carrier phase measurements are generally assumed to follow a normal distribution. Although full knowledge of the probability distribution of the observables is not required for parameter estimation, for example when using the least-squares method, the distributional properties of GNSS observations play a key role in quality control procedures, such as outlier and cycle-slip detection, in ambiguity resolution, as well as in the reliability assessment of estimation results. In addition, when applying GNSS positioning under critical observation conditions with respect to multipath and atmospheric effects, the validity of the normal distribution assumption of GNSS observables certainly comes into doubt. This paper illustrates the discrepancies between the normal distribution assumption and reality, based on a large and representative data set of GPS phase measurements covering a range of factors, including multipath impact, baseline length, and atmospheric conditions. The statistical inferences are made using the first through fourth sample moments, hypothesis tests, and graphical tools such as histograms and quantile–quantile plots. The results show clearly that multipath effects, in particular the near-field component, produce the dominant influence on the distributional characteristics of GNSS observables. Additionally, using surface meteorological data, considerable correlations between distributional deviations from normality on the one hand and atmospheric relative humidity on the other are detected.     

EMD在GNSS时间序列周期项处理中的应用

全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）位置时间序列蕴含有丰富的构造和非构造变形信息,具有成分复杂、建模困难、非构造信息难以有效分离等特点,利用自适应的经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）方法对川滇地区24个GNSS连续站时间序列作周期项修正。结果表明,周期项的修正十分必要,EMD方法能够根据每个台站信号的自身特性,自适应地提取不同频率、振幅的周期成分,这也更符合实际情况;相较于谐波模型,EMD方法对原始时间序列在N、E、U方向的改正均更加精确有效。使用修正后的连续站时间序列模拟流动观测,发现经过5～6 a/期观测即可得到相对可靠的台站运动速度,并通过距离较近的实际连续观测站对流动观测站周期项改正,验证了EMD方法的稳定性和可靠性,这也为流动GNSS观测实施、周期修正和资料使用提供了参考意见和理论依据。     

GNSS多系统组合测速模型与精度分析

基于GPS多普勒测速原理,建立了GNSS多系统组合测速数学模型,结合实测数据对GNSS多系统组合的原始多普勒测速、相位一阶中心差分导出多普勒测速及二者组合测速精度进行了分析。结果表明,GNSS多系统组合能够显著提高原始多普勒测速及导出多普勒测速的精度,同时能够在一定范围内提高原始多普勒与导出多普勒组合测速的精度;采用原始多普勒与相位导出多普勒观测值组合,GNSS单系统时能够有效地提高测速精度,GNSS多系统组合效果不明显。      

海上动态GNSS浮标的周跳处理算法

常规全球卫星导航系统（GNSS）周跳探测方法大多忽略了高度角对多路径误差以及观测噪声的影响．由于海上GNSS浮标的数据质量受海面影响很大,在卫星高度角降低时其观测噪声和多路径误差显著增大,且具有高频周跳特点,常规GNSS周跳探测方法并不适用．据此,提出了一种综合电离层总电子含量变化率（TECR）和顾及高度角加权阈值模型的改进双频码相组合（MW）探测法的周跳探测与修复方法．实验结果表明:该方法能有效抑制低高度角和多路径影响带来的信号噪声,准确探测到各种类型周跳,可有效应用于海上GNSS浮标的数据预处理.      

Android智能终端GNSS定位精度分析

目前,普通智能终端的平面定位精度在5 m左右。2016年,Google公司推出Android系统7.0版本,开始支持输出GNSS（global navigation satellite system）原始观测值。通过改正和计算,可以获得Android智能终端的伪码和载波相位观测值,从而实现较高精度的GNSS定位。研究采用华为P9手机进行,在观测条件良好的情况下,采集静态的GNSS原始观测数据,并采用多种方式分别进行定位解算,并分析其定位精度。同时,在相邻观测点放置NovAtel DL-V3-L1型接收机进行对比。实验表明通过静态下精密单点定位或者载波相位差分定位的方式,可以显著提升智能终端的定位精度,达到分米级水平。