BDS-3多频RTK在不同高度角下定位性能分析

设计了7种不同高度角BDS-3短基线RTK解算实验,参与解算频率包括单频（B1C、B2a、B1I、B3I）、双频组合（B1C/B2a、B1C/B3I、B1I/B2a、B1I/B3I）以及三频组合（B1C/B2a/B3I、B1I/B2a/B3I）。实验结果表明,BDS-3卫星可见数随高度角的增加而降低,PDOP值随高度角的增加而增加;在单频RTK性能方面,B1I和B3I定位性能稳定,受高度角影响较小,但在低高度角（10°～20°）的情况下,B1C和B2a定位性能更优;在双频RTK性能方面,B1I/B3I组合短基线RTK定位性能稳定,即使在极端高度角（40°）时,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于4 cm;在三频RTK性能方面,B1I/B2a/B3I组合短基线RTK定位性能稳定,即使在极端高度角（40°）时,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于4 cm。     

不同对流层模型对B1C/B2a组合PPP的影响分析

对流层延迟是GNSS定位主要的误差源之一,因此分析不同对流层模型对BDS-3系统B1C/B2a组合PPP的影响是非常必要的。本文结合多个MGEX测站数据,进行了GPT、GPT2、GPT2w 3种对流层模型静态与动态PPP解算实验。实验结果表明,3种对流层模型解算得到的B1C/B2a组合静态与动态PPP定位误差与精度一致性较好,定位精度可以达到厘米级,但3种模型解算得到的定位精度差异在亚毫米级,整体来说,GPT2w模型解算得到的定位精度最优,其次为GPT2模型,GPT模型略低于其他两种模型。     

BDS-3/Galileo重叠频率短基线紧组合相对定位性能初步评估

为评估松组合和紧组合模型在BDS-3/Galileo短基线相对定位的适用性,本文以自采集短基线实测数据为例,分别进行了双频、单频紧组合和松组合短基线解算实验。实验结果表明,紧组合在一定程度上可以改善松组合卫星可见数与卫星空间几何构型,2种模型下B1CB2a/E1E5a和B1C/E1短基线相对定位水平精度都优于1 cm,高程精度都优于2 cm,模糊度固定率都在95%以上,而紧组合模型相比松组合模型在这几方面略有提升,提升量在5%以内。     

BDS/GPS组合单历元相对定位性能分析

阐述了BDS/GPS组合单历元解算数学模型的相关理论,并进行了相应的公式推导;通过BDS、GPS单系统以及组合系统从不同基线长度、不同截止高度角等方面分析动态解算性能。实验结果表明:(1)在江苏地区,BDS系统可提供单历元至少8颗卫星,从可见卫星数量和可观测时长角度来看,BDS对BDS/GPS导航定位具有重要的贡献;(2)组合BDS/GPS系统单频RTK相比GPS RTK在截止高度角较高的情况下仍可以单历元固定模糊度,且模糊度的固定率和成功率超过90%;(3)对于6km以下的短基线,组合系统定位精度优于单系统,其在平面方向优于1cm,高程方向优于3cm。     

BDS-2、BDS-3短基线单历元双频RTK定位研究

针对对于BDS-3双频组合短基线RTK定位性能分析较少的问题,本文基于一组自测试短基线实验数据,采用非组合和宽巷组合两种模型进行数据解算,详细分析了BDS-3卫星B1C/B2a、B1I/B3I以及BDS-2+BDS-3定位性能.实验结果表明,任一双频组合短基线定位精度都可以达到厘米级,BDS-3卫星B1I/B3I组合定...     

BDS/GPS组合基线解算随机模型研究

观测值的随机模型反映了观测值随机噪声水平及其相关性,其中伪距与相位噪声比对GNSS定位结果、整周模糊度的固定都有很大的影响。利用实测数据,研究了BDS/GPS组合基线解算精度,探讨了3种随机模型的性能,结果表明:Helmert法定权的定位精度优于其他2种方法,高度角定权方法优于等权模式。     

顾及卫星空间分布状态的 GNSS信噪比随机模型

为了研究随机模型对GNSS定位精度的影响,介绍了GPS/GLONASS/BDS组合伪距单点定位的函数模型以及几种当前常用的先验随机模型。结合各个模型的优缺点,提出通过指数函数引入空间分布改善因子,建立一种改进的信噪比随机模型,并设计相关多系统伪距单点定位试验对其性能进行分析。实验结果表明:改进模型的解算精度显著优于现存的几种先验随机模型,相比等权模型在三维定位精度上提升15%～30%,相比高度角模型提升15%～25%,相比信噪比模型提升5%～15%,相比现存的PDOP模型也有明显提升。改进模型在不同遮蔽情况、双系统和三系统组合定位时精度均优于现存的信噪比随机模型,从而验证了该定权算法的有效性。     

北斗三号短基线四频组合定位方法研究

北斗三号全球卫星导航系统现已提供4个频率以上的观测数据,支持多频组合定位理论和方法的研究。基于此,文中提出一种短基线下的北斗四频组合定位解算方法,利用北斗B1I,B3I,B1C,B2a 4个频率的观测数据两两组合形成独立不相关的窄巷观测值联立,以位置参数和双差模糊度组成状态向量,结合卡尔曼滤波估计进行定位解算。基于该方法,文中针对两组不同长度的短基线进行测试,结果显示：在17 m短基线中,该方法平面精度优于2 mm,高程方向精度优于4 mm;在3 km的短基线中,平面精度优于4.5 mm,高程精度优于6 mm。测试结果表明,在短基线情况下,该方法的定位精度相较于北斗单频及三频方法在平面和高程方向均有不同程度的提高。     

顾及电离层延迟的BDS-3四频长基线定位算法

针对长基线定位中电离层延迟对定位精度造成的影响,本文提出了一种基于BDS-3四频信号(B1C/B1I/B2a/B3I)的四频消电离层(IF)组合方法,采用消电离层组合观测值消除电离层延迟误差,联合模糊度改正后的超宽巷或宽巷组合观测值构建定位方程,从而实现原始窄巷模糊度和基线位置坐标的解算。试验采用BDS-3四频数据对四频IF组合方法和基于GB-FCAR模型的电离层延迟参数估计方法的定位精度进行对比分析。结果表明,在对长度超过500 km的长基线进行定位解算时,四频IF组合方法可以实现电离层延迟误差消除。与电离层延迟参数估计方法相比,四频IF组合方法水平和垂直方向的定位精度均达分米级,提升幅度分别达35%和40%以上,定位精度显著提高,其相对定位精度可达1×10^-9 m,满足长基线相对定位的要求。     

BDS/GPS短基线解算的随机模型研究

针对BDS轨道高度存在差异进而影响短基线解算结果的问题,该文利用两组实测数据,研究BDS和BDS/GPS组合系统的短基线解算精度及可靠性,并探讨4种随机模型的性能。结果表明,BDS和BDS/GPS组合系统短基线解算精度能够达到厘米级,且模糊度解算的可靠性更高;4种随机模型性能相当,随着基线长度增加,MINQUE模型的优势降低;不同类型卫星轨道高度差异较大,高度角模型不适宜BDS和BDS/GPS组合系统短基线解算。     

估计大气延迟参数的中长基线卡尔曼滤波算法

为了削弱中长基线差分后大气延迟残留误差对实时动态模糊度固定和定位精度的影响,该文提出了一种估计大气延迟参数的卡尔曼滤波算法,采用相对对流层天顶延迟和相对电离层天顶延迟作为残留大气延迟误差参数,与坐标向量和模糊度向量参数一起进行卡尔曼滤波估计。通过41 km参考站数据对算法进行验证。结果表明,BDS-3(B1C/B2a)与GPS精度相当,平面精度优于1.5 cm,高程精度优于2.7 cm; BDS-3(B1C/B2a)/GPS组合平面精度优于1.1 cm,高程精度优于2.7 cm,相比BDS-3(B1C/B2a)单系统平面精度提升了23.8%,估计大气延迟参数的中长基线卡尔曼滤波方法可有效提高模糊度固定成功率,提高中长基线条件下的定位精度。     

北斗伪距单点定位的随机模型影响评估

北斗卫星导航系统包含3种不同类型的空间星座,相对应卫星的高度角存在一定的差异,对北斗卫星单点定位的影响也不同。针对这一问题,研究了等权模型、基于卫星高度角和信噪比的北斗卫星观测量随机模型确定方法。利用MGEX站提供的观测数据,通过比较不同模型的实验结果表明:相对于等权模型,基于卫星高度角和信噪比定权模型可以提高单点定位的精度,并且信噪比模型优于高度角模型;在基于信噪比确定权阵的随机模型中,选择不同的参数,对解算结果精度会产生相应的影响。     

不同截止高度角GPS/BDS组合伪距差分定位性能分析

针对在不同截止卫星高度角时,GPS,BDS,GPS/BDS系统间伪距差分定位精度的差异,文中对多系统融合伪距差分定位的数学模型方法进行研究。以香港CORS站6.9km和34.0km的两条基线为例,在截止卫星高度角10°、20°、30°、40°的情况下,进行GPS,BDS,GPS/BDS伪距差分基线解算。结果表明,与34.0km基线相比,6.9km基线伪距差分定位具有更高的精度,在不同截止高度角下,GPS/BDS组合系统在E,N,U方向的定位精度都优于单GPS,BDS系统,且定位结果更加稳定,特别在截止高度角为40°的极端条件下,GPS/BDS组合伪距差分定位精度仍能达到m级左右。     

不同截止高度角下BDS-2/BDS-3短基线RTK定位性能分析

针对当前BDS定位性能评估问题,基于国内MGEX组成的约12.93 km短基线数据,分析了不同截止高度角情况下BDS-2、BDS-3、BDS-2/BDS-3短基线RTK的定位性能.实验结果表明,随着截止高度角的增加,BDS-2和BDS-3的卫星可用数、定位精度以及解算历元率明显降低,PDOP值明显上升;而BDS-2/BDS-3能有效改善这种情况,弥补单一卫星在极端环境下定位性能较差的缺点,为今后的BDS定位性能研究提供了一定的参考意义.     

BDS精密相对定位精度的GAMIT分析北大核心CSCD

为了验证GAMIT用于BDS精密相对定位的可靠性与精度,该文以BDS短基线和长基线实测数据,基于GAMIT软件的不同解算策略进行BDS精密相对定位实验。由实验结果可知,GAMIT用于BDS短基线解算,相对于GPS在水平方向基线分量差值优于3mm,在高程方向基线分量差值优于3mm;GAMIT用于BDS长基线解算,相对于GPS在水平方向的基线分量差值优于6mm,在高程方向基线分量差值优于1.3cm。研究结果表明,GAMIT可用于BDS的精密定位解算且精度较高。     

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。     

GPS载波相位观测值随机模型的比较研究

本文系统介绍了等权模型、高度角模型、信噪比模型(SIGMA-ε)、验后估计模型(MINQUE)等4类随机模型,针对不同长度的基线,对比和分析了利用不同随机模型得到的载波相位双差残差序列、整周模糊度固定的可靠性和速度以及基线向量解。结果表明:对于系统误差较小的短基线,验后估计模型(MINQUE)和信噪比模型(SIGMA-ε)优于其他两种模型;且随着基线长度的增加,系统误差对MINQUE模型的影响较其他模型更为显著。     

利用卫星高度角和信噪比提高GPS定位精度的试验分析

GPS基线解算通常基于观测值独立且同精度的假设建立等权随机模型,在复杂环境下采用该模型往往无法满足高精度的定位要求。文中从研究卫星高度角、信噪比与GPS观测值质量之间的关系出发,利用卫星高度角、信噪比信息分别建立相应的精密随机模型。通过对试验结果分析对比,验证了基于卫星高度角和信噪比的随机模型的可靠性和其提高GPS定位精度的有效性。     

信号易遮挡环境下BDS/GPS系统定位性能分析

通过设置不同的截止高度角来模拟卫星信号受遮挡的情况,并以某CORS网4.8 km与5.1 km的2条基线为例,对截止高度角为10°～60°的遮挡情况下,GPS/BDS系统相比单GPS系统、单BDS系统在单历元双频基线解算时的卫星可见性、模糊度固定、定位精度等定位性能的改善情况进行了对比分析。结果表明GPS/BDS组合系统相对单系统,极大改善了卫星的可见性,提升了模糊度的固定率、正确率,在截止高度角为50°、60°的极端条件下,GPS/BDS组合系统单历元基线解算精度在E、N方向仍可达10.0 mm左右,在U方向仍可达20.0 mm左右。     

北斗三号B1C/B2a新频点信号数据质量和精密单点定位性能评估

利用10个MGEX(multi-GNSS experiment)测站连续一个月的观测数据对B1C/B2a新频点信号质量和精密单点定位（precise point positioning, PPP）服务性能进行全面评估,并将其结果与GPS L1/L2和BDS3 B1I/B3I频点结果进行对比。实验表明：在观测数据完整率方面,BDS-3 B1C/B2a频点观测数据完整率较高,达到98%以上;在伪距多路径误差方面,B2a伪距多路径误差较小,均值为18 cm,B1C频点结果稍大,但仍优于GPS的L1和L2频点;在载噪比方面,BDS-3各频点均优于GPS,B1C和B2a频点载噪比都在40 dBHz以上。在静态PPP结果方面,B1C/B2a收敛时间约27 min,与GPS较为接近,B1C/B2a信号在E、N、U方向的精度分别为1.39 cm、0.87 cm和1.83 cm;在动态PPP结果方面,B1C/B2a收敛时间约56 min,在E、N、U方向的精度分别为2.43 cm、1.77 cm和4.57 cm。综合来看,B1C/B2a新信号评估结果稍优于B1I/B3I频点结果。