Swarm低轨卫星星座的GPS接收机差分码偏差估计

差分码偏差(differential code bias,DCB)是指由全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)信号接收和发射硬件导致的频率相关的偏差项,对电离层估计有显著的影响,在利用GNSS观测数据提取电离层总电子含量时需要被精确修正,研究利用低轨卫星的星载GNSS观测数据估计DCB尤为重要。使用Swarm星座3颗卫星GPS接收机2016年1月的双频观测值,设计了独立估计和联合估计两种估计方案,采用附加限制条件的间接平差方法对GPS卫星以及星载接收机的DCB进行估计。以中国科学院和德国宇航中心的DCB产品作为参考,分析了两种估计方案的精度和稳定性,相较于独立估计方案,联合估计方案得到的GPS卫星DCB的稳定性较独立估计方案提高了16.6%,且与参考DCB具有更好的一致性。     

P1C1码偏差对精密单点定位收敛速度影响分析

本文分析卫星端差分码偏差(DCB)产生的原理,根据伪距观测方程推导了精密单点定位(PPP)的DCB改正公式。采用MGEX参考站数据及精密产品进行PPP解算,详细分析了P1C1码偏差对定位参数收敛时间的影响。结果表明,改正DCB对于提高PPP收敛速度效果明显,其中静态PPP收敛时间平均缩短10 min,动态PPP平均缩短20 min,改正P1C1-DCB对PPP精度影响一般在毫米级水平。      

跟踪站分布对非组合精密单点定位提取GPS卫星差分码偏差的影响

提出利用非组合精密单点定位获取跟踪站和卫星差分码偏差(differential code bias,DCB)的电离层观测量,并结合“IGGDCB(institute of geodesy and geophysics DCB)两步法”精确分离电离层斜延迟与DCB参数的新思路。为了研究跟踪站的分布对上述方法提取卫星DCB的影响,本文分别选取欧洲区域集中分布和全球均匀分布的不同数量IGS(international GNSS service)跟踪站,利用太阳活动高峰期间连续15 d的实测数据进行卫星DCB的提取实验,并将结果与CODE(center for orbit determination in Europe)发布的DCB当月产品进行比较。实验结果表明,本文提出的方法可以精确提取卫星DCB,其精度优于载波相位平滑码方法,其中,采用欧洲区域的跟踪站提取差异的RMS优于0.2 ns,而全球分布的跟踪站提取差异的RMS优于0.1 ns,全球布站有利于同时提高RMS和单天解稳定性,并且随着跟踪站数量的增加,卫星DCB单天解的稳定性将会得到提高。     

北斗三号卫星差分码偏差稳定性分析及其对单点定位的影响

差分码偏差（differential code bias,DCB）是影响电离层监测和导航定位精度的重要因素之一,建立DCB改正模型对高精度定位有重要意义。针对北斗三号卫星的广播星历和精密星历钟差参数时间基准不统一的问题,首先介绍了多星座实验（multi-GNSS experiment,MGEX）发布的DCB产品的估计方法,给出了部分DCB产品的精度评估和分析结果;然后提出了北斗三号卫星单频和双频伪距单点定位以及双频精密单点定位的DCB改正模型;最后利用5个MGEX测站连续5 d的实测数据分别进行了DCB改正前后的定位实验。结果表明,MGEX发布的DCB产品均具有较高的稳定性,经卫星DCB改正后,单频和双频伪距单点定位的定位精度分别提高了48%~85%和71%~91%,双频静态精密单点定位的收敛时间减少了56%~83%。     

基于PPP技术估计的接收机P1-P2码偏差研究

提出了基于PPP技术估计接收机P1-P2码偏差的方法,并对全球分布IGS跟踪站的P1-P2码偏差进行了估计。结果表明,这种方法获取的P1-P2码偏差精度在中高纬度地区优于1dm,在低纬度地区为1～2dm。     

估计接收机差分码偏差的GPS/BDS非组合精密单点定位模型

在传统多系统非差非组合精密单点定位（precise point positioning,PPP）模型中,电离层延迟会吸收部分接收机码硬件延迟,其估计值可能为负数。提出了一种估计接收机差分码偏差（differential code bias,DCB）参数的GPS（Global Positioning System）/BDS（BeiDou Navigation Satellite System）非组合PPP模型,将每个系统第1个频率上的接收机码硬件延迟约束为零,对接收机DCB进行参数估计,达到了分离电离层延迟和接收机码硬件延迟的目的,降低了接收机钟差和电离层延迟的相关程度。利用4个多星座实验（multi-GNSS experiment,MGEX）跟踪站的GPS/BDS数据进行了静态和动态PPP试验,结果表明,与不估计DCB参数的PPP模型相比,采用估计DCB参数PPP模型后,静态模式下定位精度和收敛速度平均提高了29.3%和29.8%,动态模式下定位精度和收敛速度平均提高了15.7%和21.6%。     

北斗卫星伪距偏差模型估计及其对精密定位的影响

现阶段北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）的同步地球轨道（geostationary orbits,GEO）卫星、中倾斜地球同步轨道（inclined geo-synchronous orbits,IGSO）卫星和中圆地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星均存在伪距偏差,该伪距偏差的存在对精密定位的研究及其应用产生了较大的影响。根据北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差与高度角和频率相关的误差特性,本文分析了测站数目及分布,以及观测时长对建模的影响,选择18个测站2015年全年的数据作为MEO卫星的建模数据,其中可以连续观测到全弧段IGSO卫星的4个测站用于IGSO卫星的建模,采用加权分段线性拟合联合抗差估计的方法建立了北斗卫星伪距偏差改正模型。模型改正后,北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差得到明显的削弱,相比于传统的伪距偏差改正模型,精密单点定位（precise point positioning,PPP）的定位精度和收敛时间均得到提升。     

单站多参数GLONASS码频间偏差估计及其对组合精密单点定位的影响

在分析传统GPS/GLONASS组合PPP数学模型中忽略GLONASS码IFB不足的基础上,提出一种基于"多参数"的组合PPP与码IFB估计算法。将"频间偏差"与"系统时差"参数进行合并,通过引入多个独立的"时频偏差"参数对组合PPP中的GLONASS码IFB进行函数模型补偿,同时可实现基于单个测站观测数据的码IFB精确估计。对配备6种GNSS品牌接收机的30个IGS站实测数据进行GLONASS码IFB估计与分析。结果表明:各品牌接收机不同频率通道的GLONASS码IFB可达数米,且表现出与频率的明显相关性,但难以通过简单函数建模为其提供精确的先验改正值;相同品牌接收机的GLONASS码IFB整体上具有相似的特性,而在个别测站会表现出异常特征;即使接收机类型、固件版本及天线类型完全相同的测站,GLONASS码IFB值也可能存在显著差异。新算法能实现对GLONASS码IFB的有效补偿,明显加快组合PPP的收敛速度。虽然引入多个附加参数会导致函数模型自由度减小,但对定位精度的影响有限,与传统"单参数"法进行组合PPP的定位精度相当。     

GPS精密单点定位静态精度分析

精密单点定位是当前GPS界研究的热点之一,本文在简要介绍了精密单点定位理论技术和P3处理软件的基础上,较为深入地比较了快速星历钟差产品和最终星历钟差产品、卫星钟差采样间隔对精密单点定位精度的影响,通过对静态精密单点定位精度数据分析,得出了相关结论,为工程实际应用提供了有益参考。     

BDS GEO卫星对GPS精密单点定位的影响分析

为了研究北斗卫星导航系统（BDS）GEO卫星对全球中圆地球轨道（MEO）星座精密单点定位（PPP）的影响,本文利用MGEX站点连续7天的观测数据,将BDS GEO卫星和MEO卫星进行组合,对可见卫星数,定位精度和收敛时间进行了分析. 实验结果表明,在MEO卫星中加入GEO卫星可以得到更好的空间几何构型,两者的定位精度相当;GEO卫星和MEO卫星组合可以缩短收敛时间,在MEO卫星定位较差时,加入GEO卫星可以提高定位的可靠性.      

地基GPS区域电离层多项式模型与硬件延迟统一解算分析

探讨了利用区域地基GPS双频精码数据建立单层电离层多项式模型中,多项式系数、组合硬件延迟统一平差的数据处理方法。数据分析表明,GPS卫星短弧段的天空视图对电离层多项式建模的影响较大,由此估计的组合硬件延迟解不稳定,电离层模型也存在系统误差,边际效应明显;分段常数的全天电离层延迟多项式建模的数据处理方法可以有效地削弱短时弧段建模的影响,获取一致性、稳定性更好的组合硬件延迟。     

3种GPS+BDS组合PPP模型比较与分析

无电离层组合和非组合模型是GNSS精密单点定位(PPP)常用的两种函数模型。本文通过详细分析PPP的两种函数模型各类参数间的相关特性,建立了参数独立的函数模型。对非组合PPP模型的电离层参数引入虚拟观测方程进行约束,有效提高了PPP的收敛速度。最后,从定位精度和收敛时间两方面分析不同函数模型的GPS单系统和GPS+BDS组合PPP静态、模拟动态定位效果。结果表明:GPS单系统和GPS+BDS组合PPP定位精度相当,静态的无电离层组合与非组合PPP均可达到厘米至毫米级精度,动态PPP精度的平面优于3cm,高程优于5cm;无电离层组合PPP收敛时间优于非组合的PPP,电离层加权非组合PPP的收敛时间最短。动态定位中,电离层加权模型相比于无电离层组合模型,可减少约15%的收敛时间,相比于非组合模型,可减少约34%。     

网络RTK与PPP定位模型研究及试验分析

针对当前GPS定位技术的两大研究热点,系统地介绍网络RTK技术和精密单点定位(PPP)技术的定位原理、关键技术及其数学模型.基于某GPS连续运行参考站网络进行定位试验,分别采用自主研发的网络RTK定位软件和国外商用PPP软件对实测静态数据进行计算处理,通过对两种定位模式下的定位精度进行全面的比较分析,得出几点结论.     

Modeling and estimation of C1–P1 bias in GPS receivers

 Modern dual-frequency global positioning system (GPS) receivers are capable of providing direct measurements of both L1 C/A (C1) and P code (P1) without the use of the Y-codes under Anti-Spoofing. A discrepancy or bias between the C1 and P1 measurements from these receivers has however been of concern to operators and users of GPS reference networks. For the purpose of modeling and estimation, the nature and characteristics of the discrepancy must be investigated. The research results presented indicate that the discrepancy between the C1 and P1 measurements contains two different types of components: one is of constant type while another is time variant. A method has been developed for their modeling and estimation. The residual C1–P1 time series after a satellite-dependent bias removal agree at a few-centimeter level, indicating the effectiveness of the proposed model. This allows the C1–P1 discrepancy, both constant and non-constant components, to be removed from GPS reference network solutions. Numerical results are provided to support the analysis. Received: 12 October 1999 / Accepted: 11 May 2000     

GPSP码产生器的模拟与相关特性分析

概述了GPS（全球定位系统）P码产生原理,用Matlab的m语言实现了P码的产生,进而分析了其自相关和互相关特性,为进一步研究P码直接捕获和P（Y）码的破译提供了依据。仿真结果表明,设计P码发生器程序的正确性。     

利用GPS动态PPP技术求解海潮负荷位移

受特殊海岸线及复杂海底地形的影响,目前发布的全球海潮模型在局部沿海地区差异较大,需利用其他大地测量手段直接测定沿海地区的海潮负荷位移参数。GPS技术因具有全天候、精度高、成本低等优势,已成为获取海潮负荷位移参数的有效手段。本文基于GPS技术监测测站三维位移变化的灵敏度高于监测48个海潮参数的灵敏度这一基本思想,改进了利用GPS精密单点定位(PPP)技术估计48个海潮调和参数的方法,直接逐历元求解三维海潮负荷位移变化,再利用调和分析方法提取主要潮波(M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1)的海潮负荷位移建模参数(振幅与相位)。利用12个香港连续运行参考站(CORS)8年的GPS观测数据,计算各测站的海潮负荷位移建模参数。与传统方法比较,本文方法可有效加速K1潮波在东西方向的收敛。将GPS海潮负荷位移建模参数估值与中国近海海潮模型值比较,发现除S2、K2和K1潮波的均方根误差较大外,其他潮波的均方根误差均小于1.5mm。将香港2008—2014年验潮站数据反演的潮波参数与海潮模型值比较,结果表明:GPS与验潮站数据反演的潮波参数均与中国近海海潮模型及HAMTIDE2011.11A全球海潮模型符合较好,验证了GPS PPP反演海潮负荷位移的有效性。采用GPS PPP估计的8个潮波的振幅与相位值替换全球海潮模型中对应的潮波值,进行海潮负荷效应改正,可减弱GPS长时间序列中的半周年信号。     

GPS观测数据中的仪器偏差对确定电离层延迟的影响及处理方法

差分码偏差（DCB）是电离层总电子含量（TEC）监测和建模的主要系统误差,卫星DCB也是卫星导航系统导航电文的重要参数。研究了卫星DCB的估计算法,推导了不同基准下DCB的转换公式,利用北斗观测实验网解算了2013年北斗卫星的DCB。在同一基准下分析了北斗卫星DCB的稳定性,并与MGEX发布的DCB产品进行了比较分析。实验结果表明,该方法解算的北斗卫星B1-B2 DCB在-9~17 ns之间,北斗卫星DCB的稳定性优于0.4 ns;北斗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）卫星稳定性优于地球静止轨道卫星（GEO）和中圆地球轨道卫星（MEO）;利用北斗观测实验网解算的北斗卫星DCB与MGEX解算结果存在最大约1.7 ns的系统偏差,可能由于测距码的不一致性所致;接收机硬件材质的不同是导致接收机DCB差异的主要影响因素。     

廉价GPS测量精度及稳定性分析

廉价GPS在实际工程测量中应用广泛。本文基于U-blox 7N芯片设计组装了一套廉价GPS测量系统,可实时获取点位的三维坐标,实现数据格式的转换和存储。同时,利用Kalman滤波算法进一步提高了GPS的测量性能,结果表明,Kalman滤波算法是一种性能可靠、精度高的滤波算法,可有效提高廉价GPS的测量精度和稳定性。