北斗导航系统卫星频间钟差偏差

卫星频间钟差偏差（Inter-Frequency Clock Bias, IFCB）变化特性的分析对其模型化、卫星钟稳定性的评估具有重要的意义。采用北斗(COMPASS) 2012年1月的三频数据,解算了GEO卫星的IFCB并分析了其时序特性。为了削弱粗差对解算结果的影响,采用了抗差估计算法。针对GEO卫星IFCB的特性,提出了GEO卫星IFCB的经验模型。结果表明,二次曲线函数能较好的描述GEO卫星的IFCB,并达到71%以上的改正效果。     

顾及码频间偏差的GPS/GLONASS实时卫星钟差估计

在进行GPS/GLONASS联合卫星钟差估计时,GLONASS码频间偏差（inter-frequency bias,IFB）因卫星频率间的差异而无法被测站接收机钟差参数吸收,其一部分将进入GLONASS卫星钟差估值中。通过引入多个"时频偏差"参数（inter-system and inter-frequency bias,ISFB）及附加基准约束对测站GLONASS码IFB进行函数模型补偿,实现其与待估卫星钟差参数的有效分离,并对所估计实时卫星钟差和实时精度单点定位（real-time precise point positioning,RT-PPP）进行精度评估。结果表明,在卫星钟差估计观测方程中忽略码IFB,会明显降低GLONASS卫星钟差估值精度;新方法能有效避免码IFB对卫星钟差估值的影响,所获得GPS、GLONASS卫星钟差与ESA（European Space Agency）事后精密钟差产品偏差平均均方根值分别小于0.2 ns、0.3 ns。利用实时估计卫星钟差进行静态RT-PPP,当观测时段长为2 h时,GPS单系统、GPS/GLONASS组合系统的3D定位精度优于10 cm,GLONASS单系统3D定位精度约为15 cm;三种模式24 h单天解的3D定位精度均优于5 cm。     

北斗卫星精密轨道与钟差精度分析

针对北斗卫星导航系统的卫星姿态模型、天线相位中心改正及卫星定轨数据处理策略未统一的现状,该文对比分析了武汉大学和德国地学研究中心提供的北斗事后精密轨道和钟差产品的差异及精度,结合实测数据,通过分析精密单点定位的定位精度来比较两中心精密轨道和钟差的差异。实验结果表明:北斗卫星的精密轨道精度与轨道类型有关,地球静止轨道(GEO)卫星的轨道精度为米级,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的轨道精度为分米级,中地球轨道(MEO)卫星切向、法向和径向的精度分别为10.81、5.41和3.37cm;GEO卫星钟差精度优于0.38ns,IGSO卫星钟差优于0.25ns,MEO卫星钟差优于0.15ns;两家分析中心产品的北斗静态精密单点定位的平面精度相当;北斗静态精密单点定位的RMS统计值平面精度优于3cm,三维精度优于7cm。     

北斗三号卫星钟差分析与星载原子钟评价

针对北斗卫星三号(BDS-3)卫星钟的表现情况的问题,该文选取了全球均匀分布的120个国际GNSS服务(IGS)跟踪站的北斗三号卫星观测数据进行北斗卫星钟差估计,利用评价卫星钟差产品的方法分析北斗新一代卫星钟的精度水平。得到结果如下：北斗卫星钟中圆地球轨道(MEO)精度在0.1 ns以内、倾斜地球同步轨道(IGSO)精度在0.15 ns以内,地球静止轨道(GEO)精度在0.2～0.9 ns水平;BDS-3卫星的频率的万秒稳定度已经处于1×10^-14水平;GPS与BDS精密单点定位解算结果的均方根误差(RMS)均在厘米级。基于卫星钟差实验结果表明,MEO比IGSO卫星钟差精度高,稳定性强;BDS-3搭载的铷钟(Rb-Ⅱ)和氢钟(PHM)比BDS-2的铷钟(Rb)更稳定,这是因为发射较早的卫星钟普遍受到硬件老化影响,相位与频率的波动较大;BDS在U方向上的精度与收敛速度略有不足,可通过GPS+BDS组合定位提升U方向单点定位性能。北斗卫星钟的精度、稳定性已达到钟差预报及实时精密单点定位应用的需求。     

GNSS频间钟偏差时变特征分析及非组合PPP应用

针对卫星频间钟偏差(IFCB)导致传统精密钟差产品无法直接用于多频精密单点定位的问题,该文在顾及不同频率线性组合观测值噪声放大特性的基础上,推导并提出了包括BDS-3 B1C和B2a频点的多系统IFCB数据处理方法和附加IFCB改正的多频非组合PPP平差模型,研究了不同系统IFCB时变特性及其对三频非组合PPP定位影响。实验结果表明:Galileo和BDS-3系统IFCB振幅变化量级较小,平均分别约为0.4 cm和1.0 cm,GPS和BDS-2系统IFCB振幅变化量级较大,分别达20 cm和4 cm,必须加以考虑;相对于无IFCB改正,单GPS和单BDS-2静态和动态PPP解在水平和高程方向定位精度可显著提高,且PPP定位性能改善主要体现在收敛阶段。有效解决了多GNSS系统精密定位过程中多频观测数据有效融合的问题。     

GNSS多频融合精密单点定位频率间卫星钟偏差研究

全球导航卫星系统(GNSS)提供多频信号,多频融合已经成为一种趋势。在精密钟差估计(PCE)的过程中,卫星钟差参数会吸收卫星端稳定的伪距偏差和时变的相位偏差,这些偏差均与频率相关。因而使用不同的观测值进行PCE时,得到的卫星钟差估值是不同的,它们之间的差值被定义为频率间卫星钟偏差(IFCB)。按组成成分,IFCB可以分成伪距相关的IFCB(CIFCB)和相位相关的IFCB(PIFCB)两部分。国际GNSS服务(IGS)提供的精密卫星钟差产品是基于双频消电离层(IF)组合观测值生成的。由于IFCB的存在,导致IGS卫星钟差产品不能直接应用于多频精密单点定位(PPP)。IFCB的精确考虑已经成为多频PPP的一个关键问题。本研究旨在对IFCB特性和估计方法开展系统深入的研究,并评估其对多频PPP解的影响。     

一种载波相位残差的精密卫星钟差插值方法

该文针对传统的精密卫星钟差插值方法没有考虑精密单点定位技术解算数据特点的不足,提出了一种基于载波相位观测值残差的精密卫星钟差插值方法。在精密单点定位中,卫星钟误差将部分体现在载波相位观测值残差中,基于此,考虑将载波相位残差的变化趋势引入到插值的过程中,达到提高插值精度的目的。利用IGS分析中心提供的精密卫星钟差数据进行分析,结果表明:新方法的插值精度为0.2ns~0.7ns;和线性插值、样条插值、Hermite插值、多项式拟合和Lagrange插值等5种传统的插值方法相比,新方法的插值结果在最大误差、平均误差、均方根误差方面均有显著改善,其中均方根误差相比5种传统方法的平均改善率最大达到了37%。     

北斗三频数据的两个无电离层组合轨道钟差估计及其应用

本文针对全球连续监测评估系统(iGMAS)和国际多系统GNSS试验计划(MGEX)两个观测网接收到不同频率北斗卫星数据的情况,提出了一种北斗卫星(BDS)3个频率(B1I、B2I、B3I)的两种无电离层组合(B1/B3和B1/B2)数据精密定轨(POD)和钟差估计(CE)方法。该方法可以统一处理上述两个观测网收到的北斗二代(BDS-2),北斗三代试验系统(BDS-3e)和北斗三代全球系统(BDS-3g)3个频率的观测数据,并在一次程序运行中对所有北斗卫星进行联合处理,可有效提高一次运行的数据使用率,从而提高参数估计精度。采集了多天iGMAS、MGEX的GPS和BDS数据进行试验。结果表明,对BDS-3e+BDS-2+GPS联合定轨时,采用三频两组合方法后由于增强了观测几何,BDS轨道重叠RMS为15.9 cm,比传统双频法定轨精度提高11.3%。新方法引入了与卫星端3个频率相关的码偏差,该量多天估计结果稳定,证明了模型和方法可靠。将新方法用于BDS-3g+BDS-3e+BDS-2+GPS联合定轨,6颗BDS-3g的MEO卫星轨道重叠RMS为14.5 cm,钟差重叠RMS为0.43 ns...     

北斗三频数据的两个无电离层组合轨道钟差估计及其应用

本文针对全球连续监测评估系统（iGMAS）和国际多系统GNSS试验计划（MGEX）两个观测网接收到不同频率北斗卫星数据的情况,提出了一种北斗卫星（BDS）3个频率（B1I、B2I、B3I）的两种无电离层组合（B1/B3和B1/B2）数据精密定轨（POD）和钟差估计（CE）方法。该方法可以统一处理上述两个观测网收到的北斗二代（BDS-2）,北斗三代试验系统（BDS-3e）和北斗三代全球系统（BDS-3g）3个频率的观测数据,并在一次程序运行中对所有北斗卫星进行联合处理,可有效提高一次运行的数据使用率,从而提高参数估计精度。采集了多天iGMAS、MGEX的GPS和BDS数据进行试验。结果表明,对BDS-3e+BDS-2+GPS联合定轨时,采用三频两组合方法后由于增强了观测几何,BDS轨道重叠RMS为15.9 cm,比传统双频法定轨精度提高11.3%。新方法引入了与卫星端3个频率相关的码偏差,该量多天估计结果稳定,证明了模型和方法可靠。将新方法用于BDS-3g+BDS-3e+BDS-2+GPS联合定轨,6颗BDS-3g的MEO卫星轨道重叠RMS为14.5 cm,钟差重叠RMS为0.43 ns,与BDS-3e的15.1 cm和0.49 ns相当。开展了北斗卫星精密单点定位（PPP）试验,结果显示增加了BDS-3g的6颗MEO的精密轨道和钟差后,测站定位精度水平为39.6 mm,天顶为37.8 mm,比仅用BDS-2和BDS-3e卫星定位精度提高了11.1%。     

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。     

北斗卫星导航系统双差动力法精密定轨及其精度分析

针对GEO卫星切向轨道分量与双差模糊度强相关的问题,对经典双差动力法进行了改进,提出联合使用载波相位和相位平滑伪距实现北斗系统精密定轨,并从理论上分析了以上处理策略的可行性及对模糊度固定的影响,然后结合北斗系统精密定轨特点,推导给出了利用QIF方法实现北斗卫星双差模糊度固定的基本原理,实测数据分析表明:联合载波相位和相位平滑伪距,既可降低相关性,又可兼顾精度,定轨效果优于经典双差动力法;利用QIF方法能够取得一定的模糊度固定效果,但受观测条件限制,北斗卫星双差模糊度固定成功率整体不高,双差模糊度固定之后对轨道的改进作用有限。     

精密单点定位中卫星钟差影响分析

分别采用IGS提供的5 min和30 s采样间隔的精密卫星钟差进行静态和动态精密单点定位实验,分析比较了采用不同钟差处理的精密单点定位结果,以及不同种类钟差对初始化收敛时间、定位精度的影响。实验结果表明,采用30 s精密卫星钟差的静态、动态精密单点定位结果精度均优于采用5 min精密卫星钟差内插成30 s钟差的静态、动态精密单点定位结果。     

顾及周期项误差和起点偏差修正的北斗卫星钟差预报

根据北斗卫星导航系统星载原子钟自身的物理特性,采用武汉大学IGS数据中心发布的2016年1月1日至2016年11月1日共306天的事后钟差产品进行谱分析。分析结果表明:北斗卫星导航系统的3类卫星钟都存在一定的周期特性;其中GEO和IGSO卫星钟的主周期相对较为明显;GEO卫星钟的主周期依次为12、24、8和6h;IGSO的主周期为24、12、8和6h;而MEO的3个主周期为12.9、6.4和24h。依据各类原子钟的周期特性,同时对各天之间钟差的起始点偏差进行修正,并利用修正模型对北斗卫星钟差进行预报和精度分析。试验结果表明,改进的预报模型能显著提升北斗卫星的钟差预报精度,北斗卫星钟差24h、12h、6h的平均预报精度分别能达到6.55ns、3.17ns和1.76ns。     

基于GNSS网络的卫星精密钟差估计及结果分析

采用历元间、星间差分技术,估计了基于参考历元的相对钟差。以不同局域GNSS网络、不同观测间隔连续三天的观测数据进行了参数估计,研究了不同区域、采样间隔对估计结果精度的影响。与IGS最终精密钟差相比,估计得到的相对钟差的历元间差优于0.2 ns,基于参考历元的相对钟差的精度优于0.9 ns。不同区域的估计结果精度大致相当;采样间隔对估计结果的影响很小。     

北斗在轨卫星钟产品质量分析

星载原子钟是卫星导航系统的星上时间基准,其性能的优劣直接决定了导航定位服务的质量。我国BDS目前处于全面建设阶段,对BDS卫星钟产品进行质量分析以及在轨星载原子钟的性能评估是一项重要的工作。目前,多个GNSS分析中心同时提供BDS卫星钟差产品,但对于不同分析中心的钟差产品特性对比和分析却鲜有报道。因此,本文从连续性指标、一致性指标、拟合精度指标、预报特性指标,对CODE、GFZ和WHU分析中心的北斗卫星钟差不同采样间隔数据进行了对比和分析。同时,基于北斗卫星钟产品对北斗系统星载原子钟短期频率稳定性进行了评估,得出了一些有益的结论。     

区域卫星导航系统的卫星星座

首先介绍了北斗系统的区域星座特点,然后从相对定位几何精度因子（relative dilution of precision,RDOP）和定位误差两方面进行精度分析,初步得出了北斗相对定位精度与区域星座的关系。理论分析和实验结果都表明,在我国范围内采用北斗卫星导航系统进行短基线相对定位时,其东西方向定位精度优于南北、高程方向;南北方向与高程方向的定位误差呈负相关;北斗相对定位精度随纬度增加而降低;与GPS相比,北斗相对定位在南北方向精度略差;载波相位相对定位精度受北斗区域星座的影响略大于单频伪距差分。     

卫星端宽巷载波相位小数偏差估计方法研究与结果分析

提出了一种估计星间单差宽巷载波相位FCB的新方法——区间均化法。利用2010年全球约120个IGS测站的数据,估计出所有星间单差宽巷载波相位的FCB,详细比较分析了星间单差宽巷FCB的估计精度。结果表明,使用区间均化法获得的卫星宽巷载波相位的FCB与法国CNES中心发布的FCB产品具有很好的一致性,较差均小于0.1周,94%小于0.05周。不同测站数量和测站分布估计相同卫星组星间单差宽巷载波相位的FCB结果具有较好的一致性,但测站数越多,FCB估值的可靠性越高。绝大部分星间单差宽巷载波相位的FCB在1a内具有较好的稳定性,其时间序列的标准差小于0.01周。卫星工作状态的变化会使FCB重新赋值。     

利用SLR和伪距资料确定导航卫星钟差

提出了综合利用SLR和GPS伪距资料测定导航卫星钟差的方法,采用2002年10月的SLR和伪距实测数据计算了GPS 35卫星的钟差,并对GPS 35卫星的钟差进行了预报,为了验证计算结果的精度,将本文计算的卫星钟差与IGS精密钟差进行了比较.通过比较分析发现:综合利用SLR和伪距资料测定的导航卫星钟差精度优于3 ns,测定的导航卫星钟差与实际卫星钟差不存在系统差;导航卫星钟差的预报精度与计算卫星钟速的时间跨度有关;可以分离卫星坐标和卫星钟差之间的相互影响,便于对卫星钟差的研究.