顾及有效角动量与IGS超快解数据的极移预报方法

极移高精度预报对卫星实时定轨、深空探测器导航等应用至关重要.本文提出了一种联合有效角动量(Effective Angular Momentum,EAM)与国际全球卫星导航系统服务组织(International GNSS Service,IGS)提供的超快解数据进行极移预报的方法.该方法基于IGS超快解数据得到的极移第1天预报值,对引入EAM得到的极移预报结果进行校正,获得联合预报值.首先,基于LS(Least Squares)+AR(Auto-Regressive)模型实现了引入EAM的极移预报,相对国际地球自转与参考系统服务组织(International Earth Rotation and Reference Systems Service,IERS)提供的公报A数据,在超短期(第1~10天)预报跨度可以得到更高精度的极移预报结果,其中大气和海洋角动量发挥了主要作用.其次,鉴于IGS超快解数据精度高、更新快的特点,以IGS超快解为基础数据,基于LS+AR模型可以得到极移第1天预报值,其精度显著优于IERS公报A的极移第1天预报值.最后,利用第1天预报值对顾及有效角动量的预报结果进行校正获得了联合预报值,进一步提高了超短期极移预报精度(尤其是第1~5天).2020年7月24日—2022年1月30日间的联合预报结果表明:第1~20天的预报值总体优于IERS公报A的预报值.其中,第1~10天的预报精度显著提升,在预报第1天,X、Y方向预报值相对公报A预报值的精度提升分别可达39.5%~62.3%和24.5%~51.9%;在预报第10天,相对公报A预报值的精度提升分别可达28.0%~28.9%和21.9%~23.4%.

2015年3月特大磁暴期间中国区域电离层TEC NeuralProphet预报模型研究

延迟是全球卫星导航定位中重要的误差源之一,提高电离层TEC建模和预报精度对改善卫星导航定位精度至关重要.本文构建了以太阳辐射通量指数F_(10.7)、地磁活动指数Dst、地理坐标和中国科学院(Chinese Academy of Sciences,CAS)GIM数据为输入参数的NeuralProphet神经网络模型(NP模型),实现在2015年3月特大磁暴期中国区域电离层TEC短期预报.为验证NP模型的预报精度,本文同时构建了长短期记忆神经网络(Long Short-term Memory Neural Network,LSTM)模型进行对比分析.结果统计分析表明,NP模型在磁暴期(2015年DOY076-078)TEC预报值RMSE和RD分别为0.83 TECU和3.13%,绝对和相对精度较LSTM模型分别提高1.49 TECU和10.25%;且NP模型RMSE优于1.5 TECU的比例达97.24%,远高于LSTM模型.NP模型预报值与CAS具有较好一致性和无偏性,偏差均值仅为-0.01 TECU,而LSTM模型预报值的均值偏大,偏差均值为1.49 TECU.从低纬到中纬度的三个纬度带内,NP模型RMSE分别为1.12、0.83和0.44 TECU,精度比LSTM模型提高1.94、1.56和1.23 TECU.整体上,在磁暴期NP模型预报性能明显优于LSTM模型,能够精细描述中国区域电离层TEC时空变化.

基于CRA40产品的对流层延迟计算及对比分析

2020年12月中国首款全球大气再分析CRA40正式上线。本文瞄准CRA40在对流层延迟计算中的应用,首先探讨了利用CRA40采用射线追踪技术进行对流层延迟计算的方法,然后分别在全球范围231个IGS测站和中国区域213个陆态网测站处对2018年全年基于CRA40及ECMWF两款再分析资料(ERA-Interim和ERA5)获取的对流层天顶延迟和5°高度角斜路径延迟的精度进行了比较评估,并对中国区域CRA40天顶湿延迟(ZWD)和斜路径湿延迟(SWD)的精度变化规律进行了分析。结果表明:以GNSS天顶总延迟(ZTD)为参考的CRA40 ZTD偏差RMS在全球范围为1.39 cm,略优于ERA-Interim,在中国区域为1.41 cm,基本与ERA-Interim相当;以ERA5斜路径总延迟(STD)为参考的CRA40 STD偏差RMS在全球范围和中国区域分别为10.83和12.30 cm,同ERAI无明显差异;中国区域CRA40 ZWD和SWD精度与气候类型相关,季风气候区冬季ZWD和SWD精度明显优于夏季。

联合SLR的BDS精密定轨光压模型影响与分析

围绕联合卫星激光测距(SLR)数据的北斗卫星导航系统(BDS)精密定轨中光压模型选取和精化问题,分析了不同光压模型对轨道精度的影响,包括ECOM1、ECOM2以及混合光压模型。采用125个全球GNSS测站和23个SLR测站265天观测数据进行联合定轨,从SLR检核、轨道边界不连续性以及轨道预报三方面对定轨精度进行分析,结果表明:联合定轨均能显著提高轨道的SLR检核精度,其中采用混合光压模型时精度最高。采用ECOM1和ECOM2时,联合SLR观测值定轨降低了BDS卫星计算轨道和预报轨道的精度,采用混合模型时BDS卫星轨道预报精度略有提升。综合外符合和内符合精度,建议在联合SLR观测数据进行BDS卫星精密定轨时采用混合光压模型。

GPS/BDS混合双差分RTK定位方法及结果分析

提出一种单/双频GPS/BDS双系统融合的混合双差分RTK处理办法,推导出GPS/BDS混合双差分模型,并给出模型中不同系统观测值之间的时延偏差不一致、观测频率不一致问题的解决方法。与目前的标准双差方法相比,混合双差方法增加了一颗卫星的观测方程,其观测信息利用更为充分。推导结果表明,当截止高度角为50°时,对于单/双频RTK,模糊度固定正确率分别从47.96%和82.16%提高到61.86%和85.75%,同时模糊度固定的错误拒绝率分别从56.23%和7.46%降低到43.61%和1.85%。

无模糊度和整周跳变问题的短基线解算方法研究

提出了一种不涉及模糊度和整周跳变问题的短基线解算方法。用自编软件对实际观测资料进行了处理。计算结果表明,本方法的原理和数学模型是正确的,对于一般静态短基线解算,平面精度达到2mm左右,高程精度达到5mm左右。

GPS卫星实时精密定轨及初步结果分析

提出了导航卫星实时精密定轨的滑动窗口短弧法方程综合方法。通过对全球70个IGS站的观测数据进行仿实时解算的结果表明,与IGS事后精密轨道相比,实时轨道精度达5 cm左右,达到IGS事后快速轨道精度的水平。

GPS卫星星历的精度分析

利用全球GPS永久性跟踪站WUHN(武汉)站在SA取消前后五天的广播星历文件计算得到在视卫星的位置和钟差,与事后IGS精密星历提供的卫星位置和钟差进行比较分析,说明SA取消对广播星历的影响。

车载导航型GPS接收机的性能分析

结合一般GPS接收机性能分析要求,针对导航型GPS接收机主要用于车载动态导航定位的特点,提出了主要包括一般性能检验、导航精度测试、不同环境下的导航性能测试等较为全面的车载导航接收机的性能综合分析方法。基于此方法对一款导航型接收机进行了综合性能测试,得出了有益的结论。

卫星导航专业研究生培养模式研究

结合卫星导航领域的发展现状及国家的相关政策,分析了我国对高质量卫星导航专业人才的迫切需求,探讨了卫星导航研究生的培养目标与方式,并指出应该重视国际交流与培养,建立校企联合培养机制,并加强研究生的综合素质教育。

基于移动终端广播星历的自主轨道预报及精度分析

首次定位时间(TTFF)是衡量GPS接收机性能的一个重要指标,其中以广播星历搜集最为耗时,预先提供广播星历可使TTFF减短至几秒,并提高接收终端灵敏度,减少功耗。对此,本文给出了一种基于移动终端广播星历的自主轨道预报方法,并对移动终端卫星轨道预报方法与模型、EOP参数的长期预报及精化光压模型等关键问题进行了分析,通过GPS广播星历数据实测分析表明,当拟合弧段仅有1 d时,可使预报1 d、7 d、14 d的SISRE分别在10 m以内、57 m左右和120 m左右;当拟合弧段有2~5 d时,可使预报1 d、7 d、14 d的SISRE分别降至5 m以内、23 m以内和64 m以内,若拟合弧段保持在6~8 d,可使预报1 d、7 d、14 d的SISRE分别达3 m左右、15 m左右和30 m左右;当拟合弧长大于8 d时预报精度趋向稳定。

北斗三号全球导航卫星系统服务性能评估:定位导航授时、星基增强、精密单点定位、短报文通信与国际搜救

本文给出了北斗三号全球导航卫星系统定位导航授时、星基增强、精密单点定位、区域短报文通信、全球短报文通信和国际搜救共6类服务的测试评估方法,并利用实测数据对各类服务的核心指标进行了评估。结果表明,定位导航授时服务方面,空间信号测距误差0.23 m(RMS),空间信号可用性99.44%,空间信号连续性99.99%,PDOP可用性100%,B1C信号全球定位精度水平方向1.31 m、垂直方向2.13 m(95%),B1C信号全球定位可用性99.93%,B1C信号授时精度14.7 ns(95%);星基增强服务方面,定位精度水平方向1.03 m、垂直方向2.60 m(95%)、具有垂直引导能力的一类进近(APV-I)可用性100%;精密单点定位服务方面,定位精度水平方向0.17 m(95%)、垂直方向0.22 m(95%)、平均收敛时间9 min;区域短报文通信服务成功率99.6%,服务容量1530万次/h(上行)、935万次/h(下行);全球短报文通信服务成功率96.46%,服务容量40万次/h(上行)、21万次/h(下行);国际搜救服务方面,搜救信号接收成功率98.3%(发射功率37 dBm)。

三步法确定网络RTK基准站双差模糊度

提出了一种新的由宽巷模糊度、窄巷模糊度到原始载波模糊度逐步固定地确定基准站间的双差模糊度的三步法,该方法不需线性化,不需解求方程组,双差观测值之间相互独立,且与基线长度无关,并用实例证明了该方法确定基准站模糊度速度快、可靠性高的特点。

2013—2015年BDS空间信号测距误差的精度评估

基于武汉大学发布的精密星历,计算2013年1月至2015年9月北斗广播星历的轨道、钟差和空间信号测距误差,并对其进行统计分析评估。结果表明:北斗卫星的径向精度总体上优于0.7 m、法向精度总体上优于1.4 m,且无明显的长期变化趋势;在切向精度上,倾斜地球同步轨道和中轨道优于2.1 m,高轨道的切向精度已从14 m左右提升至8 m左右;北斗高轨道、倾斜地球同步轨道、中轨道的钟差精度分别为6.3 ns,4.7 ns,4.3 ns;所有卫星的钟差精度总体上优于6 ns;所有卫星的空间信号误差精度总体上优于2 m,从长期来看,中轨道卫星的空间信号误差精度较为稳定;倾斜地球同步轨道和高轨道卫星的空间信号误差精度存在一定的波动。

GPS连续运行参考站系统定位精度检测方法研究

对GPS连续运行参考站系统(CORS)的用户定位精度检测方法进行了较全面的探讨和分析,在常用静态已知点检测法和与后处理定位结果比较检测法的基础上,提出了陆地规则几何轨迹的动态检测法和固定基线长度的相对动态检测法。并利用其中的3种方法对一GPS连续运行参考站系统的动态定位精度进行了全面的检测,其结果表明:综合使用几种方法,可以较全面、有效地分析GPS连续运行参考站系统在其覆盖区域的定位精度。

基于双频GPS数据的单历元定向算法研究

在普通的基线长辅助LAMBDA搜索算法的基础上,提出了一种组合的模糊度搜索方法,确保了单历元算法的成功率和精度。实测数据的计算结果表明,本文所采用的单历元算法无论在静态还是动态情况下,都可以得到很高的成功率和很好的定向精度,也说明本文的实时单历元定向算法是可靠的,方案是可行的。

基于精密单点定位技术的GPS辅助空中三角测量

简要介绍GPS精密单点定位的基本原理,通过对带双频动态GPS数据的1∶2 500~1∶60 000各种摄影比例尺的覆盖多种地形航摄资料的处理,比较了GPS精密单点定位与差分GPS定位所获取摄站坐标的差异,并分析利用两种摄站坐标分别进行GPS辅助光束法区域网平差的精度。试验表明,当区域四角布设四个平高地面控制点时,两者的加密精度是基本一致的,且采用GPS精密单点定位技术进行GPS辅助空中三角测量结果能够满足我国现行航空摄影测量规范的精度要求。

卫星导航系统综合分析处理软件PANDA及研究进展

简要介绍了卫星导航系统综合处理软件卫星精密定轨定位综合分析软件(PANDA)的数据处理方法与策略,重点阐述了PANDA软件目前的新进展,并对PANDA软件的进一步的发展进行了讨论。软件目前的研究进展以及与国外研究水平的比较表明,PANDA软件具有很好的发展前景,可作为基础性研究的软件平台,可为我国自主导航系统及卫星应用项目的发展提供技术支持。

IGS实时产品比较与分析

介绍IGS实时试验计划的发展现状及实时精密产品恢复方法。选取BKG、ESA、GFZ和GMV四个分析中心的实时精密数据,与IGS事后精密轨道和钟差进行对比,分析结果表明实时产品轨道RTN方向精度达厘米级,钟差精度达亚纳秒级。通过PANDA软件,利用IGS实时精密轨道钟差产品对测站ALBH进行动态PPP解算,动态定位精度可达厘米级。

HHT-EEMD用于IGS站高程时间序列分析

利用经验模态分解(EMD)和整体经验模态分解(EEMD)方法,将BJFS站2000~2015年高程时间序列进行分解,发现其不仅存在1a、0.5a、0.25a、2个月、1个月以及长周期等周期项,还存在以往方法很难探测出来的近似2a周期信号。与EMD分解结果对比,整体经验模态分解可以明显减弱模式混叠现象。对各分量进行Hilbert变换(HHT),得到时间-频率-能量的Hilbert频谱图。结果表明,年周期和2a周期变化是高程运动的主要贡献项。利用小波变换方法对比验证EEMD的分解结果表明,与小波分析相比,EEMD重构信号与高程序列差异的RMS更小,证明了HHT-EEMD方法在数据资料分析过程中的有效性。对环境负载及GRACE负载造成的测站位移进行功率谱分析得出,环境负载确实会造成IGS站高程时间序列的1a、0.5a以及季节性运动,GRACE负载还验证了2a信号的存在。