GNSS基准站信噪比联合卫星系统综合定权的手机RTK定位

随着智能手机芯片和天线性能的不断提升,基于手机的高精度定位逐渐引起学术界和工业界的广泛关注.相较于单点定位,实时动态(real-time kinematic,RTK)定位通常表现出更高的定位性能.然而,目前对于手机RTK定位的随机模型的研究仍相对较少.因此,文中以小米8为例,重点探讨了智能手机在多系统RTK定位情境下的随机模型.研究结果表明:不同系统的卫星伪距噪声存在显著差异,而相位噪声的差异则较小.基于此,本文提出了一种基站信噪比联合卫星系统间综合定权的随机模型.相对于传统的信噪比模型更准确地考虑了不同系统之间的权重分配.并在开阔和遮挡条件下进行了静态和动态实验.结果表明:相比于传统的信噪比模型,新模型在静态开阔、静态遮挡、动态开阔和动态遮挡下三维方向的RTK定位精度分别提升了18.7%、18.3%、3.3%和4.6%.

北斗三号PPP-B2b信号精密单点定位服务可用性分析

针对北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)PPP-B2b信号精密单点定位(precise point positioning,PPP)服务可用性,以改正参数的可用性比例、平均可用卫星数和改正参数匹配性为指标进行了系统分析.结果表明:在中国及周边地区,BDS-3 PPP-B2b信号改正参数的可用性在71%~95%,且在北京地区达到最大,GPS改正参数可用性在68.5%~88.6%,差于BDS-3.中国及周边地区用户缺少PPP-B2b信号改正参数的卫星观测弧段主要集中在低高度角时段,其改正参数的可用性随着截止高度角的增大而增大;BDS-3、GPS和BDS-3/GPS在中国及周边地区的改正数可用平均卫星数分别约为8颗、7颗和15颗,可以确保有效的实时PPP(real time PPP,RT-PPP)服务性能,但平均约有1颗BDS-3卫星和2颗GPS卫星因为缺少PPP-B2b信号改正参数而无法参与RT-PPP服务;对于赤道以南地区,单个系统基本无法提供有效的PPPB2b服务,其改正参数的平均可用性低于50%,但BDS-3/GPS双系统在部分低纬度地区可提供约7~11颗的可用卫星;由于轨道改正参数和钟差改正参数更新频率不一致,在钟差改正数版本号(IOD Corr)参数更新时,会出现短暂的改正参数不匹配情况.

加权K-Means与DRSS定位结合的GNSS干扰源定位方法

针对基于载噪比(carrier to noise ratio,CNR)的GNSS干扰源定位,在存在多个干扰源、多径传输且接收机间距较远时定位难度大、精度低的问题,提出了一种加权K均值(K-Means)聚类算法与基于差分接收信号强度(differential received signal strength,DRSS)的方程解算定位相结合的多干扰源定位方法.在假设干扰源个数确定以及单个接收机只受到一个干扰源影响的前提下,设计了改进的加权K-Means聚类算法实现对多个干扰源位置的初步估计.为了进一步降低在观测接收机相距较远时加权K-Means方法的定位误差,在聚类后选取各簇内受干扰影响显著的接收CNR构建基于DRSS的定位方程组,通过方程解算得到更加精细的定位结果.仿真结果表明,所提出的定位方案可以实现对多干扰源的定位,结合DRSS参数定位后,单干扰源场景下定位误差可降低19%以上,存在两个单音干扰源的场景下定位误差可降低38%以上.

地磁导航定位技术原理与方法综述

地磁导航定位是多源融合导航定位技术体系中重要的技术手段之一,具有适用范围广、抗电磁干扰能力强、可全天时全天候工作等优点,为运动载体特别在地下、水下等卫星信号接收受限的场景提供一条无源被动的自主导航定位技术途径.然而地磁场导航定位的实现过程通常因其应用的载体和场景不同而存在一定差异,本文将根据地磁导航定位的不同应用场景进行分类阐述,对其相应的原理与方法进行综述,以期助力地磁导航定位技术领域的后续推进.

顾及空间分布和NLOS的UWB室内可信定位方法

针对现行室内可信定位存在的三维定位精度低与结果可信度难以定量评估的难点,提出了一种可信超宽带(UWB)室内定位模型。该方法采用无迹卡尔曼滤波和IGG-III抗差理论模型,解决了UWB定位中的非线性化和非视距误差问题;同时,为提高该方法定位结果的可信度,进一步构建了一种兼顾UWB基站空间分布和非视距误差的可信精度评估模型。与现有模型相比,提出的方案可有效实现基于UWB的室内高精度可信定位。仿真和实测数据结果表明:1)与传统最小二乘结果相比,该方法可提高30%~40%的UWB定位精度;2)引入IGG-III抗差模型可提高11%的定位精度;3)非线性化误差对UWB定位精度的影响不尽相同,约为22%~50%;4)提出的可信度评估模型可实时准确评估UWB定位精度。

基于万有引力的普适定位

万有引力由质量引起,不容易受到干扰.在地球及其周围空间中,对物体的万有引力影响最大的是地球,其次是地球附近的天体.因为不同位置所受到的万有引力的大小和方向是随时间规律变化的,而物体受到的万有引力的大小和方向是可以被测量的.因此,存在通过物体所受万有引力反推其所在位置的可能.本文探讨了通过测量物体所受万有引力变化进行普适定位的方法,通过正演和反演仿真,证明通过万有引力进行普适定位是可行的.并且验证了基于万有引力定位的定位误差与观测误差之间的数值关系.

地磁暴期间电离层扰动监测及GNSS定位性能分析

为分析磁暴期间电离层扰动规律及GNSS定位性能变化,基于国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)全球观测数据及全球电离层图(global ionospheric map,GIM),对2018年8月26日地磁暴事件引发的北半球地区电离层总电子含量(total electron content,TEC)异常变化和GPS定位性能进行分析.结果表明:北半球TEC异常存在纬度差异,高纬地区响应快,低纬地区异常值变化大,达12 TECU;磁暴期间高纬地区观测数据周跳变化明显,周跳比数值与磁静日相比最大下降61.84%;磁暴期间所有测站数据完整率下降,高纬地区下降响应快,下降严重,达38.65%,研究区所有测站数据完整率下降出现在磁暴恢复相,数据质量与TEC异常变化规律较为一致;对GPS双频动态精密单点定位(precise point positioning,PPP)结果进行分析发现,磁暴期间高纬地区测站定位误差显著增大,水平和垂直方向均方根误差(root mean squared error,RMSE)增至约0.7 m及1.8 m.

北斗三号新频点(B1C/B2a)单历元RTK定位性能分析

北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)新频点B1C/B2a有效增加了北斗卫星导航系统(BDS)多频组合定位的多样性,并提升了定位性能.为系统地评估BDS-3新频点实时动态(RTK)定位性能,选取6个MGEX(Multi-GNSS Experiment)测站构成三条基线,设计了BDS-3 B1I/B3I/B1C/B2a/B2b五种单频方案,BDS-2 B1I+B2I、BDS-2 B1I+B3I、BDS-3 B1C+B2a、BDS-3 B1I+B3I、BDS-2/BDS-3 B1I+B3I五种双频非组合方案和BDS-3 B1I+B3I+B1C+B2a+B2b五种频非组合方案进行RTK解算试验.试验结果表明:当基线长度不超过25 km时,在静态模式下,东(E)、北(N)和天顶(U)方向的BDS-3新频点B1C/B2a单频定位精度分别优于2.85 cm、1.67 cm和4.02 cm,双频定位精度分别优于1.63 cm、1.33 cm和3.26 cm,五频定位精度分别优于2.04 cm、1.12 cm和3.17 cm;在动态模式下,E、N和U方向的新频点单频定位精度分别优于3.03 cm、1.45 cm和6.49 cm,双频定位精度分别优于1.92 cm、0.95 cm和6.71 cm,五频定位精度分别优于2.32 cm、0.91 cm和4.89 cm.两种模式下BDS-3新频点B1C+B2a与旧频点B1I+B3I双频定位精度相当,均优于BDS-2 B1I+B2I与B1I+B3I双频定位精度,同时BDS-3五频非组合方案定位精度与稳定性均优于单频和双频非组合方案.

基于熵差的海底地形匹配导航算法

利用信息熵原理进行海底地形匹配导航,建立地形差异熵,设计了包括搜索和定位两个阶段的地形熵差匹配算法,通过搜索与定位的转换逻辑,省却传统算法的跟踪阶段,提高匹配速度,利用粗匹配和精匹配两个阶段的匹配,以及设计误差匹配处理策略,以校正惯性导航系统(inertial navigation system,INS)随时间积累的位置误差,提高匹配效率及匹配定位精度,并使用实际海底数据进行仿真.结果表明,经度和纬度的位置匹配都具有较快的收敛速度,能够有效校正INS的位置误差,有精度高,稳定性好的优点,具有一定实用价值.

地球重力场定位导航方法研究

本文针对当前惯性导航系统(inertial navigation system,INS)存在的定位误差随运行时间增长而积累的问题,利用重力辅助导航技术进行位置校正,研究了动基座重力传感器、动基座海洋重力实时测量、重力场图匹配理论与匹配算法以及与之相关的INS误差模型等问题,分析了基于无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)的重力/捷联式惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)组合导航方法,为进一步研究重力辅助导航匹配算法和提高导航定位精度提供技术支撑.

北斗三号双频长基线单历元解算性能评估

为详细评估北斗三号(BDS-3)长基线定位性能,以MGEX跟踪站组成的3条长基线为基础,进行BDS-3双频、BDS-3与Galileo兼容频率双频组合长基线解算实验。实验结果表明,123 km和209 km长基线水平定位精度均优于3 cm,高程精度均优于5 cm,模糊度固定率均在96%以上,模糊度固定初始时间均在40 min以内;248 km长基线整体水平定位精度优于5 cm,高程精度优于8 cm,模糊度固定率在93%以上,模糊度固定初始时间在60 min以内;BDS-3与Galileo兼容频率双频组合定位性能比BDS-3单独定位有所提升,水平定位精度优于2 cm,高程精度优于4 cm,模糊度固定率在99%以上,模糊度固定初始时间在7 min以内。

GNSS基准站三维坐标时间序列周期特征分析

GNSS基准站坐标时间序列作为构建参考框架的基础数据,对其非线性变化特征进行研究对于构建合理的测站运动模型很重要。本文基于中国内地构造环境监测网络1999—2022年的GNSS观测成果,利用功率谱分析和最小二乘估计方法,研究GNSS基准站三维坐标时间序列的周期变化特征。对23年的数据分析的结果表明,陆态网GNSS基准站3个方向均存在以周年和半周年信号为主要特征的季节性变化信号,且周年信号特征显著强于半周年信号特征,高程方向的周期性变化比水平方向更明显;3个坐标分量加权均方根误差的平均值分别为3.3 mm、3.5 mm、8.5 mm;不同基准站之间的周期振幅和相位也存在差异,U、N、E 3个方向上的周年振幅平均值分别为4.6 mm、0.8 mm、0.8 mm,半周年振幅分别为1.6 mm、0.4 mm、0.3 mm;中国地区GNSS基准站的周期振幅和相位并没有表现出显著的一致性规律,反映出不同地区基准站所受到的非构造运动的影响存在差异。

基于平方根信息滤波的北斗卫星实时定轨方法

连续、稳定、高精度的实时卫星轨道产品是北斗国际化、规模化、智能化应用的重要前提.当前,北斗卫星导航系统(BDS)的实时精密轨道产品多基于“批处理解算+轨道预报”的超快速模式获得,存在连续性较差、稳定性较低、精度不高等问题.为此,本文采用平方根信息滤波(SRIF)方法对北斗卫星精密轨道进行实时逐历元解算.实验结果表明:相比于超快速定轨模式,基于实时滤波方法的轨道产品能够有效避免边界跳变,具有更好的连续性和稳定性;同时,实时滤波定轨方法能够显著提高BDS的轨道精度,其中中轨道地球卫星(MEO)和倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)的三维轨道误差分别减小了46%和68%,卫星激光测距(SLR)检核精度也普遍优于预报轨道.

差分码偏差对QZSS单点定位的影响

为探究差分码偏差(DCB)对准天顶卫星系统(QZSS)伪距单点定位(SPP)的影响,推导了QZSS伪距单点定位时间群延迟(TGD)和DCB改正模型,并选取6个MGEX(Multi-GNSS Experiment)测站连续7 d的观测数据按照两种不同方案进行实验.结果表明:DCB产品月稳定度较好,无明显波动,各颗卫星月稳定度优于0.2 ns,与TGD互差值优于2.5 ns;TGD/DCB改正对SPP精度影响为米级,经TGD/DCB改正后水平方定位精度可从4~9 m提升至3~6 m,高程方向可从7~9 m提升至5~7 m,提升率为10%~46%.可见DCB改正对单点定位精度影响较大,在定位解算中不可忽略.

基于PANDA软件的实时精密单点定位研究

基于PANDA软件，研究了全球以及中国境内实施实时精密单点定位的模式及可行性。实际数据分析结果显示，采用IGS中心提供的超快速预报星历（Ultra—BRD），利用全球40个左右均匀分布的IGS站实时数据，PANDA软件实现了10～20cm精度的实时精密单点定位；国内仅需6～7个测站的实时观测数据，PANDA软件就可以提供全国范围精度为10～20cm的实时精密单点定位服务。

基于小波方法的非线性回归模型研究

介绍小波方法和非线性回归估计的基本理论,研究利用小波变换得到非线性回归估计函数的方法,且将该方法的结果与仅用回归估计的结果进行对比研究,发现对监测数据列进行小波分解并对小波系数作用于阈值,然后通过对小波系数估计能得到回归参数。研究结果表明基于小波方法的非线性回归模型更接近变形体变形规律,是一种能够更好地进行预测的方法,该模型切实可行。

GPS动态监测中多路径效应的规律性研究

在分析GPS多路径效应特性的基础上,结合GPS动态变形监测的特点,对连续多天的观测数据解算结果采用滤波与周日位置求差相结合的方法进行数据处理。研究结果表明,多路径误差具有较强的周日重复性,在有效地削弱多路径效应的影响后,GPS动态监测的三维位置精度可以达到mm级,尤其是垂直方向的精度改善明显。

东北亚地区GPS观测数据质量检测和分析

利用TEQC软件对东北亚地区52个GPS台站4 a的观测资料进行了质量检测,给出了这些站的数据质量报告,并按照IGS的质量标准对这些数据进行统计分析。结果表明,90%以上的台站观测数据质量(CSR<10,MP1<0.5,MP2<0.75)好于全球IGS站的资料质量状况。

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。

GPS单频精密单点定位软件实现与精度分析

建立了半和改正单频精密单点定位的数学模型，利用单频载波相位与C／A码伪距观测值，综合考虑各种误差改正模型，开发了单频精密单点定位解算模块TriP—SF，利用不同运动状态的实测数据进行了静态、静态模拟动态、车载动态及机载动态定位试验。试算结果表明，单天静态平面与高程定位精度均达到cm级，略低于当前双频精密单点定位的精度；动态定位平面位置精度为0．2～0．3m，高程方向为0．5m，能够满足dm级的定位要求。另外，动态定位精度与载体机动性的强弱有一定的相关性。