一种多频多系统周跳探测与修复方法

为满足多频多系统精密单点定位(PPP)数据预处理的实际需求,提出了一种周跳探测与修复方法。针对多频多系统PPP数据处理中各卫星的信号数量不同,利用最小二乘模糊度降相关平差(LAMBDA)原理构建模糊度组合。通过仅使用相位观测值估计的倾斜电子总量(STEC)探测不敏感周跳和漏判周跳。对于周跳修复,将伪距和载波相位的观测值在历元间作差求得周跳的浮点解和协方差阵,然后应用LAMBDA算法搜索周跳整数解并进行修复。通过静态、动态以及磁暴环境下周跳探测和修复实验,验证了所提方法的有效性,多频条件下周跳修复的正确率达到100%。

面向城市复杂环境的3种多频多系统GNSS单点高精度定位方法及性能分析

城市智能交通、自动驾驶等对高精度动态定位的需求为分米级甚至厘米级,但在城市复杂环境下信号遮挡、衰减和多径频繁发生,GNSS定位的可用性和精度严重降低。本文充分利用现有可用的多频多系统GNSS(GPS/BDS/Galileo/QZSS)数据,采用最新提出的单历元PPP宽巷模糊度固定方法(PPP-WAR),并与传统PPP方法和广域伪距增强精密定位方法进行对比试验,分析了这3种单点高精度定位方法在大都市高楼密布道路、小城镇狭窄道路和工业区开阔道路3种不同信号遮挡条件下的车载动态定位性能。结果表明,目前城市环境中的三频数据完整性高达94%以上,可满足基于多频GNSS单历元定位的需求。粗差阈值设定为3 m时,单历元PPP-WAR解在小城镇狭窄道路的水平定位误差RMS为0.41 m,达到了分米级定位精度,比广域伪距增强精密定位解和传统PPP解分别提高了53.9%和21.2%;3种方法在大都市高楼密布环境下的定位可用性均高于70%,在另外两种城市环境下的定位可用性均高于90%。粗差阈值0.5 m时,单历元PPP-WAR方法和传统PPP方法在小城镇狭窄道路环境中可用性依然可达~70%。单历元PPP-WAR方法受城市环境中4种典型地物(地下通道、高架桥、行道树和高楼)的影响最小。总之,在干扰因素多的城市复杂环境中单历元PPP-WAR方法更具优势,在干扰因素少的城市开阔环境中传统PPP方法更优。

GNSS多频多系统数据质量分析研究

本文针对监测接收机特性,以GPS\BDS\Galileo\GLONASS卫星系统为研究对象,开发一套GNSS多频多系统数据质量分析软件,分析伪距噪声、载波相位噪声、伪距多路径、周跳比和数据完整率等关键指标;并采用实测数据进行软件性能验证。

一种多频多系统部分模糊度固定算法

针对GNSS多频多系统的定位模式使得整周模糊度的维数急剧增加,导致很难快速准确地固定所有模糊度,引起显著RTK定位偏差的问题,提出一种基于卡尔曼滤波的GPS/BDS/Galileo组合部分模糊度固定方法:对原始误差方程进行参数重组,将窄巷模糊度组合形成宽巷以及超宽巷模糊度;采用多重约束检验取整超宽巷、宽巷模糊度并依次对待估参数进行更新;对窄巷模糊度子集进行筛选,缩小模糊度的搜索空间;结合历元间差分,提供当前历元先验位置解,对模糊度进行检验。经实验表明:在长距离静态实验中,该算法在定位精度E、N和U方向上相较于常规部分模糊度固定分别提升32%、42%和28%。在模糊度固定正确率和收敛速度方面也有显著的提升,且随着基线长度的增加其优势越明显;在短距离动态实验中,该算法在较为复杂的城市道路中定位精度、可靠性以及重收敛速度同样具有出色的表现。

利用多频多系统GNSS OEM板卡实现高精度变形监测

针对近年来被广泛应用的多频多系统GNSS OEM板卡,设计并实现了一套基于多频多系统OEM板卡的低成本变形监测系统,包括数据解码、基线处理、网平差和坐标转换等,能够实时获取测站点高精度空间坐标。以某高层建筑形变监测为例,通过串口通信获取板卡多频多系统观测信息,并经过该系统解算,实现了监测点实时定位,且系统成本相比市场上测量型GNSS接收机系统下降了约40%。实验结果表明,该系统解码精度可达0.2 mm,静态模式定位精度可达到平面2 mm以内,高程5 mm以内,动态模式定位精度可达到平面5 mm以内,高程10 mm以内,验证了该系统的可靠性和适用性。

多频多GNSS大网发展与解算探讨

为了进一步增强全球卫星导航系统(GNSS)服务的精度、完好性、连续性和可用性,对多频多GNSS大网的解算特点、难点和解算方法进行分析和探讨:归纳多频多全球卫星导航系统(GNSS)大网空间段和地面段的最新进展;然后分析解算的特点与难点,迫切需要统一的解算模型和与之对应的高精度、高效率和智能解算算法;最后从非差模型、并行解算和智能解算3个方面总结解算方法。

BeiDou、Galileo、GLONASS、GPS多系统融合精密单点

随着中国BeiDou系统与欧盟Galileo系统的出现以及俄罗斯GLONASS系统的恢复完善,过去单一的GPS导航卫星系统时代已经逐步过渡为多系统并存且相互兼容的全球性卫星导航系统（multi-constellation global navigation satellite systems,multi-GNSS）时代,多系统GNSS融合精密定位将成为未来GNSS精密定位技术的发展趋势。本文采用GPS、GLONASS、BeiDou、Galileo 4大卫星导航定位系统融合的精密单点定位（precise point positioning,PPP）实测数据,初步研究并分析了4系统融合PPP的定位性能。试验结果表明：在单系统观测几何构型不理想的区域,多系统融合能显著提高PPP的定位精度和收敛速度。4大系统融合的PPP收敛速度相对于单GNSS可提高30%~50%,定位精度可提高10%~30%,特别是对高程方向的贡献更为明显。此外,在卫星截止高度角大于30°的观测环境下,单系统由于可见卫星数不足导致无法连续定位,而多系统融合仍然可以获得PPP定位结果,尤其是水平方向具有较高的定位精度。这对于山区、城市以及遮挡严重的区域具有非常重要的应用价值。

全球导航卫星系统发展综述

全球导航卫星系统及其应用领域在不断地扩大和深化。本文着重介绍了当前全球卫星导航系统及其应用技术的现状、发展趋势和应用前景。同时,对这几种导航系统进行综合对比,分析了全球背景下我国北斗卫星导航系统所面临的机遇和挑战,并对未来工作提出一些建议。

多频多模PPP非组合模糊度固定方法和关键技术研究

随着美国GPS系统的现代化,俄罗斯GLOANSS系统的复兴,以及中国BDS系统和欧盟Galileo系统的相继建设,这些卫星系统大部分可播发3个频率以上的信号,使得卫星导航进入到了多频率多系统时代。多频率多系统GNSS可提供更丰富的观测信息,为PPP模糊度快速固定带来了新机遇。本文围绕多频多系统PPP非组合模糊度固定方法和关键技术展开研究,旨在通过高效利用多频多系统GNSS观测数据实现PPP非组合模糊度快速固定,从而缩短非组合PPP固定解首次初始化时间。主要研究成果如下。

一种计算北斗三频多路径的方法及其结果分析

多路径误差分析是北斗卫星导航系统性能评估的一项重要内容。本文给出了一种新的计算3频多路径误差的方法,该方法只需对B1和B2载波相位观测值进行处理就能得到3个频率的伪距多路径误差。利用MGEX跟踪站的数据计算了BDS的多路径误差,从GPS和BDS多路径误差比较以及纬度、轨道和频率因素分析了BDS多路径误差的特性,结果表明,BDS多路径误差小于0.5 m,符合质量检查要求,其性能优于GPS卫星系统。

高度角与信噪比混合的GNSS随机模型精化及其对RTK定位性能的影响

全球卫星导航系统(GNSS)观测值精度会受到大气延迟、非视距(NLOS)信号和多径等因素的影响,而高度角或信噪比(SNR)模型对不同误差源的敏感程度不一样,导致传统基于高度角或SNR的单一随机模型不能满足全场景的高精度定位导航,加上多频多系统的出现,不同GNSS甚至同一系统的不同频段观测值精度也会存在差异,这也给传统模型定权带来了一定挑战.在分析高度角随机模型、SNR随机模型存在的优缺点的基础上,提出了一种高度角、SNR混合的随机模型;通过站间单差、历元间三次差分别对GPS、北斗卫星导航系统(BDS)、Galileo的伪距、相位噪声进行提取,精化了高度角、SNR混合随机模型.实验表明,SNR模型、高度角模型、混合模型的模糊度正确固定率分别为92.42%、95.85%、97.69%;SNR模型定位精度低于高度角和混合模型,混合模型相比于高度角模型,水平方向上定位精度提升了50.0%,高程方向精度提升了37.1%.

GNSS RTK定位技术的发展历程和机遇

实时动态载波相位差分定位技术(RTK)凭借其算法简单、收敛快、定位精度高和可靠性强等优点被广泛应用于测绘、监测、导航等方面。随着全球导航卫星系统(GNSS)的不断发展和完善,基于GNSS的RTK技术在理论算法、工程应用、数据处理等方面也取得了巨大的进步。本文对RTK定位技术进行详细综述,重点介绍长基线RTK定位技术、多频多系统、部分模糊度固定算法、网络RTK定位技术和单频RTK算法的发展历程,总结了影响RTK定位精度和可靠性的关键因素,并讨论了卫星导航系统的进一步建设以及传感器技术的不断优化,给RTK技术带来的新发展机遇。

北斗/GNSS精密单点定位模型及应用

随着多频多模GNSS的快速发展,包括中国自主研制的北斗卫星导航系统(BDS),已广泛应用于大地测量、环境监测和灾害预警等相关领域。人们对于实时高精度GNSS导航定位需求日益增强,这给GNSS数据处理及应用带来了新的机遇与挑战。论文围绕BDS/GNSS精密单点定位(PPP)模型算法及其相关应用展开研究,主要研究内容和创新工作包括:(1)提出了多种多频多系统PPP模型,评估了BDS单频、双频、三频、四频和五频PPP模型的性能,通过等价性原则证明了相应多频PPP模型的一致性和差异性。

GNSS精密单点定位技术及应用进展

综合分析讨论了GNSS精密单点定位(PPP)技术及应用的最新进展。重点对GNSS精密单点定位实数解、固定解、实时精密单点定位、PPP-RTK和多频多系统精密单点定位等5个方面的核心关键技术和实现方法进行了总结和讨论。结合PPP技术的特点和优势,论述了PPP在低轨卫星定轨、地震、对流层和电离层等方面的典型应用。针对多频多系统GNSS的最新发展动态,展望了PPP技术今后的发展趋势,并指出了精密单点定位技术和推广应用还有待进一步研究的问题。

PPP/PPP-RTK新进展与北斗/GNSS PPP定位性能比较

首先简要回顾了精密单点定位(PPP)技术在最近几年的发展现状,重点总结了高采样率钟差实时快速估计、多系统组合PPP模糊度固定、多频GNSS PPP模型及其模糊度固定、PPP快速初始化、PPP-RTK等若干热点方向的最新研究进展。在此基础上,利用目前四大卫星导航系统(GPS、GLONASS、Galileo、北斗)最新的实际观测数据,全面比较分析了各系统及多系统组合PPP定位性能,重点给出了北斗二号+北斗三号PPP浮点解和固定解的定位精度、收敛时间和首次固定时间。结果表明:我国北斗导航卫星系统已经可以实现与其他导航卫星系统基本相当的PPP定位性能。北斗二号+北斗三号组合PPP的收敛时间/首次固定时间20~30 min;静态解的东、北、天方向定位精度在毫米到厘米级;动态解水平方向约5 cm,高程方向约7 cm;多系统组合可显著提高PPP定位精度、收敛时间和首次固定时间:固定解定位精度比浮点解在东、北、天方向分别提升了14.8%、12.0%和12.8%;相比单GPS,多系统组合PPP浮点解的收敛时间和固定解首次固定时间分别缩短了36.5%和40.4%。

一种灵活的导航接收机前端电路设计

世界上的卫星导航信号资源正不断得到完善和丰富,另外过去针对GPSC/A码的卫星导航接收机已经越来越不能满足实际需求了,这就使得发展多频多系统的卫星导航接收机变得可能而且必要了。但是,由于目前还没有合适的针对多频多系统的卫星导航接收机专用集成电路;因此作者利用市面上已有成熟的通用集成芯片,设计了一种能够兼容多种频率和多种系统的卫星导航接收机前端电路。针对不同的卫星导航信号,该前端电路的频率和信道带宽都可以容易地更改。

精密单点定位技术发展及应用

综述了精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术的发展及其应用现状。主要从PPP模糊度解、实时PPP和多系统组合PPP等3个方面进行了总结。根据PPP技术的优点,阐述了该技术在测绘、监测、气象和水汽遥感等方面的实际应用。针对最新发展起来的多频多模块多系统联合定位,展望了PPP技术未来的发展趋势,最后指出随着PPP技术的成熟及模型的精细化和改进,PPP快速初始化的问题有望得到突破,PPP技术的应用会更广泛。

智能手机GNSS多系统多频实时动态定位方法

针对智能手机定位的研究大都集中于单频定位性能与算法,而缺乏对多系统多个频段定位实验的分析的问题,该文对智能手机GNSS多系统多个频段的观测数据进行质量分析,根据应用程序接口(API)信息,检核后的多普勒积分法与电离层残差法对异常数据进行处理,同时根据不同系统不同频段的观测数据质量,实时修改滤波观测值噪声方差以提高定位精度。开发了一款基于安卓平台的实时定位应用程序,通过实验对比分析了GPS、BDS、Galileo、GLONASS各个频段不同组合的动态定位性能。实验结果表明,GNSS多系统组合的收敛速度与定位精度最佳,固定解平面与高程方向精度最高可达0.04、0.07 m,浮点解精度收敛之后平面方向精度为0.15 m、高程方向精度为0.16 m。多系统第一频率(L1/B1/E1/G1)组合后定位结果较单系统平面方向精度提升71.3%,高程方向精度提升55.5%,在多系统第一频率基础上增加第二频率(L5/E5a)后,平面方向精度提升13%,高程方向精度提升32%。

基于伪距/相位OSB的多频多模PPP-AR及其性能评估

在进行多频多模全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)精密单点定位(precise point positioning,PPP)时,以相对形式表达的伪距差分码偏差(differential code bias,DCB)和相位小数周偏差(fractional cycle bias,FCB)种类繁多且修正方法较为复杂。基于此,首先给出了相对形式的伪距/相位偏差与原始观测值上的绝对偏差(observable-specific signal bias,OSB)的转换方法,以及利用该偏差进行非差模糊度固定的具体流程;然后通过实测数据分析不同偏差形式下的PPP模糊度解算(PPP-ambiguity resolution,PPP-AR)定位性能。结果表明,无论是多系统PPP还是多频PPP,其基于OSB的PPP-AR定位精度、收敛时间及固定率均与相对形式DCB/FCB的PPP-AR定位结果相当。其中,三频PPP-AR的动态和静态收敛时间均优于双频,多系统PPP-AR定位的初始化时间和定位精度也均优于单系统。伪距/相位OSB可直接用于修正对应的观测值,减少偏差处理中的组合与转换,并简化GNSS PPP数据处理流程,提高了频率选择的灵活性,使用户端算法更简单方便。

基于PPP的iGMAS综合产品应用测试

基于iGMAS产品综合与服务中心(ISC)发布的ISC产品及德国波茨坦地学研究中心(GFZ)发布的GBM产品和GBM钟差重采样后的GBM-300s产品对MGEX测站进行多系统的精密单点定位(PPP)测试,对2018-01-01~01-15全球15个MGEX测站的定位精度、收敛速度、ZTD求解精度和测站钟差求解精度进行分析。结果表明,在北斗PPP方面,使用ISC产品的3D定位精度和收敛速度优于GBM产品0.89mm和24min,ZTD解算精度和测站钟差求解精度优于GBM产品0.3mm和0.02ns;在GPS、GLONASS、Galileo单系统PPP和四系统组合PPP方面,使用ISC产品的ZTD求解精度和测站钟差求解精度同GBM产品互差小于1.5mm和0.05ns,两者性能一致,没有明显差别,但使用ISC产品的PPP定位精度在高程方向低于GBM产品2~3mm,收敛速度慢于GBM产品5~20min。通过分析iGMAS产品的精度和服务的可靠性,为现阶段iGMAS产品性能的进一步提升给出建议。