基于北斗3号PPP-B2b信号的实时精密单点定位方法研究

针对IGS精密产品存在相应时延且在列车长时间高速运行下不便联网下载的问题,研究基于BDS-3提供的PPP-B2b服务的实时PPP方法。基于广播星历和PPP-B2b校正模型获取PPP-B2b实时精密产品,基于PPP模型及模糊度在线解算方法得到实时动/静态PPP结果,并利用实测数据对PPP-B2b轨道及钟差修正量级、实时PPP性能进行分析。20 min实验结果表明:实时动态PPP的北向定位精度为0.4172 m,东向定位精度为0.3041 m;实时静态PPP的北向定位精度为0.1005 m,东向定位精度为0.1741 m。基于PPP-B2b服务的实时PPP具有时效性优势,静态性能优于传统基于IGS精密产品的PPP,动态性能与之相当。

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.

基于PRIDE PPP-AR的精密单点定位精度分析

为充分验证PRIDE PPP-AR软件在精密单点定位解算方面的稳定性与精度,本文利用收集的134座HLJCORS基准站GNSS观测数据,同时采用PRIDE PPP-AR软件与高精度GNSS数据处理软件Bernese进行精密单点定位解算,通过解算坐标的分析可知,PRIDE PPP-AR软件在水平分量上与Bernese相差平均约4 mm,在垂直分量上基本一致。基于本文研究,在工程应用中可以优先考虑采用PRIDE PPP-AR软件,实现高效、快速、高精度定位的需求。

非组合精密单点定位模型参数估计

为了进一步发挥非组合精密单点定位具有的数据利用率高、未放大观测噪声和可估计电离层延迟等优势,提出一种可估计电离层延迟和接收机差分码偏差(DCB)的改进非组合精密单点定位模型:与传统非组合精密单点定位模型估计的接收机钟差参数和DCB进行组合计算,估计出接收机钟差与参与计算的第一频点和第二频点的硬件延迟;利用北京某监测站采集的北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)观测数据,对B1I+B3I、B1C+B2a等2种频点组合分别进行2种非组合精密单点定位计算,估计电离层延迟、接收机钟差、第一频点和第二频点的硬件延迟。结果表明:传统非组合精密单点定位模型定位精度和收敛时间略优于改进的非组合精密单点定位模型;改进非组合精密单点定位模型估计的电离层延迟的平均修正百分比为85.54%,比传统非组合精密单点定位模型估计的电离层延迟高6.43%;B1I+B3I和与B1C+B2a频点组合估计的接收机钟差的RMS分别为0.19和0.21 ns,均值相差0.09 ns,钟差估计精度相当;接收机B1I、B3I、B1C和B2a硬件延迟与标定值都在0.14 ns以内。

LEO多星座增强BDS精密单点定位性能评估

针对不同构型的低轨星座(LEO)增强北斗卫星导航系统BDS的精密单点定位PPP性能开展研究。通过IGS高、中、低纬度6测站实测数据、精密轨道及钟差产品,生成BDS、“鸿雁”HY、“微厘空间”CS精密星历、卫星钟差、观测量等实验仿真数据,构建了LEO增强BDS PPP数学模型,实现了BDS、BDS+HY、BDS+CS、BDS+HY+CS不同组合PPP。实验结果表明,在10、60 min静态PPP定位精度以及平均可视卫星数、PDOP值等方面均有不同程度的提升,HY对高纬度KIRU站改善效果显著,收敛时间减至2 min以内,CS对低纬度FAA1站测站收敛时间的提升最大,从46 min 50 s缩短至2 min,HY+CS增强BDS的效果最好,10 min定位精度均能达到毫米级,除FAA1站外其他测站均收敛在1 min以内。

基于北斗3号PPP-B2b信号的精密单点定位精度分析

选取IGMAS中国区域的5个测站2020年年积日(doy)112~116期间的观测数据,分析北斗3号PPP-B2b信号静态、动态精密单点定位(PPP)精度。结果表明,B2b轨道产品R、A、S方向精度分别优于0.07 m、0.33 m、0.24 m,钟差STD优于0.08 ns;在中国区域内,利用北斗3号PPP-B2b信号,静态PPP定位N、E、U方向精度RMS分别达到0.8 cm、1.5 cm、1.6 cm,动态PPP定位精度RMS分别达到3.6 cm、6.0 cm、12.2 cm,可满足导航与位置服务、大地测量等应用服务需求。

北斗三号PPP-B2b服务的海洋实时精密单点定位性能评估

针对海洋油气勘探、海洋应急救援等应用依赖海洋实时高精度定位,而目前主要采用的商用精密单点定位(PPP)技术的设备与服务成本较高的问题,提出利用我国北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3,文中简称北斗三号)提供的免费实时精密单点定位(PPP-B2b)服务在海洋环境中开展实时精密单点定位的方法:分析北斗三号PPP-B2b导航电文信息格式,并给出北斗三号PPP-B2b精密轨道、钟差计算及伪距偏差改正方法;然后建立基于北斗三号PPP-B2b服务的海洋实时精密单点定位模型;最后采用海洋实测数据评估基于北斗三号PPP-B2b服务的实时精密单点定位精度,并与NavCom公司的Starfire星站差分PPP定位精度进行对比。结果表明,北斗三号PPP-B2b水平定位精度为7.62 cm,垂直定位精度为13.10 cm,定位精度略低于Starfire星站差分PPP。

北斗三号PPP-B2b信号精度及精密单点定位性能评估

PPP-B2b是北斗三号系统首次对外发布的高精度信号,可为中国和周边地区用户提供实时的精密单点定位(PPP)服务.本文围绕PPP-B2b改正信息精度、服务范围、PPP定位性能等问题进行了研究.结果表明:在改正信息精度方面,PPP-B2b将广播星历的轨道精度在径向、法向和切向上平均提升了4.3%、6.2%和16.1%;钟差误差从1.18 ns降至0.22 ns,精度提升了1个数量级.在服务覆盖范围方面,PPP-B2b服务在中国的可用性优于80%,在亚洲地区基本达到70%以上.在定位性能方面,使用PPP-B2b信号进行PPP解算,静态PPP精度达到厘米级,动态PPP精度为分米级;动态PPP收敛时间平均为22.9 min.

Galileo高精度定位服务的空间信号误差及精密单点定位评估

Galileo高精度定位服务(high accuracy service,HAS)利用E6B信号向全球用户播发免费精密卫星轨道、钟差和码偏差改正信息,在卫星高精度实时应用领域有重要意义.评估其空间信号误差及精密单点定位(precise point positioning,PPP)性能是用好HAS的重要前提.基于2023年12月1日至31日的HAS轨道钟差产品进行评估测试,Galileo卫星轨道产品在径向(R)、切向(A)和法向(C)的均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为3.24 cm、7.40 cm和6.85 cm,GPS分别为4.52 cm、8.19 cm和6.71 cm;Galileo钟差产品的标准差(standard deviation,STD)为0.16 ns,GPS为0.26 ns.基于欧洲10个测站PPP的实验结果表明:Galileo在E、N、U方向的定位精度分别为6.44 cm、4.65 cm和11.36 cm,GPS分别为7.42 cm、5.78 cm和12.04 cm,联合定位分别为4.11 cm、3.10 cm和7.56 cm,HAS可以满足高精度定位需求.

GPS精密单点定位技术(PPP)在像片控制测量中的应用

GPS投入使用以来,其相对定位技术得以快速发展,GPS精密单点定位技术(PPP)的出现,极大地提高了工作效率。该技术可以达到分米甚至厘米级精度,可满足1∶5 000,1∶10 000及以上比例尺航测成图像片控制点精度要求。本文以宝清县测区1∶10 000比例尺为例,介绍GPS精密单点定位技术(PPP)在像片控制测量中的应用。

不同分析中心产品精密单点定位性能评估

为了进一步帮助用户及时了解各分析中心发布的精密轨道和钟差产品质量,改善精密单点定位(PPP)结果的精度和收敛时间,评估分析国际全球卫星导航系统(GNSS)监测评估系统(IGMAS)和国际GNSS服务组织(IGS)不同分析中心的精密产品:针对北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)提供的新频点B1C和B2a,建立BDS卫星端差分码偏差(DCB)改正模型;然后采用北斗卫星导航系统(BDS)B1I/B3I和B1C/B2a组合以及GPS L1/L2组合,针对不同分析中心精密产品选取15个多模GNSS实验跟踪网(MGEX)测站5 d采集数据进行静态和仿动态PPP性能分析。实验结果表明,新频点B1C/B2a组合相较于传统B1I/B3I组合具有更高的定位精度,在静态PPP中,E和N方向上的定位精度可分别提高4.4%和4.3%;此外,不同分析中心精密产品下的BDS/GNSS PPP定位性能存在差异,具体而言,COD、GFZ和WUM产品下的定位性能较好,IAC产品下的定位精度存在波动情况而不太稳定,IGMAS产品定位精度略差于其他分析中心,可能与其轨道产品采样间隔较大有关,SHAO产品在动态PPP中的定位误差较大。

GPS/BDS/Galileo/GLONASS实时精密单点定位性能评估

随着卫星导航系统的迅速发展及人们对实时高精度定位性能日益增大的需求,越来越多的分析中心开始提供支持多系统的状态空间表述(SSR)产品。因此评估不同分析中心产品在不同系统组合下的定位性能十分必要。本文选取全球范围内的20个测站,对中国科学院(CAS)、武汉大学(WHU)和法国空间研究中心(CNES)3个分析中心提供的实时产品进行全球定位系统(GPS)/北斗卫星导航系统(BDS)/伽利略卫星导航系统(Galileo)/格洛纳斯全球卫星导航系统(GLONASS)实时精密单点定位(PPP)处理,并从实时产品可用性、收敛时间及定位性能进行分析。实验结果表明:WHU中心提供的GPS卫星可用性最好,GLONASS系统较差,且缺失了2颗卫星,CAS播发的BDS实时产品最好,提供了全部的BDS卫星改正数;静态模式下双系统组合中GPS+BDS组合的收敛时间最短,动态模式下双系统组合中GPS+Galileo的收敛时间最短,且在动态模式下,所有分析中心的GPS+Galileo+BDS+GLONASS组合收敛时间都明显优于GPS+Galileo+BDS组合;单系统中GPS的定位精度最优,静态模式下高程方向上优于2.5 cm,水平方向上优于1.7 cm;动态模式下高程方向上优于6.5 cm,水平方向上优于3.1 cm;但加入GLONASS的四系统组合并不能明显地提高定位精度。

卫星差分码偏差对北斗三号双频精密单点定位的影响

为探讨北斗三号系统不同频点组合卫星差分码偏差(differential code bias,DCB)对精密单点定位(precise point positioning,PPP)的影响,推导北斗三号系统不同频点无电离层组合卫星端DCB改正模型,并基于MGEX跟踪站连续7天4站的观测数据按7种不同双频组合进行DCB改正实验。结果表明,DCB改正对PPP精度在最初的历元有明显提升,有助于滤波的收敛及提高单天解的均方根,但对于最终定位精度无明显提升。B2a/B3I及B2b/B3I组合定位精度及收敛速度明显低于其他组合,DCB改正后有所提升。其他5种组合改正后定位精度及收敛时间相当:静态PPP单天解均方根在E、N和U方向约为5.50 cm、2.50 cm和6.25 cm,较未改正前提升20%~65%;平均收敛时间为38 min,提升约6%;动态PPP平均收敛听语音聊科研与作者互动时间为59 min,提升约20%;最终定位精度水平方向优于5 cm,高程方向优于7 cm。

GPS精密单点定位(PPP)原理、测试及应用

通过介绍了精密单点定位技术(PPP)发展背景、精密单点定位技术概念及原理,并利用GPS观测站数据进行国内外软件测试计算、对比得出结论,最后通过实际工程验证。

北斗新频点B1C/B2a精密单点定位综合性能

为对比北斗三号卫星导航系统新老信号的定位性能,利用连续两周17个MGEX测站观测数据对BDS-3新频点B1C/B2a消电离层组合精密单点定位(PPP)服务进行全面评估。结果表明,单系统BDS-3 B1C/B2a静态PPP在E、N、U三方向的精度分别为1.3 cm、0.8 cm、1.9 cm,仿动态E、N、U三方向的精度分别为2.6 cm、1.8 cm、4.2 cm;与BDS-3 B1I/B3I组合相比,静态E、N两方向精度相当,U方向提升13.6%,仿动态三方向精度相当,差值在1 mm以内。BDS-3 B1C/B2a静态PPP三维精度40 min可达cm级,仿动态PPP三维精度5 min达到dm级。双系统BDS-3 B1C/B2a+GPS L1/L2静态PPP三维精度20 min达到cm级,仿动态PPP三维精度30 min达到cm级;与双系统BDS-3 B1I/B3I+GPS L1/L2对比,两者定位精度和收敛速度基本一致。综上所述,可以证明B1C/B2a信号的定位性能优于B1I/B3I信号。

基于最佳线性无偏预测的精密单点定位方法

卫星导航定位中,卡尔曼滤波是快速处理海量观测数据,精确解算位置坐标的常用方法。为解决实际定位解算时需要计算部分参数的近似值作为先验信息的问题,引入最佳线性无偏预测理论对无先验信息的参数初值进行估计并使用其残差方差代替未知的先验方差参与计算。在静态和动态情形下进行了非差非组合精密单点定位实验并与传统滤波方法进行对比。算例结果表明,基于最佳线性无偏预测的精密单点定位算法可以对无先验信息的参数估计初值和方差信息,且定位精度与卡尔曼滤波一致。

BDS/GPS对流层延迟估计及对精密单点定位的影响

针对对流层湿延迟参数估计及水平梯度处理策略对精密单点定位影响的问题,以9个多系统实验网实测数据为基础,设计了6种对流层延迟处理方案并进行实验.实验结果表明,观测时长在8 h时段内,BDS/GPS定位模式下,对流层延迟的水平梯度处理不宜采用随机游走模型;采用随机游走估算对流层湿延迟参数,且不估算或使用分段常数处理水平梯度的策略相对占优.动静态精密单点定位结果显示,BDS/GPS采用分段常数或随机游走进行对流层湿延迟参数估算和分段常数处理水平梯度的策略相对占优,采用随机游走处理水平梯度的策略稍弱.总体而言,BDS较GPS估算的对流层延迟及定位精度稍弱;海洋周边6种方案解算结果差异较内陆站大.静态精密单点定位模式下,随着观测时长的增加,6种方案定位误差趋势趋于一致,误差大小基本在2 cm内,观测时长大于12 h时,随机游走估算对流层湿延迟参数和不考虑水平梯度的处理策略整体较优.

多模GNSSIFCB产品特点分析及精密单点定位性能评估

随着多模全球卫星导航系统(GNSS)高精度应用需求的日益增长,频间钟偏差(IFCB)问题近年来得到广泛研究。基于2023年年积日(DOY)(130~136)澳大利亚地区18个多模实验跟踪网(MGEX)观测数据的无几何无电离层(GFIF)组合,分别估计了北斗卫星导航系统(BDS)、伽利略卫星导航系统(Galileo)和全球定位系统(GPS)卫星的IFCB产品。对比分析了BDS-2,BDS-3,Galileo和GPS卫星的IFCB的特点。评估了相位相关的IFCB(PIFCB)误差对GPSBLOCKIIF卫星超宽巷(EWL)未校准相位硬件延迟(UPD)和非组合(UC)三频精密单点定位(PPP)性能的影响。实验结果表明,PIFCB误差对Galileo卫星的影响最小,对GPSBLOCKIIF卫星的影响最大;对BDS-3卫星的影响低于BDS-2卫星;不同信号频率对IFCB产品的估计结果会产生一定的影响。实验结果进一步表明,IFCB产品可以显著提高GPSBLOCKIIF卫星EWLUPD的稳定性和UC三频PPP的定位性能。EWLUPD的平均标准差(STD)从0.064周减小到0.021周,提高了67.2%。UC三频PPP在东(E)、北(N)、天顶(U)三方向分别从4.63cm,3.04cm和8.76cm减小到3.08cm,2.00cm和5.85cm,平均定位精度分别提高了31.5%,34.2%和33.2%。收敛时间小于20min的比例从66.3%提高到71.8%,提高了5.5%。平均收敛时间从21.13min缩短到17.24min,减少了18.4%。

GPS/BDS组合导航系统的精密单点定位模型

为了改善单卫星导航系统由于卫星数量较少,导致定位误差高的问题,设计全球定位系统(GPS)/北斗卫星导航系统(BDS)组合导航系统的精密单点定位模型:线性组合处理GPS与BDS的伪距和载波相位观测值,并构建GPS/BDS组合导航系统的组合观测值;接下来利用协方差成形自适应卡尔曼滤波方法,对组合导航系统导航过程中的卫星钟差、电离层延迟等误差实施滤波;再利用滤波处理后组合导航系统的广播星历,获取卫星轨道以及钟差;然后利用经验模型修正对流层延迟,获取相位观测值与伪距的综合改正数;最后利用综合改正数修正组合导航系统的观测方程,构建精密单点定位模型。实验结果表明,GPS/BDS组合导航系统采用所构建模型进行精密单点定位,不同方向定位误差均低于10 cm,证明了提出模型的有效性。

不同纬度GPS/BDS-3精密单点定位性能分析

为分析不同纬度区域GPS/BDS-3组合精密单点定位精度及其收敛时间,实验选取了MGEX(Multi-GNSS experiment)7个测站连续14 d的观测数据,对GPS/BDS-3组合进行精密单点定位(PPP)技术定位性能分析,并与GPS、BDS-3单系统进行对比。结果表明,无论是静态定位还是动态定位模式下,由于低纬度地区电离层较为活跃,导致数据质量较差,测站的收敛时间比高纬度测站长。此外,在静态定位模式下,GPS/BDS-3组合在水平方向定位精度优于0.8 cm,高程方向优于1.4 cm;GPS/BDS-3组合对于BDS-3单系统而言在水平方向定位精度提高了26.3%,高程方向提高了42.9%。在动态定位模式下,GPS/BDS-3组合在水平方向定位精度优于1.8 cm,高程方向优于3.8 cm;GPS/BDS-3组合对于BDS-3单系统而言在水平方向定位精度提高了35.59%,高程方向提高了56.10%。