ISB参数估计在BDS-2/BDS-3单点定位应用中的分析

BDS-2和BDS-3之间存在的系统间偏差是影响其组合定位性能的重要因素,基于多个MGEX跟踪站数据,分析了随机游走ISB模型在BDS-2/BDS-3伪距单点定位与精密单点定位中的应用。实验结果表明:是否估计ISB对BDS-2/BDS-3 B1I和B3I单频伪距单点定位精度影响较小,最大影响量不到5%;是否估计ISB对BDS-2/BDS-3 B1I/B3I双频静态与动态精密单点定位精度影响较大;估计ISB相比未估计ISB在E、N、U 3个方向精度的提升量均在14%以上,其中E方向定位精度提升效果最为明显,静态精密单点定位最大提升量达到了44.9%。

基于BDS-2/BDS-3的精密单点定位方法与结果分析

目前,北斗三号全球卫星导航系统全面开通,支持BDS-3导航芯片、模块等的关键技术已经全面突破。作为一种高精度定位技术,精密单点定位(PPP)已经被广泛应用,与此相关的是,基于BDS-3的PPP定位研究已经成为当前研究的热点。本文选用MGEX跟踪站的实测数据,对比分析了BDS-2、BDS-3、BDS-2/BDS-3和GPS等4种不同PPP定位解算模式下的静态和动态PPP定位精度,结果表明,BDS-3卫星的加入明显提高了PPP定位精度,静态和动态PPP 3个方向的定位精度均有较大提升。

基于BDS-2/BDS-3联合处理的北斗超快速钟差预报优化策略

针对北斗卫星导航系统(BDS)钟差预报产品无法满足高精度快速服务需求的现状,提出了一种基于BDS-2/BDS-3联合估计的超快速卫星钟差预报优化策略。区别于传统两步法预报模型,利用稀疏建模方法一步求解所有模型项,并通过BDS-2/BDS-3星间相关性实现了模型系数解的增强;为进一步降低模型残差的影响,基于残差序列时空相关性,利用半变异函数重构了模型估计的权阵。为验证提出的钟差预报模型,设计了12套对比方案,实验结果表明:基于稀疏建模的钟差模型参数一步估计可略微提高钟差预报精度;通过引入星间相关性对随机模型进行精化,钟差序列一步建模可分别将BDS-2与BDS-3卫星钟差18h预报精度提升28.6%与27.2%;基于半变异函数建模的模型残差相关性提取,可实现BDS-2与BDS-3预报钟差精度8.0%与11.1%的提升。因此,提出的优化策略对当前北斗超快速卫星钟差预报产品精化具有重要意义。

BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo双频精密单点定位精度分析与评价

由于北斗卫星导航系统(BDS)已完成正式组网,有必要对BDS的定位性能进行精度评估与分析.本文主要通过在MGEX(Multi-GNSS Experiment)选取8个测站5天的观测数据,以北斗二号/北斗三号(BDS-2/BDS-3)为主分析BDS-2/BDS-3、BDS-2/BDS-3/Galileo、BDS-2/BDS-3/GPS、BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo四种不同组合卫星系统静态精密单点定位(PPP)性能,试验结果表明:BDS-2/BDS-3静态PPP在东(E)、北(N)、天顶(U)方向上的定位精度和收敛速度分别优于2.49 cm、2.27 cm、4.04 cm和34.6 min、19.3 min、28.1 min;BDS-2/BDS-3/Galileo静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.81 cm、1.65 cm、2.94 cm和20.4 min、13.0 min、18.6 min;BDS-2/BDS-3/GPS静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.67 cm、1.62 cm、2.82 cm和18.3 min、10.2 min、16.1 min;BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.46 cm、1.40 cm、2.45 cm和14.5 min、9.3 min、14.5 min.

BDS-3、BDS-2/BDS-3融合双频信号精密单点定位精度分析

为了对BDS的定位性能进行评估,本文基于MGEX测站2021年057-063d的BDS实测数据,对比分析了BDS-3、BDS-2/BDS-3卫星系统及考虑BDS-2/BDS-3卫星组合系统之间的ISB双频PPP静态和动态定位性能。实验结果表明,BDS-3的定位性能与BDS-2/BDS-3在同一水平上,BDS-3静态PPP在E/N/U三方向上的收敛时间和收敛后的定位精度分别优于57.0min/25.8min/46.3min和1.86cm/1.23cm/3.21cm,动态PPP在E/N/U三方向上的收敛时间和收敛后的定位精度分别优于106.8min/51.2min/91.8min和3.03cm/2.56cm/4.64cm,BDS-2/BDS-3考虑ISB后,静态PPP在E/N/U三方向上收敛时间和定位精度分别优于39.6min/15.3min/41.6min和1.64cm/1.08cm/2.94cm比BDS-2/BDS-3分别提高了12.2%/12.1%/8.6%和8.3%/4.4%/2.6%,动态PPP分别优于68.1min/24.6min/55.3min和2.78cm/2.14cm/4.42cm,在E和N方向上比BDS-2/BDS-3分别提高了18.6%/17.1%和6.3%/6.5%,在U方向上定位性能相当。

BDS-2/BDS-3/QZSS组合短基线相对定位精度分析

针对日本准天顶卫星系统(QZSS)对北斗二号(BDS-2)和北斗三号(BDS-3)短基线相对定位性能的影响,本文基于国际GNSS服务(IGS)跟踪站组成的5 km和10 km两条短基线,分析了QZSS、BDS-2、BDS-3不同组合短基线相对定位精度.经研究发现,QZSS能有效改善BDS-2和BDS-3卫星可见数与卫星空间几何构型,而BDS-2/BDS-3组合下的卫星可见数与卫星空间几何构型优于任一单系统.在定位精度方面,QZSS与数据缺失情况下BDS-3组合定位精度与BDS-2相当,同时QZSS能有效提升BDS-2和BDS-2/BDS-3相对定位精度,而BDS-3对BDS-2定位精度的提升要优于QZSS.

BDS-2/BDS-3联合精密单点定位性能分析

为了综合评估北斗导航卫星系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)北斗二号(BDS-2)与北斗三号(BDS-3)的数据质量以及BDS-2/BDS-3联合(BDS-2/3)定位性能,文章根据多卫星系统试验网(Multi-GNSS Experiment,MGEX)跟踪站的观测数据,从信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、多路径(multi-path,MP)效应、卫星可见性和位置精度因子(position dilution of precision,PDOP)方面,对BDS-2和BDS-3卫星数据质量进行分析,并将BDS-3与美国的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)在兼容互操作频点上进行对比,进一步分析比较BDS-2和BDS-2/3的静态精密单点定位(precise point positioning,PPP)精度和收敛速度。结果表明:在SNR、MP效应方面,BDS-3的观测数据质量表现较好,在兼容互操作频点上BDS-3的SNR和MP效应表现也较优于GPS,BDS-3的卫星可见性和PDOP值表现较BDS-2差;静态PPP精度方面,BDS-2在E、N、U方向定位误差平均均方根(root mean square,RMS)值分别为3.9、3.6、7.0 cm,其平均收敛时间在E、N、U方向分别为73.1、69.0、73.3 min,BDS-2/3在E、N、U方向定位误差平均RMS值分别为2.3、1.3、4.8 cm,其平均收敛时间在E、N、U方向分别为28.2、25.5、38.0 min;相比于BDS-2,BDS-2/3在收敛速度与定位精度上都有明显改善。

BDS-2/BDS-3/GPS精密单点定位精度分析

为进一步对比分析BDS-2、BDS-3、GPS不同组合间的精密单点定位精度,选取了5个IGS连续跟踪站连续7 d的实测数据,分析了BDS-2、BDS-3、GPS等7种不同情况下静态与动态精密单点定位精度。经研究发现,当前BDS-2精密单点定位精度低于BDS-3低于GPS,而BDS-2/BDS-3组合定位精度与GPS相当,三者任意组合定位精度较任一单系统都有较明显提升。其中BDS-2/BDS-3/GPS组合定位精度最高,较BDS-2单系统定位精度提升在60%以上,较BDS-3单系统定位精度提升在50%以上,较GPS单系统定位精度提升在40%以上。

BDS-2/BDS-3的MEO卫星B3I频率数据质量对比分析

针对目前BDS-2/BDS-3数据质量情况,本文基于IGS连续跟踪站实测数据,从数据完整率、信噪比以及多路径三个方面对比分析了BDS-2/BDS-3的MEO卫星的B3I频率的数据质量。经分析发现,BDS-3新卫星的发射增加了北斗系统的服务范围,BDS-3卫星的数据完整率与信噪比要高于BDS-2,BDS-3卫星的多路径效应小于BDS-2,没有在BDS-3卫星中观测到存在于BDS-2卫星中的系统偏差。

BDS-2/BDS-3伪距单点定位精度分析

针对目前BDS-3的定位性能,本文分析了BDS-2、BDS-3以及BDS-2/BDS-3组合下的数据质量以及伪距单点定位精度。研究发现,BDS-3卫星数据质量较优,相比于BDS-2卫星数据质量有了提升,BDS-3卫星的加入有效地提升了BDS卫星可见数,改善了卫星空间分布结构;BDS-2、BDS-3单频伪距与双频伪距单点定位精度相当,二者结合的伪距单点定位精度相比于单一系统有了较大提升。

BDS-2/BDS-3在极端高度角条件下的定位性能分析

针对极端高度角条件下的BDS定位性能,本文基于POTS站实测数据,分析了BDS-2、BDS-3、BDS-2/BDS-3的卫星可见数、PDOP值、历元可用率以及伪距单点定位精度。经研究发现,BDS-2/BDS-3有效改善了BDS-2、BDS-3在极端高度角条件下的卫星可见数与卫星空间几何分布结构,使利用可用率有明显的增加,即使高度角为40°,BDS-2/BDS-3的历元可用率仍能达到100%,而B1I和B3I在高度角极端条件下,伪距单点定位精度仍能满足一般单点定位精度要求,为观测环境较差下的定位提供一定的参考意义。

BDS-2/BDS-3短基线相对定位精度分析

针对BDS-3新卫星对BDS-2短基线相对定位性能的提升,文章基于根据RTKLIB改编的软件,分析了BDS-2、BDS-2/BDS-3三个频率的短基线相对定位性能。研究表明,BDS-3卫星的加入有效的改善卫星可见数与卫星空间几何分布结构。对于相对定位性能,BDS-3卫星明显的提升了BDS-2 B1I、B2b、B3I三个方向的定位精度和模糊度固定率,其中B3I三个方向的定位精度提升最明显。对于BDS-2/BDS-3定位精度,B1I和B3I的E和N方向定位精度优于1 cm,U方向定位精度优于2 cm;B2b的E方向和N方向的定位精度优于1.5 cm,U方向定位精度优于4 cm,同时发现,B3I频率定位精度优于GPS L1和L2对应方向的定位精度,B1I频率定位精度优于GPS L2但低于L1对应方向的定位精度,B2b频率低于GPS L1和L2对应方向的定位精度。

亚太地区BDS-2/BDS-3双频SPP精度评估

针对建设完成后BDS-3在亚太地区双频组合定位性能评估问题,本文基于亚太地区IGS连续跟踪站实测数据,对比分析了BDS-2、BDS-3、BDS-2/BDS-3双频SPP定位精度。研究发现,BDS-3卫星可用性情况和双频组合SPP定位精度优于BDS-2,BDS-2/BDS-3组合卫星可用性情况与双频组合SPP定位精度较任一单系统都有明显提升,X和Y方向定位精度优于0.8 m,Z方向定位精度优于2.2 m。

BDS-3 B2b-PPP URA评估精化与播发方法

用户距离精度指数(URAI)作为导航系统定位服务完好性标识,在提供卫星可用性信息的同时,也反映了卫星的轨道钟差精度。本文提出将B2b电文中随轨道改正数播发的URAI信息恢复为用户距离精度(URA),并用于B2bPPP的随机模型构建。对其进行定位性能评估,发现B2b自身播发的URA精度较差。针对该问题,利用分布在中国及周边区域的多个全球卫星导航系统(GNSS)监测站对B2b的URA参数进行重估计。实验结果表明:精化后的URA能显著提升B2b-PPP的服务性能。相比于仅考虑观测噪声和高度角的随机模型,使用精化后的URA作为随机模型,动态和静态定位模式下的收敛时间提升分别达到18.9%、14.5%;收敛后定位精度提升分别达到11.2%、8.9%。在此基础上,进一步结合北斗卫星导航系统(BDS)短报文,提出一种精化后URA的播发方法,结合现有短报文通信效率进一步分析了精化URA的用户使用性能。

BDS-3 PPP-B2b实时精密时间同步方法探讨

针对传统实时精密单点定位(PPP)时间同步方法需要连接互联网,以及对北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)精密单点定位服务信号(PPP-B2b)用于长基线实时时间同步的研究较少的问题,提出一种将PPP-B2b信号用于PPP时间同步的实时时间同步方法:将高精度铷原子钟作为全球卫星导航系统(GNSS)接收机外频标输入,通过GNSS接收机实时接收PPP-B2b改正数,解算接收机钟差并实时调整铷原子钟,输出与时间基准同步的秒脉冲(1PPS)信号,较之传统GNSS接收机输出1PPS有更佳的频率稳定性;设计PPP-B2b时间同步硬件测试平台对提出的PPP-B2b时间同步方法进行测试。结果表明,通过PPP-B2b时间同步方法进行时间传递的精度优于0.2 ns;短基线实测实时时间同步精度优于0.95 ns;卫星模拟器仿短基线精度优于0.87 ns,仿长基线精度优于0.9 ns。

BDS-3全球短报文2种低轨卫星几何法定轨

针对低轨卫星实时在线精密定轨难以获取实时改正数问题,提出基于北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)全球短报文播发距离改正数和状态空间表达(SSR)改正数的低轨卫星精密定轨方法。基于提出的距离改正数和SSR改正数编码播发方案,利用Swarm A卫星7 d星载全球卫星导航系统(GNSS)数据进行验证,从定轨精度以及处理效率2方面进行分析,结果表明:基于BDS-3全球短报文播发的改正数可以实现低轨卫星几何法定轨精度约为0.1 m,且基于SSR改正数的低轨卫星定轨精度优于距离改正数。非差非组合模型的定轨精度略优于无电离层(IF)组合定轨精度;当BDS-3全球短报文通信成功率为90%时,定轨精度下降约15%。在处理效率上,IF组合较非差非组合提升明显,2种方法在主频为1.6 GHz的个人笔记本上单历元处理时间均小于0.003 s。

顾及BDS-3星钟约束的GNSS超快速轨道钟差解算方法

BDS-3高稳定星载原子钟作为北斗星座的显著技术优势,在GNSS数据处理中尚未得到充分利用。针对严格时效性限制下GNSS超快速轨道钟差参数精度受限问题,本文提出顾及BDS-3星钟约束的GNSS超快速轨道钟差解算方法。首先,以GNSS轨道钟差参数间相关性为基础,构建顾及BDS-3星钟参数特性的GNSS定轨模型;然后,基于GNSS精密钟差产品,分析星钟约束对GNSS轨道钟差参数精度的影响规律;最后,为克服预报钟差精度与约束筛选对定轨影响,建立BDS-3星钟建模与GNSS超快速轨道钟差估计的同步处理方法。试验结果表明,在BDS-3星钟参数最优约束下,BDS-3与GPS轨道钟差精度可分别提升27.5%、5.1%和20.2%、5.2%;且较传统BDS-3星钟单历元处理策略,基于BDS-3星钟建模与GNSS超快速定轨同步处理方法,GNSS超快速轨道钟差精度可分别提升至4.8%与34.2%,轨道精度实现了毫米级改善。因此,顾及BDS-3星钟约束的GNSS超快速轨道钟差解算方法可有效对BDS-3高稳星钟信息模型化,并实现GNSS超快速轨道钟差精度的优化处理。

BDS-3新频点信号双频精密单点定位精度分析

北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite System,BDS)已于2020年7月正式建成并开通,北斗三号(BDS-3)在旧信号B1I和B3I的基础上,增加了B1C、B2a新信号.为了全面评估BDS-3的新信号B1C、B2a的定位性能,试验了GPS (Global Positioning System)、BDS-3、BDS-2/BDS-3新旧信号的定位性能和BDS系统不同频点与GPS组合定位性能,对BDS (B1I+B3I、B1C/B2a)+GPS (L1+L2)组合静态PPP (Precise Point Positioning)定位性能进行分析,并与单卫星系统对比分析.试验结果表明:BDS-3 (B1C/B2a)在East (E)、North (N)、Up (U)方向的定位精度优于1.25 cm、0.89 cm、1.67 cm,BDS-3新旧频点在E、N方向上定位精度与GPS L1/L2在同一水平上,U方向上新频点定位精度高于GPS L1/L2和BDS-3旧频点,较旧频点定位精度提升了34.2%,新频点收敛时间25.9 min比旧频点提升了12.7%;相较于BDS、GPS单系统,组合系统BDS/GPS定位精度和收敛时间有了明显的提高,BDS-3 (B1C/B2a)+GPS在E、N方向上与BDS-3 (B1I/B3I)+GPS定位精度相当,在U方向上定位精度前者较后者有了明显的提升,提升了17.2%,组合系统新频点收敛时间20.1 min比旧频点提升了17.6%.

多路径误差对BDS-3变形监测精度的影响

为定量分析BDS-3观测值多路径误差对变形监测精度的影响,选取包含7个站点的某水利工程2022年共128 d的BDS-3监测数据,对监测站点周围树木裁剪树枝前后BDS-3观测值多路径误差、变形监测精度及二者的相关性进行研究。结果表明:1)多路径误差与BDS-3变形监测精度间存在强相关性,与其平面和高程精度的相关系数分别大于0.93和0.81;2)监测站点周围树枝裁剪后,使用B1I和B3I观测值的平均多路径误差从0.676 m、0.426 m降低至0.329 m、0.230 m,N、E、U方向的平均监测精度分别达0.9 mm、0.8 mm、1.7 mm和1.1 mm、1.0 mm、2.2 mm,较裁剪树枝前分别提高63%、69%、58%和52%、61%、48%;3)改变周围观测环境削弱多路径误差的影响后,使用B1I观测值的精度优于使用B3I观测值的精度,因此在BDS-3短基线变形监测的应用中推荐使用B1I观测值。

中国地震科学实验场BDS-3定位精度和地壳运动初步分析

我国BDS-3卫星导航系统于2020年7月建成,并为全球用户提供服务,自此开始,中国地震科学实验场(简称“实验场”)的GNSS测站相继接收BDS-3卫星数据,目前已经积累了2年多的观测数据,为BDS-3应用于川滇地区地壳运动监测提供了重要平台和数据保障。为评估实验场BDS-3观测数据的精度及其应用于地壳监测的可行性,本文首先根据各测站所记录的BDS-3的B1I和B3I两个频点的多路径效应和信噪比与卫星高度角之间的关系,对BDS-3的数据质量进行评价。然后,基于高精度数据处理软件GAMIT/GLOBK (10.7版)对各测站同期记录的BDS-3和GPS数据分别进行处理,得到BDS-3和GPS坐标时间序列。基于包括线性项、年周期项和半年周期项等分量的函数模型,利用极大似然法分别对BDS-3和GPS时间序列进行拟合估计,得到各测站的线性速度、年周期和半年周期信号,并对拟合结果对比分析,评定BDS-3和GPS的定位精度。最后,讨论BDS-3定位精度的影响因素和BDS-3水平速度场的区域性特征。研究表明:实验场BDS-3与GPS原始数据质量相当,BDS-3坐标时间序列的均方根残差(RMS)的平均值在N、E、U方向上分别为4.42、4.25和8.34 mm,稍大于GPS的结果。BDS-3与GPS速度场在E方向存在约2.0 mm/a系统性差异。在区域分布特征方面,BDS-3和GPS的速度场、周年期和半年信号没有明显差别。认为目前影响BDS-3定位精度的因素主要为卫星轨道产品不够完善,经验型太阳光压模型和卫星天线相位中心改正模型等欠缺。造成BDS-3和GPS速度场差异的原因主要为两者的定位基准不一致。随着实验场BDS-3观测数据的积累和数据解算模型的改进,BDS-3可望达到GPS的定位精度,并形成独立于GPS的监测系统,为该区地壳运动监测和地震预测提供优质的大地测量产品。