时间序列异常值探测的Bayes方法及其GNSS数据质量控制中的应用

GNSS卫星精密定轨定位的观测量验后残差分析是数据质量控制的重要组成部分。目前的方法都是根据经验设定异常值判断的阈值,没有利用验后残差序列的时间序列特性。引入基于识别变量的AR模型异常值探测的Bayes方法对验后残差序列中的异常值进行探测;将异常值探测问题转化为识别变量后验概率值的计算问题,并给出明确的判别阈值,通过后验概率值与事先给定的阈值进行比较判别出异常值的位置;运用Gibbs抽样设计了识别变量后验概率值的计算方法和异常值的估算方法。实测数据对该算法的验证表明该算法能够准确地探测出异常值的位置,将异常值剔除之后的观测值序列应用到精密单点定位中,结果表明该算法的使用提高了精密单点定位的定位精度。

利用HPOP轨道仿真模型实现接收机自主历书外推

提出了一种利用轨道仿真的思路实现接收机自主历书外推的方法。为了实现对GPS等导航卫星的高精度轨道仿真,需要知道卫星相关的物理参数,但实际中由于保密等条件限制很多参数无法获得。本文通过HPOP高精度轨道外推模型,利用控制变量的思路,基于已知先验信息的统计经验值,通过配置物理参数变量来外推卫星轨道,将其同IGS精密轨道比较,以分析得出最优的参数组合。分析表明:设置卫星质量为975kg,太阳能帆板反射系数为1.0,面质比为0.02005,可以实现对于GPS卫星的高精度轨道仿真;其外推多日的精度满足仿真应用需要;该方法可以用于接收机自主历书外推。

基于空间双曲交会的GNSS伪距单点定位算法

针对GNSS卫星导航中的伪距单点定位,提出一种不需要测站坐标近似值的非迭代算法。该算法将GNSS伪距导航定位方程转化为空间双曲定位方程,给出具体的解算步骤,研究了空间双曲定位方程的解(有两解),利用GNSS伪距导航定位的特点可消除多值性,从而实现无初值GNSS伪距单点定位。该算法与Bancroft算法相比,通过星间单差,与测站有关的公共误差项被消去,提高了定位精度;与传统的迭代算法相比,提高了计算效率,而且不需要测站坐标初值。最后通过IGS监测站实测数据对3种算法进行比较,验证了算法的有效性。

Linux Shell在电离层TEC格网数据提取和分析中的应用

电离层延迟误差是卫星导航和定位中不可忽略的重要误差,全球电离层总电子含量(TEC)格网数据因其将全球按规则的经纬度格网化,并给出了相应格网点的电离层TEC值,从而为用户使用提供了极大的便利.本文基于Linux Shell脚本编写简单、快速和容易维护等优点,利用Shell脚本对电离层TEC格网数据进行提取和分析处理,主要包括全球和自定义区域电离层TEC数据提取、均值计算、格网经纬度互差计算、最值提取等应用,可为基于全球电离层格网(GIM)数据对全球或区域电离层TEC周年变化、季节变化、周日变化规律以及时空变化特性等相关规律的分析研究提供一定的参考.

基于陆态网的区域电离层TEC空间变化特性分析

为研究中国陆态网区域电离层TEC在空间小尺度、高分辨率情况下的变化特性及适用精度范围,利用陆态网260个GNSS连续运行观测站数据,解算并生成2016-2017年731天陆态网区域电离层RIM格网,并进行精度验证.在同一RIM格网中,分别在经度和纬度方向上对间隔不同经纬度的TEC格网点作差分析.结果表明:陆态网区域内经度方向上TEC最大变化率和平均变化率分别为0.30 TECU·(°)^-1和0.11 TECU·(°)^-1;经度间隔1°时,TEC差值小于2 TECU,且随着经度间隔的增大,其TEC差值也随之增大,并表现出一定的半年和周年变化规律;纬度方向上TEC最大变化率和平均变化率分别为1.7TECU·(°)^-1和0.46 TECU·(°)^-1;陆态网区域内电离层TEC随纬度减小而增大,纬度间隔1°时,99.4%的TEC差值小于4 TECU,且随着纬度间隔的增大,其TEC差值也随之增大,并表现出一定的半年和周年变化规律;间隔相同情况下,纬度方向上TEC的变化比经度方向上大.

自适应前后向平滑算法在组合导航中的应用

当全球卫星导航系统(GNSS)的导航信号受到部分遮挡或干扰,导致新息向量误差增大,会造成GNSS/INS(惯性导航系统)单向滤波误差增大,滤波误差将进一步干扰平滑效果,针对这一问题,提出一种自适应前后向平滑算法,算法在单向滤波时采用自适应卡尔曼滤波,通过自适应调节新息向量的方差协方差矩阵,减小误差的不利影响。一组跑车实验数据计算表明,自适应平滑算法精度要优于常规的平滑算法,可以有效减小误差。自适应前后向平滑算法三维位置误差的均值和标准差分别为25.03和8.94cm,比未自适应处理精度分别提升21.66%和43.74%,对速度和姿态精度也有一定提升。提出的算法和实验结论可为组合导航数据后处理提供参考。

西藏CORS站GNSS观测数据质量评估

2018年,西藏地区新建了30个全球卫星导航系统(GNSS)连续运行参考站(CORS),安装了国产南方接收机和天线,实现了无人值守、高可靠性的实时数据采集与传输。为评估新建成的西藏CORS站运行情况,以及国产GNSS接收机的工作性能,采用数理统计的方法分析了新建成的西藏CORS 2019年GNSS观测数据质量,并与中国大陆构造环境监测网络工程西藏地区CORS站的数据质量进行比对。通过分析可以看出,两个CORS网观测数据质量总体上差距不大,南方SOUTH NET S9接收机的性能基本满足CORS的应用需求,但相比于天宝(Trimble)NETR8/9系列接收机,还存在一些不足,主要表现为稳定性欠佳。

北斗三号系统开通前后广播星历精度对比分析

北斗三号卫星导航系统(BDS-3)开通已一年有余,通过研究2019-08—2021-08共2 a的北斗卫星导航系统(BDS)广播星历数据,采用事后精密星历对北斗二号卫星导航系统(BDS-2)和BDS-3卫星的轨道、钟差和空间信号测距误差(SISRE)进行分析.结果表明:BDS-3系统开通后,卫星轨道精度比BDS-2提升明显,径向(R)误差均方根(RMS)值从0.87 m左右提升至优于0.23 m,精度提升约74%,3D误差RMS值从1.63 m以内提升到优于0.75 m,精度提升约54%;氢原子钟和铷原子钟精度相当,BDS-3钟差误差RMS值精度提升与BDS-2提升基本相同,精度提升约1 ns;SISRE精度比对中,BDS-2 SISRE的RMS值从0.9 m提升到0.7 m,BDS-3从0.8 m提升到0.5 m.综合比较,BDS-3系统性能提升较大.

两种精密星历对精密单点定位解的影响分析

精密单点定位是当今GNSS领域的研究热点,该技术能够在全球范围内快速获取高精度框架坐标,其定位结果高度依赖高精度的卫星轨道和钟差产品。将IGS精密星历与CODE精密星历应用于精密单点定位解算,对两种精密星历用于精密单点定位的解算结果进行分析,发现两者差异在毫米级,个别站可达厘米级,说明单点定位对星历框架很敏感,定位解算时应注意区分星历间的差别。

不同点位的坐标中误差的表示差异

在估计平面位置中误差及高程中误差时,应将直角坐标中误差表示为大地坐标中误差。根据大地坐标与空间直角坐标的转换关系,在地球椭球上的不同位置处,将相同大小的大地坐标中误差与空间直角坐标中误差分别化算为对应位置处的空间直角坐标中误差与大地坐标中误差。结果发现,中误差数值呈规律对称性,但数值大小随位置而异,并且相同直角坐标中误差不同点位的大地坐标中误差不同。因此,在工作中应根据测区位置调整测量精度的要求。

SDP4模型用于北斗导航卫星轨道预报的精度分析

为了实现对北斗导航卫星的监测与跟踪,需要对其轨道进行预报。利用双行星历(TLE)采用SDP4模型对北斗导航系统的3类卫星(GEO、IGSO、MEO)进行轨道预报,并对比了Trimble公司的接收机历书星历和HPOP高精度轨道外推模型预报出的星历,采用GFZ公布的北斗精密星历对其预报精度进行了评估。分析表明,SDP4模型计算速度快,可以实现对于北斗导航卫星的轨道预报,满足跟踪和监测的精度要求,具有实用价值;该模型对于MEO卫星轨道预报效果最好,IGSO卫星次之,GEO卫星最差;3日以内的短期轨道预报可以采用历书星历或者HPOP外推模型预报的星历,但是3日以上轨道预报利用SDP4模型更好;对不同预报时间下的预报轨道可以使用的领域提出了建议。

北斗卫星轨道预报模型对比

针对关于北斗卫星轨道预报的研究远不如全球定位系统卫星的现状,该文基于双行星历的SDP4模型、基于高精度轨道外推模型、基于Bern光压模型的自编动力学模型等3种方法,对北斗导航系统的3类卫星(地球静止轨道卫星/倾斜地球同步轨道卫星/中地球轨道卫星)进行轨道预报;并对比了Trimble公司的接收机历书星历和德国地学中心发布的北斗精密星历对模型的预报精度,研究了不同模型的预报特点;最后对不同预报期下的预报轨道可以使用的领域提出了建议。

单站区域电离层TEC建模及精度分析

为了分析单站区域电离层总电子含量(total electron content, TEC)模型的适用范围和精度,基于2~15阶次球谐函数,分别建立了欧洲区域16个单站区域电离层TEC模型,生成了区域格网TEC,并与欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)、国际全球导航卫星系统服务组织(International Global Navigation Satellite System Service, IGS)和全球GNSS监测评估系统(International GNSS Monitoring and Assessment System, iGMAS)等全球电离层产品比较分析。结果表明,基于低阶(2×2阶或3×3阶)球谐函数建立的单站区域电离层TEC模型,以单站为中心,在经纬度10°×10°范围以内(半径小于600 km),电离层TEC精度与CODE、iGMAS和IGS等全球电离层产品的TEC精度相当,约为1.0 TECU,实现了在一定区域内(半径小于600 km)利用单站建立电离层TEC模型替代全球电离层TEC模型,高效地为区域内单频用户提供高精度的电离层延迟改正。

全球电离层TEC格网时空变化特性分析

卫星导航定位中,电离层延迟是影响用户实时定位精度的重要因素之一。利用全球电离层格网(global ionosphere maps,GIM)提供电离层延迟改正是较为常用的方法,而GIM格网的精度受限于地面GNSS(global navigation satellite system)跟踪站的分布密度。利用区域内少量或1个GNSS跟踪站建立实时区域电离层总电子含量(total electron content,TEC)模型,生成高精度的实时区域电离层格网,为用户提供区域电离层延迟改正显得尤为重要。基于CODE(Center for Orbit Determination in Europe)分析中心2016-2018年995 d的GIM格网数据,分析了相邻格网点TEC的变化范围以及不同时间间隔同一格网点TEC的变化范围。结果表明,GIM在经度方向上分辨率为5°变化的均值范围为0.2~1.0 TECU,在纬度方向上分辨率为2.5°变化的均值范围为0.4~1.4 TECU,在经度和纬度分辨率均小于1°时,电离层TEC的变化小于1.0 TECU;1 h内同一格网点电离层TEC的变化均值约为1.28 TECU,30 min内同一格网点电离层TEC的变化小于1.0 TECU。该研究为小范围内(半径小于100 km)实时区域电离层TEC模型的建立及电离层格网的时间适用范围提供了有效的数据支撑和理论验证,同时对区域电离层TEC时空变化的研究、电离层TEC预报、电离层异常监测和磁暴监测等具有一定的参考意义。