BDS-3单频三种差分定位方法的性能初步评估

为进一步分析北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)B3I、B1C、B2a和B1I单频差分定位精度,利用全球14个MGEX测站构成基线长度在30km以下的7条基线2022-09-01到2022-09-30共30d观测数据,在评估可视卫星数和信噪比基础上,初步评估了BDS-3B3I、B1C、B2a和B1I单频伪距差分、载波平滑伪距差分和载波相位差分定位精度。结果表明:数据质量方面,BDS-3B3I、B1C、B2a和B1I可见卫星数和信噪比基本符合解算需求;差分性能方面,B1C和B2a相当,B3I和B1I略差;伪距差分E、N、U方向优于0.6m,点位精度优于0.8m,单频平滑效果B1C优于B3I、B1I和B2a,在E、N、U方向分别平均提升21.34%、22.2%和17.17%。设置平滑值和原始伪距阈值定位精度得到较好的提升;BDS-3载波相位差分B3I定位精度优于7 cm,B1C定位精度优于5 cm,B2a定位精度优于6 cm,B1I定位精度优于5cm。总体定位精度随着基线长度逐渐下降,单频伪距差分定位精度达到分米级,载波平滑伪距中短基线定位精度相较于伪距差分能够提升40%,长基线提升20%,载波相位差分为用户提供厘米级定位精度。

基于Hatch滤波的改进矩阵变换法在BDS多频模糊度解算中的应用

长基线条件下,空间相关性弱,电离层延迟残差和噪声影响变大,致使矩阵变换法模糊度解算过程中,窄巷组合受噪声影响大,单历元模糊度解算成功率低。因此,削弱电离层残差及噪声影响可以一定程度提高模糊度解算成功率。本文在分析矩阵变换算法基础上,利用Hatch滤波有效抑制伪距测量噪声和多径效应特点,结合弱电离层、低噪声的载波组合,通过相位平滑伪距代替组合伪距值参与解算,从而削弱电离层残差及观测噪声影响。通过实测数据分析,本文算法可有效提高矩阵变换法模糊度解算成功率。

星基增强系统码噪声和多路径误差处理方法研究

星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System,SBAS)利用伪距测量校正值实现对导航卫星的差分完好性增强,码噪声和多路径误差处理精度是影响系统服务性能和用户定位精度的重要因素.本文详细介绍了三种不同的原始伪距码噪声和多路径误差处理方法,包括单频平滑方法、码噪声和多路径改正方法(code noise and multipath correction,CNMC)以及广域增强系统(Wide Area Augmentation System,WAAS)使用的码噪声多路径方法(code noise multipath,CNMP),并通过正式运行的SBAS数据,验证了不同的码噪声和多路径误差方法对于用户定位精度的影响.结果表明:CNMP能够有效消除SBAS服务性能评估中的原始伪距码噪声和多路径误差影响,相较于CNMC方法,全球参考系统(wide-area reference station,WRS)站点95%水平定位精度提升0.2 m,95%垂直定位精度提升0.47 m.

基于北斗GEO卫星观测的桂林地区TEC空间梯度研究

小尺度的总电子含量(TEC)梯度异常会显著影响区域电离层模型以及地基增强系统(GBAS)的精度。因此,为了提高区域电离层模型的准确性和GBAS导航定位的精度,深入研究小尺度的TEC空间梯度显得尤为重要。为了研究中小尺度的空间梯度,利用2019—2022年间桂林地区全球卫星导航系统(GNSS)接收机的北斗地球静止轨道(GEO)卫星数据,对中国低纬地区(23°N 107.9°~113.1°E)电离层的TEC空间梯度进行研究分析。根据3颗北斗GEO卫星对地形成的3个相邻穿刺点(从西至东,依次编号为C02,C03,C01)的TEC观测值,构成C02-C03与C03-C01两个约为300 km尺度区域(107.9°~110.3°E,110.3°~113.1°E)的TEC梯度观测。统计结果显示,C02-C03区域的空间梯度基本为西向;而C03-C01区域的空间梯度在1~4月与9~12月为东向,5~8月为西向。这表明2个相邻区域的空间梯度在季节变化上存在差异,揭示了中小尺度空间梯度具有显著的局地效应。此外,地方时差并非空间梯度事件的主要原因。在太阳活动高年,背景TEC较高,空间梯度事件更易发生。梯度事件发生率的半年变化是TEC半年异常的体现。空间梯度事件在不同地磁条件下的发生率相似。

远海环境低成本RTK接收机多路径效应与平滑伪距单点定位性能

低成本RTK接收机抗多路径性能较弱,导致远海环境中的单点定位性能显著下降。综合分析远海环境中载波相位平滑抑径算法对低成本RTK接收机单点定位性能的影响。结果表明,远海环境中RTK接收机的多路径效应为陆地环境的2~3倍,E5频点的抗多路径性能最强;平滑抑径效果与伪距多路径效应大小有关,采用平滑抑径算法后,RTK接收机SPP定位精度在远海环境提升62%,在陆地环境提升24%;平滑抑径后GPS/Galileo/BDS-3多系统SPP定位精度优于1 m,可满足海上较精细作业的需求。

区域GNSS高精度电离层建模研究与应用

为了更精确地描述电离层变化,实现区域性实时电离层建模,基于区域连续运行参考系统(CORS),通过对比分析载波相位观测值直接计算的电离层延迟和相位平滑伪距计算的电离层延迟的精度,将精密单点定位(PPP)事后计算的电离层延迟当作真值,以穿刺点代替格网点,提出基于向量基(VIM)和GIMM的内插方式。将电离层产品和相位平滑伪距电离层产品进行约束PPP,并与传统无电离层组合进行比较分析,结果显示VIM的内插精度最高,在不同区域范围内的稳定性更强。与传统PPP进行对比,区域性实时电离层产品对收敛速度有很大提升,E方向的收敛速度提升了90%,相对相位平滑伪距电离层产品提高12%,在E定位精度上提高7%,有效改善了实时高精度电离层延迟模型,可用于提高精密单点定位PPP的收敛速度。

基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术

在航天扩频测控系统中,伪码测距技术可以有效避免相位模糊,但是码长也限制了其相位测量精度,而载波测距技术则具有更高的相位测量精度。针对扩频测控体制,提出了一种基于载波平滑伪码的高精度航天扩频体制测距技术,该技术利用锁相环获得的载波相位对伪码值进行平滑,在保留伪码测距无相位模糊特性的基础上进一步提升测量精度,从而减小测距接收机的随机误差。仿真结果和试验数据表明:该方法能有效提高星地测距精度,测量精度达到毫米量级,具有很强的实用价值。

多频GNSS跟踪站接收机观测量相关性分析

为了验证多频GNSS跟踪站接收机观测数据的质量和相关性,为GNSS跟踪站接收机后续研制做出贡献。基于多品牌多频GNSS跟踪站接收机比测试验,评估了观测数据的伪距噪声,对伪距噪声序列、伪距零基线双差序列进行自相关分析,进而对P-L序列从时域和频域角度进行滤波周期分析,验证了多频GNSS跟踪站接收机观测数据的相关性。试验结果表明:多频GNSS跟踪站接收机观测噪声满足相应标准,不同品牌跟踪站接收机的伪距观测量具有不同程度的自相关性,为削弱观测数据的伪距噪声,不同品牌跟踪站接收机对伪距数据做了不同周期的Hatch滤波处理。

单站区域实时电离层异常改正拟合模型研究

针对传统电离层模型受伪距数据质量制约,局部或某时刻误差较大以及实时性不高的问题,提出一种拟合模型。利用CODE提供数据进行季节性时间序列法(Holt-Winters’)得到预测模型,将其与所求区域内基于接收机的多频载波相位平滑伪距法得到的球谐多级模型进行比较,经异常条件判定,使两种方法的结合可以充分发挥各自优势。对比验证分析模型与传统模型精度结果,结果表明,在所求测站MIZU上空及周边区域内建立模型相比于载波相位平滑法,日测点上空电离层(VTEC)的均方差(RMSE)提高3.992,稳定度提高59.44%;较预测模型法,日VTEC的RMSE提高3.458,稳定度提高53.99%。该方法有效提高预测模型实时性,削弱计算模型的不稳定性,提高电离层模型精度,支撑北斗导航研究。

基于Hatch载波相位平滑算法的Galileo双频精密单点定位性能研究

为评估Hatch载波相位平滑算法对精密单点精度的影响,以多个MGEX跟踪站数据为解算数据,进行了滤波前后Galileo双频精密单点定位解算实验。实验结果表明,E1/E5a、E1/E5b双频组合精密单点定位精度可以达到厘米级,而E5a/E5b双频组合精密单点定位精度较差,不适合进行组合定位。Hatch载波相位平滑算法能在一定程度上提升Galileo双频精密单点定位精度,但提升程度较小,提升量都在10%以内。

提高GPS载波相位平滑伪距定位精度的算法研究

对载波相位平滑伪距的原理和数据预处理进行了探讨,给出提高其定位精度的处理方法和流程。通过两个算例得到如下结论:对C1和P2码进行相位平滑可有效提高伪距定位精度,较长时间观测定位精度可达1 m左右,利用精密星历改进后,平滑伪距的定位精度可达0.5 m左右;对P1和P2码进行相位平滑对定位精度提高不大,较长时间观测平滑前后的定位精度均可达到0.6 m,利用精密星历改进后,精度可达0.3 m;在动态测量后处理中,绝大部分历元利用精密星历结合相位平滑的定位精度可达2 m。

北斗系统载波相位平滑伪距研究

首先阐述了单频载波相位平滑伪距的基本原理,然后在北斗系统星座环境下,对载波相位平滑前后北斗的伪距差分定位误差进行了仿真对比。结果表明,采用载波相位对码伪距进行平滑,明显改善了伪距定位的精度,较好地消除了接收机测量噪声和多路径等误差影响,使得伪距定位解的精度更加稳定和精确。

GPS相位平滑伪距差分定位技术的试验研究

首先详细介绍了GPS相位平滑伪距差分定位的基本原理和数学模型,在此基础上编制了GPS相位平滑伪距差分定位软件,并结合实际算例对GPS相位平滑伪距差分定位进行了试验研究。结果表明:对于精度要求不是很高,但实时性要求较高的定位或导航来说,采用GPS相位平滑伪距差分定位是非常适宜的。

一种适用于长基线的改进CIR算法

长基线下,受伪距多径和电离层残差影响,传统的CIR法解算载波相位宽巷模糊度时某些历元无法得到正确的结果,基础载波模糊度的搜索范围也较大。分析了CIR法的模糊度误差,提出了基于载波相位平滑伪距并且消除电离层时延的改进的CIR算法,分析了其误差方差,最后利用Compass系统实测数据对短基线和长基线两种情况下CIR法和改进CIR法的解算结果进行比较。实测数据表明,本文提出的算法能够单历元解算超宽巷模糊度和宽巷模糊度,并且能够大大缩小基础载波模糊度的搜索空间。

GBAS中相位平滑伪距差分修正改进算法

针对卫星导航精度问题,提出一种载波相位平滑伪距差分修正算法的改进方案.通过无码载偏离平滑滤波技术来解决电离层对伪距和载波相位观测值带来的不一致性导致的电离层误差加剧问题.利用信号传播中误差模型预测值、载波信号和码伪距确定滤波器的衰减因子,把接收到的双频载波信号相位值和伪距值线性组合,输入滤波器滤波.同时用卫星修正信息对平滑伪距值中钟差进行修正.仿真结果表明通过该算法能够减少滤波后的信号残差,提高载波相位平滑伪距差分修正值标准差的可用性,减少电离层误差对星基导航精密进近阶段定位精度的影响.

GPS双频相位平滑伪距及其单点定位的精度研究

讨论了利用Hatch滤波对双频消电离层组合伪距观测值进行相位平滑,对原Hatch滤波公式中的定权方法进行了改进。在此基础上,采用JPL提供的间隔为30 s的sp3事后精密星历和卫星钟差,对GPS双频相位平滑伪距及其单点定位的精度进行了研究。采用自编软件,利用IGS跟踪站观测数据进行了实际计算,并得出结论。

单频伪距差分模型用于动动目标监控的研究与实现

给出了相位平滑伪距进行相对定位的数学模型 ,基于该模型编写了单频GPS接收机用于实时米级动动目标监控的相对定位的程序 。

一种基于电离层变化率的单频载波相位平滑伪距改进方法

为了避免单频用户可能出现的发散问题。在单频载波相位平滑伪距中,基于电离层延迟模型对电离层延迟变化进行补偿,进而推导该方法平滑后伪距精度的数学模型,使用IGS实测数据进行算例分析,验证本文方法的有效性。结果表明:本文改进的算法明显优于传统单频载波相位平滑伪距法。

GNSS最优载波相位平滑伪距研究

平滑常数是影响载波相位平滑伪距精度的关键参数,实际数据处理时主要依据经验设定平滑常数。这种主观设定过程缺乏理论依据,无法达到最优平滑效果。针对此问题,以适用于实时GNSS载波相位平滑伪距的经典Hatch递推滤波算法为基础,在连续时间域上分析了载波相位平滑伪距误差的主要构成,给出了总误差估算公式,分析了平滑常数对平滑精度的影响传导机制。进一步,采用令平滑总误差最小为目标的极值法推导给出了最优载波相位平滑常数的计算公式,给出了最优载波相位平滑伪距的完整处理步骤。最优平滑常数算法在数学意义上最优,大幅压缩了伪距测量误差,又不会引入过大的电离层发散误差。通过两个实际算例,证明了算法有效性。

GPS载波相位平滑伪距精度分析与应用探讨

分析了载波相位平滑伪距在动态短基线解算、精密单点定位、动态长基线解算的精度,提出了载波相位平滑伪距在多种高精度定位中的应用。