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。

GPS 导航与定位的差分理论及有效性

差分理论是ＧＰＳ导航与定位中的一个重要理论。文中首先分析了ＧＰＳ的基本观测值，在此基础上对差分模型进行了理论上的概括与统一，并分析了其不同的作用效果。

利用SLR和GPS双频相位平滑伪距资料测定导航卫星钟差

采用2002年10月的SLR和伪距实测数据计算GPS 35卫星的钟差,为了验证计算结果的精度,将本文计算的卫星钟差与IGS精密钟差进行了比较。结果表明,采用经过载波相位平滑伪距资料,可以明显提高综合利用SLR和伪距资料直接测定导航卫星的精度;综合利用SLR和GPS双频相位平滑伪距资料测定导航卫星钟差精度优于0.3 ns(1σ),测定的导航卫星钟差与实际钟差不存在系统差。

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。

基于相位平滑伪距与多普勒数据的GPS动态定位

为了提高GPS伪距动态定位精度和可靠性,需尽可能地利用邻近历元信息和其它类型观测值。在分析相对定位移动窗口相位平滑伪距的函数模型和随机模型的基础上,推导了基于多普勒频移及无多普勒频移的扩展卡尔曼滤波递推方程,并通过实测GPS车载数据进行比较。结果表明:相位平滑伪距减小了伪距观测噪声,提高了定位精度,基于多普勒频移的扩展卡尔曼滤波更能改善高程方向的定位精度和可靠性。

利用GPS技术实时监测上海区域电离层变化

基于GPS技术实时监测电离层变化原理,利用载波平滑伪距观测值建立区域电离层模型的方法,计算了电离层延迟量和硬件延迟,根据硬件延迟值相对稳定的特点,采取一定时段求解出硬件延迟量,对实时硬件延迟量进行预报,进而实时分离GPS信号传播路径上的垂直总电子含量VTEC.利用上海区域内的GPS网的观测数据,建立实时上海区域电离层延迟模型,监测上海区域的电离层变化.数据分析结果表明,这种方法的内符合精度优于3TECU.

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。

双基地ISAR成像分析

在建立远场条件下双基地ISAR转台模型的基础上,阐述了双基地ISAR的成像原理。针对双基地ISAR系统中相对转角计算复杂的问题,给出了一种利用合多普勒带宽计算双基地ISAR方位分辨率的方法。详细分析了双基地ISAR系统的收、发分置结构对目标成像的影响,针对双基地ISAR系统中机动目标多普勒频率信息的时变特性,将基于时频分析技术的距离-瞬时多普勒成像算法引入双基地ISAR目标像的重建过程中。最后,仿真实验验证了算法的有效性。

GPS双频相位平滑伪距权重因子的探讨

介绍了GPS双频观测值以及利用载波相位平滑伪距观测值计算电离层延迟量的原理和方法。以载波相位观测值直接计算得到的电离层延迟量作为真值,比较了伪距观测值及相位平滑后的伪距所计算得到的电离层延迟改正数,结果表明平滑后的伪距精度明显提高,同时还分析了采用不同权重因子的平滑方法对伪距进行相位平滑的效果,分析显示直接采用Hatch滤波方法时平滑精度相对较优,且有计算简单的优点。

载波相位差分相对定位在航天器对接中的应用

将GPS载波相位差分技术应用于航天器自主对接,提出了一种在单频接收机条件下的整周模糊度快速求解方法,首先采用载波相位平滑伪距差分技术进行相对定位,估计模糊度的浮点值,而后通过LAMBDA搜索法求解得到整周模糊度,最后通过最小二乘方法实现相对定位。该方法求解过程简单,并可在基线较长情况下解算模糊度。仿真结果表明,当两航天器相距小于100km时,通常20s即可求解模糊度,最长不超过45s。模糊度确定后,采用整周约束解进行相对定位,相对定位的均方差为0.006m,能很好地满足航天器对接的精度需求。

相位平滑伪距对GNSS定位精度的影响

为了提高精密单点定位和双差网解算结果的精度,提出利用相位平滑伪距来提高GNSS定位精度的方法:给出数据预处理的方法和流程,分析处理后的观测值来解算动态伪距单点定位和动态精密单点定位结果,然后分析解算国内5个IGS站精密单点定位结果和双差网解结果。结果表明:单历元的伪距单点定位的精度比通常情况下的伪距单点定位要高出一个数量级,而单历元的精密单点定位结果要比通常定位软件数据预处理后的精度高0.5～1.5cm;利用精密单点定位解算IGS站获得的定位结果内符合精度均在2mm以内,外符合精度均在1～3cm,而双差网解获得的定位结果内符合精度均在1.5mm以内,外符合精度均在毫米级。

实时GPS姿态测量中整周模糊度的快速解算方法

姿态测量核心问题是整周模糊度解算。提出了一种适合实时姿态测量的模糊度解算方法,利用单差平滑伪距进行解算,与传统的模糊度解算方法相比具有许多优点。通过仿真实验验证了该方法的有效性和实用性。

载波相位平滑伪距算法在区域实时定位系统中的应用

针对可能出现的伪距突发错误及载波周跳的问题,研究一种应用于低动态区域实时定位系统的鲁棒载波相位平滑伪距算法。仿真结果表明,方法可以在一定程度上减小由于伪距突发错误与周跳所引起的测距误差,进而提高定位精度。

基于双频相位平滑伪距的卫星预报钟差精度评定

介绍了伪距与星地距比对法评定卫星钟差的原理和方法,探讨了该方法评定卫星钟差的精度,并结合实测数据验证了该方法的可行性。结果表明:利用双频消电离层相位平滑伪距资料评定的卫星钟差精度优于1ns(1σ),测定的卫星钟差与实际的卫星钟差不存在系统差;评定的卫星预报钟差精度与事后精密卫星钟差评定的精度一致。

基于自适应衰减因子Kalman滤波的GPS相位平滑伪距算法

载波相位平滑伪距的主要目的是通过高精度的载波相位测量值作为辅助量,使伪距测量值中、大随机误差得以消减。针对GPS伪距测量中未知时变的噪声,提出基于极大后验时变噪声统计估计器的自适应衰减因子Kalman滤波算法(AFKF),采用衰减的加权因子,使估计器逐渐忘记陈旧数据的作用,同时增加新数据的比重,避免滤波过程的发散。结合载波相位平滑伪距原理,利用AFKF算法对全球导航卫星系统(GNSS)的国际GNSS服务组织(IGS)的跟踪站实测数据进行仿真分析,并提出利用伪距双差值及伪距三差值来直观体现不同算法的效果比较,结果表明:与标准Kalman滤波相比,AFKF算法在伪距平滑应用中取得很好的效果。

GPS双频相位平滑伪距在卫星预报钟差精度评定中的应用

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讨论,对原Hatch滤波公式中的定权方法进行了改进。在此基础上,利用伪距与星地距比对法对广播星历中卫星预报钟差精度评定进行了研究。计算结果表明:载波相位平滑能有效地提高伪距观测量的精度,从而提高伪距与星地距比对法评估卫星预报钟差的可行性。利用双频消电离层相位平滑伪距计算的卫星钟差精度优于1 ns(1σ),测定的卫星钟差与实际卫星钟差不存在系统差。

基于IPSO-HATCH的北斗相位平滑伪距定位算法

载波相位平滑伪距可以有效地提高北斗伪距定位的解算精度,传统的Hatch滤波由于平滑窗口大小是固定的,在持续定位解算中容易发散,因此必须合理地选择平滑窗口的大小。通过分析平滑因子的影响因素,利用改进的粒子群算法(IPSO)对每一历元的平滑窗口大小进行寻优,确定最优平滑窗口的大小。实验表明,利用改进粒子群和Hatch组合的算法(IPSO-HATCH)能够有效地提升滤波效果和定位精度,解决了Hatch滤波平滑窗口大小选择的问题,证明了算法的有效性、稳定性和可靠性。

北斗系统在港口定位中的应用

为提高北斗系统在港口定位中的精度,提出利用北斗多参考站系统进行相位平滑伪距差分定位的方法。介绍伪距差分数学模型和多参考站综合伪距改正,并以实例说明。实验表明,该方法能够将定位精度提高到分米级,明显优于北斗伪距单点定位。

基于递推最小二乘平方差的GPS精密单点定位精度研究

对传统GPS单点定位、差分GPS定位和GPS精密单点定位进行了比较。建立了GPS精密单点定位无电离层组合的数学模型。建立了递推最小二乘平差进行参数估算的数学模型,并利用该方法进行相位平滑伪距处理。分析了该方法对伪距观测误差的影响。利用bernese软件和据此编制的程序,并利用IGS跟踪站的观测数据进行了接收机三维坐标的解算。将IGS观测值坐标作为真值,解算值和真值之间的偏差作为定位误差。仿真结果表明,经过递推最小二乘伪距平滑处理后,精密单点定位的误差在北方向、东方向、高度方向上都小于0.02 m。

星载双频GPS观测数据的降采样处理方法

给出了星载双频GPS观测数据降采样处理方法。伪码观测精度较低,在降采样过程中采用不同的平滑方法对伪码的精度影响较大。首先阐述了观测数据的降采样原理,给出多项式平滑伪距和载波相位平滑伪距方法,分析了两种方法的优缺点;然后通过伪码数据质量评估结果来分析不同平滑方法对伪码观测精度的贡献。最后通过对模拟器输出的1 Hz星载双频GPS模拟数据的降采样处理,验证了降采样方法的正确性。结果表明两种平滑方法均能显著地提高降采样后的伪码观测精度,其中载波相位平滑方法效果更加优越。