北斗广域实时精密定位服务系统研究与评估分析

采用IGS、MGEX、北斗地基增强网的实时观测数据,研制北斗广域精密定位服务系统,实时生成北斗高精度轨道、钟差、电离层产品,提供厘米级北斗双频PPP、分米级单频PPP、米级单频伪距定位服务。对实时产品评估分析的结果表明:北斗卫星实时轨道与钟差产品URE统计精度约为2.0cm,实时电离层精度优于4.0TECU。采用全国分布的实时测站动态定位精度(95%置信度)评估分析表明:北斗双频PPP精度存在明显的区域特征,高纬度以及西部边缘地区的定位精度平面约0.2m,高程约0.3m;中部地区定位精度平面优于0.1m,高程优于0.2m,接近GPS实时PPP精度水平;北斗与GPS融合可以提高单北斗、单GPS的定位性能,尤其是显著加快了PPP收敛时间,收敛时间缩短到20min内。另外,除边缘地区外,北斗单频PPP实现平面0.5m,高程1.0m;北斗单频伪距单点定位实现平面2.0m,高程3.0m。

北斗三号实时精密定位授时系统设计与实现

针对传统定位授时设备单机作业能力弱、定位授时精度低、GNSS动态授时接收机研究少等问题,设计实现了基于北斗三号精密单点定位服务信号(PPP-B2b)的实时精密定位与授时设备,所设计的设备通过全球卫星导航系统(GNSS)接收机接收北斗卫星信号,将卫星观测值、卫星广播星历以及PPP-B2b改正数输出给ZYNQ信号处理平台,ZYNQ的ARM端进行PPP-B2b接收机位置与钟差解算,输出接收机钟差到FPGA端,FPGA端通过外接的高精度10 MHz铷钟,结合实时精密钟差解算结果,生成驯服后同步到北斗时间基准的秒脉冲(1PPS)。通过设计实现静态、动态测试系统对设备进行性能测试。实验结果表明,设计的定位授时设备可以实现静态厘米级、动态分米级的定位精度,静态授时精度优于1 ns,动态授时精度优于3 ns。

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。

广域实时精密定位与时间服务系统

广域实时精密定位与时间服务已成为GNSS应用领域研究热点,目前国内外学者围绕其模型算法已展开大量的研究。本文重点论述广域实时精密定位与时间服务数据的处理方法和服务系统,给出了基于不同基准约束的卫星钟差解算数学模型,提出通过引入外接原子钟测站、标准时间源(UTC/BDT)等不同时间基准,构建卫星拟稳基准、外接原子钟跟踪站拟稳基准及标准时间源等约束下的钟差解算模型,分析了时间基准对精密单点定位和精密单点授时的影响。本文采用实时卫星轨道、钟差、相位偏差、电离层延迟等服务产品及跟踪站实时数据,验证了系统产品可靠性及终端定位与时间服务性能。实测结果表明:GPS轨道径向精度1.8 cm,钟差STD精度约0.05 ns;BDS-3轨道径向精度6.7 cm,钟差STD精度优于0.1 ns;GPS和BDS-2电离层改正精度分别为0.74 TECU与1.03 TECU。基于该产品实现了用户端PPP、PPP-RTK及PPT、PPT-RTK服务,满足了用户实时厘米级定位和优于0.5 ns的单站时间传递服务,当采用GPS+BDS-2 PPP-RTK解算时,平面收敛至5 cm约需要12 min。

广域实时精密定位的数据服务系统设计与验证

广域实时精密定位技术为移动互联网、物联网的发展提供了重要的时空基准.主要介绍广域精密定位的增强电文服务系统的相关框架与核心算法:1)设计了时空自适应的低冗余增强电文编码和传输协议,对卫星轨道钟差改正数采用有效位截取的压缩算法,对电离层改正数据采用时空自适应的格网分层离散化方法进行播发;2)设计了基于虚拟化弹性调度的多级数据播发机制,通过资源的动态分配和弹性扩展算法提高系统可靠性;3)通过一系列城市环境下车联网精准定位实验,验证系统的服务质量,分析了网络信号、地理环境、通视条件等众多因素对精密定位的影响.

惠州市国产北斗化平台实时定位精度测试分析

惠州市连续运行卫星定位服务系统(HZCORS)在2022年完成了国产北斗化升级改造工作,实现了基准站接收机全面支持北斗三号卫星导航系统即北斗三号(BDS-3)数据,且新的国产北斗化平台(简称“新平台”)具备支持北斗三号数据兼容其他卫星系统数据的处理能力,并支持实时播发1985国家高程(简称“85高”)。作为惠州市现代测绘基准体系的重要支撑,新平台投入使用前的测试显得尤为重要。测试结果表明:①新平台平面和高程的实时定位精度较以往有所提高。②新平台分别使用惠州市似大地水准面模型和广东省似大地水准面模型采集得到的高程成果,契合度均较好。③新平台的平均时间可用性为96.48%,优于规范指标的95%。

北斗三号PPP-B2b服务实时动态定位性能分析

为了进一步提高精密单点定位的精度,对北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)提供的实时精密单点定位增强(PPP-B2b)服务进行实时动态定位性能分析:介绍基于PPP-B2b服务的实时动态精密单点定位模型和数据处理流程;然后在城市环境下进行基于BDS-3PPP-B2b服务的实时动态精密单点定位性能的车载实验,对不同频点组合B1C+B2a、B1I+B3I模式下的动态定位性能进行评估和分析。实验结果表明,实时动态PPP的城市开阔环境试验中利用B2b服务的电文改正信息后B1C+B2a、B1I+B3I频点组合模式下东向、北向和天向上定位精度分别为11.6、18.8、28.6 cm,以及13.3、19.4、32.5 cm,B1C+B2a组合方式在定位精度和收敛速度方面略优于B1I+B3I;复杂城市环境下GNSS信号发生中断后,信号恢复后PPP-B2b重新收敛的定位精度能够达到40.6、33.2、60.1cm;可知,BDS-3PPP-B2b产品精度较高,且城市环境下基于该服务的实时动态精密单点定位能够实现分米级定位,可用于正常生产生活中。

北斗三号全球导航卫星系统服务性能评估:定位导航授时、星基增强、精密单点定位、短报文通信与国际搜救

本文给出了北斗三号全球导航卫星系统定位导航授时、星基增强、精密单点定位、区域短报文通信、全球短报文通信和国际搜救共6类服务的测试评估方法,并利用实测数据对各类服务的核心指标进行了评估。结果表明,定位导航授时服务方面,空间信号测距误差0.23 m(RMS),空间信号可用性99.44%,空间信号连续性99.99%,PDOP可用性100%,B1C信号全球定位精度水平方向1.31 m、垂直方向2.13 m(95%),B1C信号全球定位可用性99.93%,B1C信号授时精度14.7 ns(95%);星基增强服务方面,定位精度水平方向1.03 m、垂直方向2.60 m(95%)、具有垂直引导能力的一类进近(APV-I)可用性100%;精密单点定位服务方面,定位精度水平方向0.17 m(95%)、垂直方向0.22 m(95%)、平均收敛时间9 min;区域短报文通信服务成功率99.6%,服务容量1530万次/h(上行)、935万次/h(下行);全球短报文通信服务成功率96.46%,服务容量40万次/h(上行)、21万次/h(下行);国际搜救服务方面,搜救信号接收成功率98.3%(发射功率37 dBm)。

北斗星基增强分米级定位与multi-GNSS实时单频精密单点定位研究

北斗广域差分星基增强系统(satellite-based augmentation system,SBAS)提出的四重差分改正数(卫星轨道改正数、等效钟差改正数、实时格网电离层改正数和分区综合改正数)结合精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术可实现实时快速分米级定位。为提高北斗SBAS PPP的服务性能,论文围绕多系统融合数据处理、分区切换算法、3种实时单频PPP模型和4种电离层模型展开研究。主要研究内容如下。

北斗实时高精度定位服务系统研究

北斗卫星导航系统独创性地实现了基本导航与广域差分融合一体的系统服务。经过多年的稳定运行,北斗服务性能指标已经完全达到了系统设计要求,在仅有10余颗区域星座的情况下实现了区域内与GPS等全球系统精度相当的服务。本文针对北斗实时高精密定位服务系统的相关技术进行了研究。论文的研究内容成果主要包括以下几方面:(1)GNSS高精度定位性能评估及分析。开发了GNSS精密定位软件Net_PPP,利用全球分布的MGEX数据,对GNSS精密单点定位性能进行了分析。结果表明,Net_PPP的结果与目前国际上知名软件的定位性能相当。

广域实时精密定位技术与示范系统基准站布局的设计与分析

广域实时精密定位技术可以极大地满足高精度用户的需求,其基准站的布局对该系统最终实现的服务性能指标有着决定性的意义。通过对基准站布局要求和服务区域特性的分析,设计了满足广域实时精密定位技术与示范系统性能指标的基准站布局方案,并借助中国地壳运动观测网络的28个监测站的数据,对设计的15个基准站的布局性能进行了仿真分析,结果表明:设计的布局能够满足广域实时精密定位技术与示范系统精度指标的要求。

北斗精密定位服务系统在北部湾及琼州海峡区域的建设与应用

顺应我国北斗卫星发展战略,需科学发展北斗卫星在海上的应用,因此,在沿海建设北斗精密定位服务系统并应用于海事管理、航海保障系统、海上施工、救助打捞等意义重大。

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。

采用北斗PPP-B2b服务的大气可降水量反演及香港地区暴雨过程分析

北斗三号卫星导航系统精密单点定位服务(PPP-B2b服务)通过卫星B2b信号向用户发送改正信息,摆脱了对外部通信的依赖,为实时反演大气可降水量(PWV)提供了新的技术途径。本文利用试验分析了PPP-B2b服务反演PWV的精度。试验结果表明,利用PPP-B2b服务反演结果与采用CODE事后精密星历产品的差值RMS为3.70 mm,STD为3.61 mm,与ERA5再分析数据差值的RMS和STD分别为4.80和4.07 mm,与探空结果差值的RMS和STD分别为3.75和7.16 mm,验证了采用PPP-B2b服务的PWV反演结果具有较好的精度。最后,通过分析香港地区暴雨过程的实际降水量与PWV反演结果之间的相关性,初步验证了BDS PPP-B2b服务用于暴雨灾害短时预警的可行性。

我国广域实时精密定位系统研发取得进展

“十一五”863计划地球观测与导航技术领域重点项目“广域实时精密定位技术与示范系统”的主要任务是通过集成导航数据实时处理、互联网、卫星通信及3G通信等技术，提高全球定位系统（GPS）的定位精度，并在其基础上增加面向我国用户的导航增值服务功能。

我国广域实时精密定位系统研发取得进展

“十一五”863计划地球观测与导航技术领域重点项目“广域实时精密定位技术与示范系统”的主要任务是通过集成导航数据实时处理、互联网、卫星通信及3G通信等技术。提高全球定位系统（GPS）的定位精度，

广域实时精密定位技术与示范系统

自上世纪70年代以来,美国和前苏联分别建成了GPS与GLONASS全球卫星导航系统,90年代后,欧盟也开始设计并建设Galileo系统。我国也在北斗卫星导航试验系统的基础上建设北斗卫星导航系统。在实际应用中,为了改善卫星导航系统在本地的定位精度、可用性、连续性以及完好性,一些国家已经或正在建设区域性的广域差分增强系统,如美国的地基增强系统NDGPS和空基增强系统WAAS系统,欧洲的EGNOS系统,日本的MSAS系统和QZSS系统,巴西和印度也计划开发类似的增强系统。我国建立了基于北斗卫星导航试验系统的广域增强系统。为了满足局域性的市政工程,城市建设管理,城市道路导航的需要,提供1m以内乃至厘米级精度的定位服务,许多城市地区建立了各自的连续运行参考站系统(CORS),如美国加州350多个站组成的CORS网络,悉尼市的SydNet系统,德国的SAPOS系统以及日本的由1200多个站组成的COSMOS系统。自2000年以来,我国建立了多个省市级CORS网络。

北斗地基增强系统在津建成精密定位服务达毫米级别

由天津市勘察院与武汉大学院士团队合作的《基于北斗地基增强的天津市三维测绘基准体系研究与建设项目》通过专家组验收鉴定。这是我国北方地区首个省市级基于北斗的地基增强系统．将提供优于米级的导航位置服务和厘米级、毫米级精密定位服务。

基于北斗卫星导航系统非组合精密单点定位算法的精密授时精度研究

全球导航卫星系统(GNSS)精密单点定位(PPP)技术具有操作简单、成本低廉、定位精度高等优点,在精密授时领域得到了广泛应用。针对现有研究中消电离层PPP模型的组合噪声大、卫星系统多采用全球定位系统(GPS)及实时动态场景少等问题,该文采用非组合PPP模型对北斗卫星导航系统(BDS)精密授时精度开展了研究,并利用Kalman滤波静态模型和动态加速模型进行参数估计。给出了静态和实时动态场景PPP处理策略,并利用超快速预报星历保证动态实时性。结果表明:在静态和实时动态条件下,非组合PPP模型精密授时精度均优于消电离层组合PPP模型;在静态条件下,考虑到BDS和GPS定位精度相当,且亚太地区BDS定位精度更高,BDS授时精度略高于GPS;在实时动态条件下,BDS和GPS精密授时精度在2 ns以内,但BDS授时精度略低于GPS,这是由于空间位置精度因子(PDOP)、载体速度突变和环境因素等的影响,而当完成收敛后,两种系统的授时精度相当,其钟差项中误差均在0.3 m以内。

PPP-B2b服务的实时精密单点定位精度分析

基于北斗官方发布的承载精密单点定位(PPP)服务的PPP-B2b信号与南方测绘最新研发高精度定位终端,本文采用全国6个城市连续一周的观测数据和实时定位结果,分析了基于PPP-B2b服务的PPP精度。其中重点分析了实时静态PPP与实时动态PPP定位的精度。试验结果如下:基于PPP-B2b服务的静态PPP定位精度水平方向优于7 cm,高程方向优于10 cm;基于PPP-B2b服务的动态PPP定位精度水平方向优于10 cm,高程方向优于15 cm。试验结果表明,基于该服务的实时PPP能达到静态厘米级、动态分米级的定位精度。