北斗系统标准单点定位算法研究

北斗卫星导航系统已建成区域导航星座,可在亚太范围提供无源定位、导航和授时服务。本文系统研究了北斗系统标准单点定位算法,采用实测数据对北斗系统和GPS标准单点定位算法进行了算法验证和数据分析。实验结果表明,北斗系统标准单点定位在X、Y和Z方向上的精度分别为7.1 m、9.2 m和13.2 m,GPS标准单点定位在X、Y和Z方向上的精度分别为6.2 m、5.8 m和11.2 m,北斗系统与GPS标准单点定位的三维定位精度基本一致,证明了北斗系统已经具有独立导航定位能力,可为标准导航定位应用提供服务。

北斗三号系统标准单点定位精度分析

根据我国北斗卫星导航系统(BDS)建设情况以及发展战略,目前我国北斗导航系统已经进入第三阶段的建设.本文以IGS连续跟踪站的数据为基础,首先对北斗三号(BDS-3)星信号数据质量进行分析,然后对BDS-3准单点定位精度进行分析,并与北斗二号(BDS-2)标准单点定位精度进行对比,结果表明,在观测区域内,BDS-3的数据质量较好,单系统定位精度优于BDS-2的定位精度.

不同截止高度角北斗标准单点定位精度分析

我国北斗导航系统已完全具备为亚太地区提供导航与定位服务,其定位精度研究一直是目前的热点与重点。本文基于MGEX机构发布的2个跟踪站实测数据,分析在卫星截至高度角5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°和40°的情况下北斗标准单点定位精度。经研究发现,X方向定位精度在高度角25°出现一个转折点,整体随着高度角增加定位精度下降,Y方向和Z方向定位精度随着高度角的增加而下降,高度角为30°,历元可用率开始低于100%,在高度角为40°的极端条件下,历元可用率为84%,X和Y方向定位精度为1 m^2 m,Z方向定位精度为3 m^8.6 m。

北斗单频标准单点定位精度分析

北斗二号已经可以为亚太地区提供导航与定位服务,其定位精度分析一直是目前研究的重点。本文基于3个GNSS评估机构iGMAS发布的跟踪站数据,分析了北斗二号3个频率的标准单点定位精度,发现B1频率的标准单点定位精度优于B2和B3频率,但是相差不大,定位精度可以达到1—3 m。

北斗双频标准单点定位精度分析

北斗的定位性能分析一直是国内外关注的热点,文中基于GUDN和BFGY2个IGS连续跟踪站北斗双频数据,全面的对北斗系统进行分析,首先研究了北斗单点定位算法,然后对北斗的数据质量、空间几何分布情况进行评估,最后分析了北斗的标准单点定位精度。结果表明:北斗卫星数据质量良好,满足进行数据处理的要求,北斗卫星空间几何分布情况良好,水平定位精度可以达到5 m以内,竖直向精度可以达到8 m以内。

极地地区北斗三号单点定位精度分析

为分析BDS-3在极地地区的定位精度,选取两极地区10个MGEX站连续7 d的观测数据进行SPP和PPP实验。结果表明,BDS-3在两极地区可见卫星数及PDOP基本一致,平均可见卫星数约为9颗,PDOP约为2.3。BDS-3各频点间定位精度相差不大,南极地区SPP定位精度略优于北极,特别是U方向。北极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和5 m,南极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和2 m。BDS-3在两极地区PPP定位精度相当,与GPS定位精度基本一致,各频点组合定位精度在E、N、U方向均优于2 cm。

一种基于二次型约束最小二乘法的瞬时单点定位算法

在某些具有鲁棒性要求的应用中,标准单点定位(standard single-point positioning,SPP)仍然发挥着至关重要的作用。但是经典SPP的定位精度仍然为米级,不足以满足一些实际应用的需求,如水文测量和机场场面活动的车辆等。针对该问题,通过将先验高度信息融入到SPP算法中来实现瞬时亚米级定位精度,提出了一种基于二次型等式约束最小二乘估计的SPP定位方法。利用实测的GPS(global positioning system)卫星观测数据进行SPP实验,实验结果表明,与无约束SPP相比,本方法有效地改善了定位精度,并且不依赖于载波相位测量,有较高的鲁棒性。

基于TGD/DCB改正的BDS多频单点定位精度分析

文章研究不同频点的无电离层组合模型中时间群延迟(time group delay,TGD)和差分码偏差(differential code bias,DCB)对定位结果影响的差异,给出了北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)双频/三频无电离层组合TGD和DCB改正模型,利用IGS测站数据进行标准单点定位(standard point positioning,SPP)和精密单点定位(precise point positioning,PPP)实验。实验结果表明:对于SPP,定位精度平面方向小于5 m,U方向小于10 m,定位精度提升显著且精度改正为m级,经模型改正的平面方向精度提升大于70%,U方向精度提升大于28%,其中DCB改正效果略优于TGD改正;对于PPP,经模型改正后的定位精度提升并不明显,但加快了滤波的收敛速度;对于PPP,在未经模型改正的情况下,接收机钟差和模糊度参数吸收了绝大部分的误差改正,而对流层延迟参数受到的影响较小。

GEO/IGSO/MEO对北斗SPP精度的影响

北斗卫星导航系统混合星座增强了北斗的抗遮挡能力,每种星座卫星对定位精度的影响是目前研究的重点。本文基于北京地区的连续跟踪站BFGY站和ZGDZ站2018年第96天实测数据,采用反向分析法首次分析了GEO/IGSO/MEO对北斗卫星可见数、PDOP值和北斗SPP精度的影响程度,发现每种星座卫星都对北斗卫星可见数有很大的影响,对PDOP值的影响最大达到21;GEO卫星对SPP精度的影响大于IGSO卫星大于MEO卫星。

亚太地区BDS-3/GNSS组合系统单频单点定位性能分析

针对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)向全球提供定位、导航和授时(PNT)服务后的定位性能评估问题,基于MGEX(Multi-GNSS Experiment)WHU2站7天实测数据,从可视卫星数、几何精度衰减因子(GDOP)、定位精度、定位成功率和伪距残差方面分析了BDS-3及BDS/GNSS组合伪距单点定位(SPP)性能.结果表明:在亚太地区,BDS-3具有比美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo更优的SPP性能,其水平、垂直和三维精度分别为1.19m、2.34m、2.38 m,三维精度比北斗二号卫星导航系统(BDS-2)、GPS、GLONASS和Galileo的SPP精度分别提升了54.8%、27.2%、86.4%和1.2%.此外,BDS/GPS/Galileo组合能获得最优的SPP精度,其水平、垂直和三维精度分别为0.96 m、1.66 m、1.77 m,相较于BDS-2/BDS-3 SPP分别提升了18.6%、19.4%和17.3%.

北斗二号伪距偏差特性分析及其对定位的影响

伪距偏差是指因卫星下行导航信号非理想状态,导致不同技术状态的终端在接收同一卫星导航信号时产生不同的测距偏差,而现有伪距改正手段尚未考虑该偏差,甚至在双频定位时还会被进一步放大。基于Curtin GNSS研究中心设置的零基线接收机,使用接收机零基线差分解算多组观测终端下北斗二号卫星的伪距偏差,分析其特性,并采用标准单点定位测试伪距偏差改正后的定位精度变化。结果表明北斗二号各卫星在不同频点的伪距偏差最大可达20cm,B2信号伪距偏差普遍小于B1信号;考虑伪距偏差改正后,标准单点定位在U方向最大提升7.9%,三维方向最大提升5.1%。

北斗卫星导航系统定位性能验证

基于国际GNSS服务组织(IGS)MGEX测站的北斗观测数据和武汉大学卫星导航定位技术研究中心提供的北斗卫星精密轨道和钟差,分别利用多路径组合、标准单点定位和精密单点定位对北斗导航卫星系统定位性能进行分析。结果表明,北斗多路径误差在中高高度角处为20~60 cm;基于北斗4 GEO+5 IGSO+2 MEO星座的标准单点定位平面精度优于2.2 m,高程精度优于7 cm,完全满足北斗公开定位服务精度指标;精密单点定位平面精度优于1 cm,高程精度优于2 cm,基本与GPS相当。

北斗三号卫星差分码偏差稳定性分析及其对单点定位的影响

差分码偏差(differential code bias,DCB)是影响电离层监测和导航定位精度的重要因素之一,建立DCB改正模型对高精度定位有重要意义。针对北斗三号卫星的广播星历和精密星历钟差参数时间基准不统一的问题,首先介绍了多星座实验(multi-GNSS experiment,MGEX)发布的DCB产品的估计方法,给出了部分DCB产品的精度评估和分析结果;然后提出了北斗三号卫星单频和双频伪距单点定位以及双频精密单点定位的DCB改正模型;最后利用5个MGEX测站连续5 d的实测数据分别进行了DCB改正前后的定位实验。结果表明,MGEX发布的DCB产品均具有较高的稳定性,经卫星DCB改正后,单频和双频伪距单点定位的定位精度分别提高了48%~85%和71%~91%,双频静态精密单点定位的收敛时间减少了56%~83%。

北斗卫星导航系统功率增强选星策略设计与性能分析

导航战中,卫星功率增强是提高战区卫星信号抗干扰能力的重要手段。以北斗二号(BDS-2)及北斗三号(BDS-3)星座为例,提出一种功率增强卫星选择方法。该方法利用卫星轨道预报信息,基于几何精度衰减因子(GDOP)阈值及功率增强卫星数量区间阈值信息,规划卫星功率增强选星策略。静态标准单点定位测试结果表明,该方法可减少功率增强卫星数量,并保证标准导航服务性能。

MADOCA与MGEX产品定位性能对比分析

文章对比分析了精密全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)轨道和钟差估计系统(Multi-GNSS Advanced Demonstration tool for Orbit and Clock Analysis,MADOCA)产品和多GNSS实验系统(The Multi-GNSS Experiment,MGEX)产品的定位性能。对2020年4月29日选取的4个测站分别下载了MADOCA产品和MGEX产品,使用全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、格洛纳斯(GLObal NAvigation Satellite System,GLONASS)、北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)、伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system,GALILEO)及准天顶卫星系统(Quasi-Zenith Satellite System,QZSS)的数据进行了标准单点定位(standard point positioning,SPP)、静态精密单点定位(static precise point positioning,PPP-S)及动态精密单点定位(kinematic precise point positioning,PPP-K),并对定位性能进行了分析。SPP定位性能选取不同截止高度角下参与解算的卫星数、位置精度因子(position dilution of precision,PDOP)、定位解算成功率及定位精度4个指标,PPP定位性能选取收敛时间和定位精度2个指标。SPP实验结果表明:定位精度一般在m级到10 m级;随着截止高度角增大,各测站的PDOP值和定位误差均增大,而参与解算的卫星数和解算成功率均减小;与使用MADOCA产品相比,使用MGEX产品的定位表现更加优越。PPP实验结果表明:使用MGEX产品的PPP-S定位精度在5 cm以内,PPP-K定位精度在10 cm以内,且三维位置收敛到20 cm以内的时间均在15 min内;使用MADOCA产品的PPP-S定位精度在10 cm以内,收敛时间在30 min左右,而PPP-K定位精度在30 cm以内,三维位置收敛时间在120 min左右。

BDS-3新卫星的标准单点定位结果分析

针对我国北斗卫星导航系统正按照三步走战略,从第二代区域性卫星导航系统走向第三代全球性卫星导航系统的现状。该文以BDS-3新卫星数据为基础,结合BDS-2系统卫星进行联合标准单点定位(SPP),实验证明新卫星与BDS-2系统之间具有很好的兼容性。由于BDS-3卫星所播发的新频点B1C与GPS的L1频点频率重合,该文进行了GPS/BDS-3双系统同频组合SPP定位实验,所得定位精度与GPS单系统定位精度相当,验证了BDS-3与GPS双系统间进行同频组合定位的可行性。

BDS-3基本系统的动态单点定位性能评估

为了评估BDS-3基本系统的动态单点定位性能,该文分别采用标准单点定位(SPP)和精密单点定位(PPP)法处理了2019年WUH2站第29~33 d共5 d的观测数据,将测站坐标作为白噪声参数模拟动态单点定位。结果表明,BDS-3基本系统较BDS-2系统增加了可用卫星数,明显增强了卫星几何构型;较BDS-2系统SPP分别提高了27.1%和31.2%;较BDS-2系统动态PPP分别提高了26.5%和38.3%。因此,BDS-3基本系统动态单点定位性能明显优于BDS-2系统。研究成果可为及时获得BDS-3基本系统定位性能提供参考。

BDS卫星短时差分码偏差估计与分析

现有的差分码偏差(differential code bias,DCB)产品和常用的DCB估计方法均是将DCB视为1 d中的常量参数,忽略了DCB在1 d中的短时变化。为了分析北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)卫星DCB短时变化特性,文章首先采用最小二乘和Tikhonov正则化方法同步估算各个历元时刻下的电离层参数和DCB参数,然后分析卫星DCB短时序列的精度和稳定性,并利用谱分析方法对短时DCB的周期性进行分析,建立模型来拟合短时DCB变化,最后通过实验探讨短时DCB序列改正对标准单点定位(standard point positioning,SPP)的影响。实验结果表明:在SPP中,施加DCB改正可以提高定位精度,施加中国科学院(Chinese Academy of Sciences,CAS)产品改正或短时DCB改正,定位精度提升都在40%以上;在不同测站上施加短时DCB改正和CAS产品改正,SPP定位精度各有优劣,两者差异在cm级,改正效果大致相当。

BDS-3广播星历轨道、钟差精度分析

文章针对北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS),分析了北斗三号卫星(BDS-3)广播星历的轨道和钟差精度,给出了详细的精度评估方法;选取连续30 d的BDS广播星历数据,以精密星历为参考值从轨道偏差、钟差偏差、空间测距误差、单点定位(single point positioning,SPP)精度等方面对BDS-3广播星历精度进行分析评估。结果表明:BDS-3广播星历钟差精度优于0.686 ns,轨道精度径向优于0.289 m,切向和法向优于3.948 m,明显优于同类型北斗二号卫星(BDS-2);SPP定位精度方面,5个测站上BDS-2/BDS-3组合在E、N、U方向平均分别为0.634、0.714、3.495 m,相比于单BDS-2分别提高了23.2%、47.6%、9.1%。