北斗实时百皮秒级单差时频同步方法

高精度时频传递与时间同步服务已成为全球导航卫星系统应用领域的研究热点,国内外学者围绕GNSS高精度时频同步模型算法及相关应用等方面开展了诸多研究。本文提出基于载波相位的差分高精度时间传递模型,实现基于北斗卫星导航系统的实时百皮秒级单差时频同步。以中国计量科学研究院的光纤链路为参考,北斗时间同步精度优于时频同步系统的实时秒脉冲时间同步精度优于100 ps;在7 d的测试时段内,链路的时间稳定度优于70 ps;链路频率万秒稳定度可达10-15量级,频率长期稳定度可达10-16量级。利用BDS进行单差时频同步的频率稳定度与GPS相当,对开展BDS在时频领域的下一步推广应用提供重要的参考意义。

似单差法在三峡库区滑坡监测中的应用与分析

根据高精度GPS变形监测的特点 ,以监测网的首期观测成果为基础 ,建立了单历元解算监测点变形量的似单差模型 ,讨论了接收机天线相位中心偏差的改正方法。该模型避免了周跳的探测与修复 ,可适用于动态和静态两种监测模式、单频接收机。利用三峡库区的实测数据对模型的正确性进行了检验。

似单差模型的误差分析与算法改进

给出了似单差法单历元直接解算GPS监测点变形量的数学模型 ,对影响变形量精度的误差进行了定性分析 ,主要研究了模型误差产生的原因并提出了相应的改进算法。试验数据的数值结果表明 ,采用改进算法后 ,本文给出的似单差模型也是正确的。最后 ,对似单差法的主要特点进行了总结。

基于似单差法的井筒沉降监测试验与结果分析

为监测地下煤炭开采对某矿工业广场内主、副井筒的影响,布设了由54个监测点和2个基准点组成的监测网。监测网的基准时段测量采用静态GPS相对定位技术和三等几何水准,以此作为沉降监测基础;监测时段外业观测方法与基准时段的相同,但沉降量采用以似单差法为理论的GQuickS软件进行解算,并与几何水准测得的沉降量进行比对分析,结果表明,采用似单差法进行沉降监测可达到三等水准监测的要求。

基于GPS伪距单差的舰船相对导航方法

为了测量编队航行中的舰船相对位置信息,从而进行相对导航,研究采用GPS卫星的伪距信息,通过编队通信链,交换目标船和跟踪船的观测到相同卫星的伪距信息,进行伪距单差差分。以伪距差分信息作为观测量,以跟踪船相对目标船的位置信息作为状态量,建立了跟踪船相对目标船的位置信息解算模型,利用最小二乘法解算跟踪船相对目标船的位置信息,以满足编队舰船间的相对导航信息需求。将相对位置信息解算模型和方法应用于实测试验,数据处理结果表明,相对距离测量精度优于0.2 m,方位精度优于5°,相对距离信息完全满足了舰船相对导航的需求,相对方位信息基本满足舰船相对导航的需求。

似单差法对起算数据的精度要求

分析了首期观测提供的起算数据的误差对似单差法解算的GPS监测点变形量的影响规律。对于基准点精度 ,若监测距离在 10km以内 ,在取消SA政策后 ,利用单点定位结果即可满足要求。对于基线向量 ,从监测精度来看 ,需采用精密软件进行解算 ;从方法本身来看 ,要求其误差不超过10mm ,可采用商用软件进行解算。数值计算结果表明 ,采用似单差法进行GPS监测时 ,可以不考虑基准点是否存在变形。

三峡库区滑坡体变形监测的似单差方法与结果分析

根据高精度GPS变形监测的特点,以监测网的首期观测成果为基础,建立了单历元解算监测点变形量的似单差模型,讨论了接收机天线相位中心偏差的改正方法。该模型避免了周跳的探测与修复,可适用于动态、静态两种监测模式及单频接收机。利用三峡库区的实测数据对模型的正确性进行了检验。

单差PPP相位偏差估计方法及有效性分析

针对常规浮点解精密单点定位收敛时间长的问题,分析了PPP模型中模糊度不具备整数性质的原因,采用方向数据统计的计算方法,以单差模糊度为研究对象,对相位偏差进行了建模估计。算例从精密单点定位单差模糊度固定、定位精度以及收敛速度等方面对相位偏差改正的有效性进行了分析,结果表明,经相位偏差改正后的PPP模糊度固定成功率、收敛速度有了明显提高,定位精度较浮点解提高了一个量级。

基于相位单差精密测速的动态精密单点定位算法

利用相邻历元间的载波相位单差可求得动态载体的高精度三维速度向量,基于此提出了可精确描述载体运动变化的扩展卡尔曼滤波动态精密单点定位算法。该算法克服了高动态条件下采用简化动力学模型可能引起的系统状态描述失实问题,同时还可输出动态载体的精密速度信息。飞机动态试验结果表明,用该算法的动态单点定位结果与TRACK双差解计算互差得到的三维RMS值,平面分量精度优于3cm,高程分量精度优于6cm,速度测量精度可达mm/s级。

北斗站间单差载波相位差分定位方法

针对传统基于站间-星间双差载波相位差分存在放大观测量随机误差,使得卫星间存在耦合,导致参考星变换时产生整周跳跃的问题,提出一种基于站间单差模型的精密定位算法,通过站间单差消除大气延迟、卫星端等偏差,保持了卫星间观测量的独立性,并结合双钟差模型以保持载波相位的整周特性。通过北斗实测车载实验进行了验证,测试结果表明,基于改进的单差模型定位精度达到厘米级,模糊度固定率达到90%以上。

相位单差残差评估北斗区域导航系统载波相位观测量质量

由于北斗区域导航系统采用混合星座设计,其不同类型卫星载波相位观测量的质量得到广泛关注。当基线较短且模糊度正确固定后,卫星残差信息可有效反映观测数据质量。本文采用优化的站际单差算法获取不同卫星单差残差序列,并对其进行统计分析与假设检验。结果表明,北斗GEO与IGSO卫星数据质量无系统性差异,其质量随卫星高度角的降低而明显变差。良好环境下,GEO与IGSO卫星相位单差残差基本服从正态分布,可依据卫星高度角等信号质量指标建立合适的随机模型。

GPS变形监测的似单差算法与粗差识别

根据高精度GPS变形监测的特点,建立了单历元解算变形量的似单差模型及其算法。该模型避免了周跳的探测与修复,可适用于动态、静态两种监测模式及同步观测卫星少于4颗的情况。在分析似单差模型的基础上,提出了识别载波相位观测值中小于半周的粗差的方法。利用试验数据对似单差模型的正确性及粗差识别方法的有效性进行了检验。

一种基于GPS载波单差相位的鲁棒快速迭代定姿算法

针对基于GPS载波单差相位的迭代定姿算法对初值敏感的事实,研究了一种对初值鲁棒的快速迭代定姿算法.基于载波单差相位观测的姿态确定可以归结为一个带约束的参数优化问题.通过拉格朗日乘子法求解该优化问题将参数优化问题转化为一个微分方程的数值积分问题.采用特征向量迭代算法确定迭代初始点,再由4阶龙格库塔算法迭代求解该微分方程得到了快速收敛的迭代定姿算法.在不同天线布局、初值条件下对该算法进行了仿真,仿真结果表明天线布局和初值对算法的收敛精度影响不大.同其它迭代算法进行了对比,结果表明在相同条件下本算法可更快收敛.

Kalman滤波在似单差方法中的应用

介绍采用似单差法进行变形监测的基本数学模型,在此基础上建立对似单差法解算的变形信息序列进行卡尔曼滤波的算法。利用试验数据对似单差法和Kalman滤波算法的正确性和有效性进行检验。结果表明,卡尔曼滤波有助于提高变形信息序列的正确性、稳定性和可靠性。

一种适用于小变形监测的单历元单差算法

利用GPS进行变形监测在各个领域中的应用越来越广泛。如何利用GPS的观测数据进行变形量的高精度单历元解算是一个难点。国内学者提出了单历元似单差算法进行小变形的单历元解算,但需要利用其他方法对接收机钟差进行计算。根据站间单差观测方程之间的相关性,可以将接收机钟差之差及其他一些通过站间单差未能消除的未知量作为一个未知参数在单历元观测方程中与变形量一同求解。利用该方法对小变形试验数据的解算结果精度达到了毫米级。

似单差模型中接收机钟差的单历元算法

在简单介绍单历元解算监测点变形信息的似单差模型的基础上 ,说明了影响变形信息精度的主要误差来源 ,详细介绍了适于似单差法的接收机钟差的单历元算法 ,并利用试验数据和商用软件对该算法的有效性和似单差模型的正确性进行了检验。

GPS单差观测量的运动学相对定轨研究

以双星编队飞行为工程背景,在两颗编队卫星均搭载GPS双频接收机和一颗搭载GPS双频接收机而另一颗搭载GPS单频接收机两种模式下,对相对定轨方法和数据处理流程进行了研究。运动学相对定轨采用最小二乘批处理方法进行轨道估计,定轨流程包括单点定位、动力学平滑、数据编辑、运动学绝对定轨和运动学相对定轨五个步骤。利用GRACE双星数据进行测试,结果通过KBR验证:利用消电离单差组合观测量,相对定轨精度达到1 cm左右;以双频GPS为参考星,双频消电离观测量和单频GRAPHIC观测量做单差,相对定轨精度优于18cm。

逐历元GNSS-R测高单差和双差算法

GNSS-R测高是一种高效监测水面高度及其变化的新技术。与传统水面测量技术,如验潮站、卫星测高等相比,其主要优点包括可实现更高时空分辨率的观测、测高结果不受板块垂直运动的影响等。本文提出了一种基于单差观测值组合的cGNSS-R逐历元测高算法,可提高水面高度测量的时空分辨率,并给出了基于双差观测值逐历元cGNSS-R测高算法。利用武汉东湖清河桥上cGNSS-R试验中GPS反射信号观测数据,给出了高精度高时空分辨率的湖面到反射天线相位中心垂直距离,验证了本文算法的准确性,精度可达±2～±4 cm。与水面高实际观测比较结果表明,cGNSS-R单差、双差算法可有效削弱钟差以及电离层和对流层误差对反演水面高度的影响。

GNSS数据处理中双差残差恢复单差残差的原理分析

根据零基线或超短基线相对定位的双差残差可以对GNSS观测数据质量进行评估,但双差残差包含了参考卫星观测误差的影响,不利于对各颗卫星观测误差特性进行独立分析。分析了RTKLIB软件中双差残差恢复单差残差方法的原理,从理论上论证了根据恢复的单差残差序列进行观测数据质量评估的合理性,并利用一组30 m基线GPS双频实测数据对此进行数值验证。

单差模型在处理多路径效应应用中的初步探讨

差分技术无法消除多路径效应的影响,因此多路径效应成为制约短基线变形监测定位精度提高的主要因素。从观测值残差域分析和提取多路径效应一般基于单差残差,因此需要将双差残差映射为单差残差。本文在分析传统站际单差模型特点的基础上,采用参数重整的方法构建了一种改进的单差模型。实验结果表明,该模型与双差模型是等价的,并且可以直接得到载波相位单差残差,避免了由双差残差向单差残差映射的过程。因此改进的单差模型为多路径效应处理中单差残差的获取提供了一种更好的选择。