基于多GNSS融合的远程时频源驯服控制方法研究

针对目前时频源驯服控制存在的传递误差影响因素多、依赖单向授时等问题,研究基于GNSS共视的远程时频信号复现与驯服控制方法,分析卫星时差与仰角对应关系,确定卫星权重值的大小,提出一种基于卫星观测仰角的融合及验证方案,降低了多径效应带来的误差。提出融合驯服控制算法与实施策略,设计一种基于多GNSS系统融合方案,并通过多GNSS系统、多频点数据融合试验,验证了方案可行性,提高了时间频率源驯服性能。

多GNSS系统组合在城市峡谷中的定位性能分析

随着多GNSS系统的部署,利用多GNSS组合定位有可能解决GNSS在城市中定位效果不理想的问题。讨论了联合多GNSS系统组合定位的关键问题,包括时空基准的统一和系统间偏差的处理;通过分析比较,确定了合理的多系统组合定位函数模型,并通过多系统组合定位实验证明,利用多系统组合的方法可提高GNSS系统在城市峡谷中定位的可用性和可靠性。

多GNSS电离层建模软件进展

我所分析中心于2015年加入iGMAS分析中心，多GNSS电离层建模软件作为核心数据处理软件之一，负责生成电离层电子含量（TEC）格网产品和卫星频间偏差（DCB）产品。本文介绍了多GNSS电离层建模原理及软件，分析了在线产品的精度。分析结果表明，2015年年积日193—223天电离层TEC格网产品与CODE最终产品比较，在中、高纬度地区电离层TEC与CODE产品一致性较好，在低纬度地区电离层TEC与CODE产品一致性略差；2015年7月DCB产品与CODE／IGS产品比较，GPS和Galileo卫星差异较小，优于0．3ns，GLONASS卫星差异略大。

多GNSS数据质量全流程分析软件设计与实现

GNSS数据质量的好坏直接影响着定位的精度和可靠性。针对目前GNSS数据质量分析的主流软件大多操作复杂,需要有一定科研基础,并且每个软件有自己的侧重点,有的不支持四系统,有的不支持可视化。从实际出发,设计并实现了一套多GNSS数据质量全流程分析软件,可以满足从卫星端、传播路径到接收机端的多GNSS数据质量分析要求。

基于不同ISB估计模型的多GNSS组合实时精密单点定位性能分析

多GNSS(global navigation satellite system)组合精密单点定位(precise point positioning,PPP)中需要考虑系统间偏差(inter-system bias,ISB)的影响,定位时通常可采用时间常数、随机游走和白噪声模型对ISB参数进行估计。利用8个MGEX站观测数据和实时精密轨道钟差产品,基于3种ISB模型进行GPS+Galileo、GPS+BDS、GPS+Galileo+BDS组合的静态和仿动态实时PPP实验,研究不同ISB模型下的多GNSS组合实时PPP性能。结果表明,多系统组合静态定位模式下,ISB随机游走和白噪声估计模型的实时PPP收敛时间和定位精度相近,优于时间常数模型;动态模式下,ISB白噪声模型的实时PPP性能表现最优,随机游走次之,而ISB常数模型的PPP结果较差。因此,在多GNSS组合实时PPP时应采用白噪声模型进行ISB参数估计。

基于遗传算法的多星座选星方法

提出了一种基于遗传算法的选星方法,该方法能够准确、快速地实现多个全球导航卫星系统(GNSS)下选星颗数大于4的选星。经过大量试验确定了遗传算法选星的选择、交叉、变异等关键参数,并通过在交叉和变异中穿插染色体优选过程克服了遗传算法的选星结果容易陷入局部最优的缺点。以不同GNSS星座个数和不同选星颗数下的选星仿真校验了所设定遗传参数的有效性和可靠性。仿真结果表明,利用遗传算法可以高效、准确地实现选星,该方法特别适用于多星座多选星颗数的情况。

BDS／GPS联合精密定轨

本文利用MGEX和国内跟踪网双模观测站，采用设置伪随机脉冲参数的简化动力学方法，分别进行了BDS以及BDS／GPS联合精密定轨。通过对轨道重叠弧段结果的分析表明，联合定轨对BDS轨道结果有明显影响，三类卫星的径向分量结果重叠段均在cm级，MEO和IGSO卫星轨道结果有明显提高，GEO卫星的沿迹分量结果有所降低。对有效观测值的统计表明，两个网对BDS三类卫星的跟踪起到不同的作用。

北斗二号系统非核心区域定位精度影响因素分析

北斗二号系统作为一种区域定位系统在其服务核心区域内发挥了越来越重要的作用,对于北斗二号系统非核心区域定位精度影响因素的研究也变得越来越重要。本研究使用GAMIT/GLOBK软件解算由多GNSS实验项目(MGEX)提供的位于北斗二号系统非核心区的17个IGS站数据,研究了不同精密星历以及基线解算策略中的干湿映射函数、观测量选择、卫星高度截止角、对流层天顶延迟估计时间间隔对北斗二号系统在非核心区域定位精度的影响。实验结果表明:北斗二号系统非核心区域定位标准差精度达到分米级;利用GAMIT/GLOBK软件对实验区域北斗数据进行解算时,使用欧洲定轨中心(CODE)提供的精密星历,干湿映射函数采用NMF函数,观测量采用电离层约束求解宽巷模糊度,卫星高度截止角设置为12°,对流层天顶延迟估计时间间隔设置为1 h,解算精度较高。制约北斗二号系统非核心区域定位精度的主要原因是非核心区域测站可观测到的北斗二号卫星数太少。研究表明,精密星历、干湿映射函数、观测量选择、卫星高度角设置和对流层天顶延迟估计时间间隔会影响北斗二号系统非核心区的定位精度,通过选择合适的精密星历和基线解算策略能够提高定位精度。

MGEX精密星历卫星钟差精度分析

IGS的多GNSS实验项目(Multi-GNSS Experiment,MGEX)所提供的事后精密卫星钟差作为一种基础性的GNSS数据产品。在分析MGEX事后精密钟差产品特点的基础上,设计用于卫星钟差精度评价的内符合精度指标和外符合精度指标。基于该指标对MGEX的欧洲定轨中心(CODE)、波茨坦地学中心(GFZ)和武汉大学(WUM)三个分析中心2015年的事后精密卫星钟差进行精度分析。结果表明:GFZ的卫星钟差精度相对最差,CODE的卫星钟差内符合精度最高,WUM的卫星钟差外符合精度最高,三个分析中心的卫星钟差内外符合精度平均值分别为0.307ns和0.322ns;随着GPS系统的更新其卫星钟差的精度有所提高,同时GPS系统中BLOCK IIF铯钟的钟差内外符合精度均最高;CODE的卫星钟差内符合精度随卫星钟类型的不同变化相对较小。

MGEX和iGMAS的多系统轨道和钟差产品精度分析

采用分析中心间互比、SLR残差检核、卫星钟差拟合以及阿伦方差等方法对MGEX和iGMAS提供的多系统轨道和钟差产品精度进行综合分析。结果表明,GPS和GLONASS卫星的轨道精度分别在1.0～1.3cm和2.0～3.6cm,其中iGMAS提供的轨道产品较优。Galileo卫星的轨道一致性在10～17cm,采用ECODE2模型或附加先验模型可有效提高轨道精度。BDS GEO卫星的轨道一致性在数m级,径向精度约为25cm;IGSO和MEO卫星的轨道一致性分别在21～40cm和11～18cm左右,且径向精度分别优于10cm和5cm。MGEX和iGMAS提供的GPS和GLONASS卫星的钟差精度较好,但稳定性和可靠性仍有待提升。Galileo卫星的钟差一致性约为0.2～0.4ns,且钟差产品中吸收了未被模型化的轨道误差。BDS GEO、IGSO和MEO卫星的钟差一致性分别在0.35～0.46ns、0.25～0.33ns和0.11～0.21ns,其中CODE提供的BDS IGSO/MEO卫星的钟差产品受偏航姿态模式影响较大。

系统时间偏差数据对四系统定位性能的改善评估

随着全球导航卫星系统GPS,GLONASS,Galileo以及BDS的快速发展,多GNSS(全球卫星导航系统)联合定位因其有诸多优点而越来越受到关注。然而,系统之间的时间偏差是多系统联合定位导航时需要重点解决的问题之一。研究了多系统组合定位中系统时间偏差的处理算法。在此基础上,利用四系统测地型接收机的实测数据,结合中国科学院国家授时中心的GNSS系统时间偏差监测数据,初步研究并分析了四系统的定位性能,详细比较分析了不同截止高度角情况下,使用先验的系统时差以及用户端解算系统时差的多系统组合定位精度。试验结果表明:利用系统时间偏差监测数据进行多系统组合定位可以有效的改善定位精度。此外,在截止高度角大于30°的环境下,由于可见卫星数目不多导致单系统无法连续定位,而多系统仍可以连续定位并且达到较高的精度,这对半城市化、城市峡谷等环境具有一定的应用价值。

GNSS历元间电离层延迟实时预测

为了预测历元间电离层延迟(DID),对其建模,基于方差分量估计的方法在线估计其噪声水平,在分析全球导航卫星系统(GNSS)载波相位时间差分观测量的有色噪声特性基础上,提出了有限冲激响应(FIR)有色噪声条件下自适应卡尔曼滤波算法,并进行实时估计与预测;结合该预测值辅助进行分步式双/三频非差观测量的周跳探测与修复,首先求取宽/超宽巷周跳,然后考虑DID预测值与载波信号的相关性,估计载波信号第三频率上周跳(N3),最后周跳修复后的载波信号用于估计DID.不同频率下的北斗卫星导航系统(BDS)实测数据实验表明:1)求取的DID预测值、估计值、二者差值的标准差不超过1.4,1.5,0.7 cm;2)该DID辅助双/三频周跳探测与修复,其成功率为100%.

一种卫星钟自相关的实时钟差预报算法

针对实时精密单点定位(RT-PPP)中实时数据流存在中断、延迟等问题,该文构建了顾及卫星钟自相关的随机模型,提出了一种基于方差分量估计的自适应卡尔曼滤波钟差超短期/短期预报算法,评估了连续27d实测法国空间研究中心(CNES)实时数据流CLK93产品完整率和精度水平,利用哈达玛方差对比分析了该实时产品与德国地学研究中心(GFZ)事后GBM产品的频率稳定性。利用本文算法与传统卡尔曼算法对两类产品进行预报,结果显示:CLK93产品BDS系统(C)、GPS系统(G)、GLONASS系统(R)、Galileo系统(E)30s和1min预报精度分别平均提升了8.50%、8.44%、7.20%、6.96%;GBM产品相应4个系统12h和24h预报精度分别平均提升了3.14%、3.53%、0.96%、10.01%。