基于BDS的双系统组合精密单点定位性能对比分析

精密单点定位测量技术已广泛应用于测绘、交通、市政、导航等诸多领域,随着我国BDS的顺利组网,基于BDS的精密单点定位技术研究越来越广泛深入。本文利用MGEX数据网站获取不同测站的多卫星系统的观测数据,建立双系统组合单点数据处理模型,通过对比BDS+GPS、BDS+GLONASS、BDS+Galileo三种组合模型的静态、动态精密单点数据处理结果,从位置精度、可见卫星数、DOP值等多个维度说明BDS+GPS组合的精密单点定位性能最优,可为BDS在实际定位测量工作中的应用提供参考。

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。

GNSS导航型接收机动态单点定位性能对比测试方法

为改善接收机自身定位性能,提高市场竞争力,全球导航卫星系统(GNSS)导航型接收机研制过程中需进行大量的定位测试和对比分析。动态情况下,接收机运动轨迹和实际接收的卫星信号质量实时变化,因此,传统的信号模拟器仿真测试方法不足以真实地反映接收机的定位性能。为反映各接收机的实际动态单点定位性能并能进行接收机对比研究,设计了一种动态单点定位性能对比测试方法,以轿车为移动载体在实际信号和真实环境中进行了验证试验。试验结果表明该方法可从观测数据质量和单点定位精度两方面实现三种导航型接收机的动态单点定位测试和定位性能对比。

BDS-3与GPS在极地的定位性能对比分析

为对比分析北斗三号与GPS在极地的定位性能,基于STK软件,分别建立了北斗三号和GPS的仿真星座,并在南北两极选取了四个观测站点,对各站点的卫星可见性和GDOP进行了仿真分析,结果表明北斗三号在极地的平均可见星数比GPS多出一颗左右,北斗三号的GDOP值在南北极维持在“优”的水平,好于GPS,且变化平稳。综合来看,北斗三号在极地的定位性能要优于GPS。

Galileo高精度定位服务初始服务性能评估

从服务改正数可用性、轨道钟差精度等方面综合分析高精度定位服务(high accuracy service,HAS)的性能,同时利用全球各区域的多模GNSS实验跟踪网(multi-GNSS experiment,MGEX)测站分析HAS PPP的性能。结果表明,大部分卫星改正数的可用性在80%以上;GPS和Galileo的空间信号测距误差(signal-in-space ranging error,SISRE)分别为0.163 m、0.097 m;MGEX测站水平方向定位精度均小于0.2 m,垂直方向均小于0.4 m。

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。

基于相控阵的WiFi CSI定位系统的性能预测

WiFi作为当前最重要的通信方式之一,基于WiFi信号的室内定位系统最有望在日常生活中得到广泛地部署应用.最新研究表明,当采用WiFi通信过程中获取的信道状态信息(CSI)对目标进行定位时,系统可实现亚米级的定位精度.然而,实验场景下的定位精度受到测试样点位置、WiFi设备布局、天线布局等诸多因素的影响.因为目前仍缺少WiFi CSI定位性能预测方法,WiFi定位系统部署后往往难以获得预期的精度.为此,面向多样化场景提出WiFi CSI定位性能的预测模型.首先,从CSI定位的基本物理模型出发,定义天线对的误差微元函数,并通过对定位空间的分析生成误差微元矩阵以及定位性能热度图;其次,对天线对进行拓展,通过引入多天线融合方法、多设备融合方法构建通用的CSI定位性能预测模型;最后,为了将真实场景地图考虑在内,提出将上述热度图与场景地图相融合的方法,从而实现场景定制化的性能预测.在理论分析的基础上,结合2个不同场景下的实验数据验证了定位性能预测模型有效性.实验结果表明,实际定位精度的变化趋势与理论模型相吻合,通过理论模型分析可将定位精度优化32%–37%.

AUV协同定位性能与编队构型分析

针对三领航艇自主水下航行器(AUV)协同导航系统,在不简化距离量测方程的前提下推导系统定位性能评价函数,在此基础上分析系统定位性能与编队构型、集群航速以及艇间距离之间的耦合关系。同时,通过理论分析证明在一定条件下该系统定位性能评价函数可以退化为最简形式,且该最简定位性能评价函数与误差椭圆法、Fisher信息矩阵法相关结果在表达形式上具有一致性。进一步,通过推导AUV位置估计的克拉美-罗下界(CRLB)完善系统定位性能评价函数并定量分析艇间测距噪声对系统定位性能的影响。最后,基于系统定位性能评价函数分析构建三领航艇协同导航系统最优、次优与最差编队构型,并通过仿真实验证明分析结论与编队构型的有效性。仿真实验结果表明,当AUV集群以最优、次优编队构型航行时,降低集群速度可以在一定程度上提高系统定位性能,在本文设置实验条件下系统定位精度可以提高9.11%,但改变艇间距离对定位性能几乎没有影响;当AUV集群以最差编队构型航行时,降低集群速度与缩短艇间距离均可提高系统定位性能,若两者同时满足将大幅提高系统定位性能,在本文设置实验条件下系统定位精度分别提高63.17%、63.99%与81.50%。

顾及ISB参数的BDS-2/BDS-3精密单点定位性能分析

对北斗二号(BDS-2)B1I/B3I信号与北斗三号(BDS-3)B1I/B3I、B1C/B2a信号系统间偏差ISB参数的特性进行分析,分别使用B1I/B3I和B1C/B2a信号进行BDS-2/BDS-3静态和动态精密单点定位(PPP)性能评估。实验结果表明,BDS-2与BDS-3 B1C/B2a信号之间的ISB参数大于B1I/B3I信号,且均具有较好的天内和天间稳定性;与单BDS-2相比,BDS-2与BDS-3组合可显著提升静态和动态PPP的性能,收敛时间缩短51.9%以上,定位精度提升46.1%以上;与B1I/B3I信号相比,BDS-3 B1C/B2a信号参与PPP解算后收敛时间有所缩短;估计ISB参数后,BDS-2/BDS-3静态和动态PPP收敛时间分别缩短8.8%和12.6%,定位精度均提升7.1%。

低轨通信卫星增强GNSS定位性能分析

为探讨低轨通信卫星对全球导航卫星系统(GNSS)定位性能的增强效果,本文设计了不同轨道高度、轨道类型、低轨卫星数量的低轨卫星星座,通过这些低轨卫星与北斗卫星导航系统(BDS)和全球定位系统(GPS)的组合星座对全球范围内4个测站进行可见性和覆盖性分析,并对低轨卫星星座单独定位能力进行分析。结果表明,不同数量低轨卫星对GPS/BDS增强效果差异明显,数量越大,增强效果越明显;低轨卫星轨道低,几何运动速度快,位置精度因子(GDOP)值变化快,可有效缩短GPS/BDS定位收敛时间。

接收机天线相位中心变化对GLONASS精密单点定位性能影响评估

研究接收机天线相位中心变化(PCV)对俄罗斯全球卫星导航系统(GLONASS)定位和对流层估计的影响分析。定位方面,分析接收机PCV改正与否对单GLONASS静态精密单点定位(PPP)三维坐标精度的影响,同时探讨将全球定位系统(GPS)和GLONASS系统对应的接收机PCV改正用于GLONASS PPP的定位研究的可行性与可用性。对流层估计方面,综合研究了在静态PPP和固定坐标PPP两种解算模式中接收机PCV改正对对流层延迟估计精度的影响。选取全球均匀分布的180个IGS站一个月(2017年4月份)的数据进行处理,结果表明,采用GPS或GLONASS系统对应的接收机PCV改正均可明显提升GLONASS PPP垂向坐标和对流层延迟估计精度。相比于采用GPS系统接收机PCV,GLONASS系统对应的接收机PCV改正对GLONASS PPP垂向坐标和对流层延迟估计精度有进一步的提升。

基于机器学习的卫星导航系统全球定位性能评估方法研究

针对卫星导航系统伪距相位、广播星历等观测数据,本文采用特征提取和模型回归等技术手段,从数据类型和观测时间两个维度寻找数据内在特征,挖掘出海量测站数据之间的特征关联,并采用机器学习方法评估卫星导航系统全球定位性能.本文所提出的评估方法在实际测站数据上进行了验证,中国及周边区域12个测站模型定位精度1-平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error, MAPE)的均值为92.36%,最差为PTGG站,1-MAPE为89.26%;全球范围120个测站模型定位精度1-MAPE的均值为86.59%,最差为SCOR站,1-MAPE为81.46%,与传统数理统计框架下得到的实测值较为吻合.实验结果表明:基于机器学习模型评估卫星导航定位性能的方法可行有效,机器学习模型在大数据统计分析中具有强评估能力和高泛化性,突破了现仅用传统数理统计的全球定位性能评估思路.

地下停车场Wi-Fi定位数据优化与算法设计

在当今数字化社会中,位置服务已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。传统的全球定位系统(Global Navigation Satellite System)在室外环境中表现出色,但室内环境下因信号衰减阻塞等原因,定位性能急剧下降甚至无法定位。特别是地下停车场环境中,定位困难为车辆寻找带来了极大的挑战。室内定位技术的发展为地下停车场等遮蔽空间内位置服务带来了生机。

基于QZSS信息增强的GNSS精密单点定位性能分析

目前研究多集中在准天顶卫星系统(QZSS)播发的定位导航和授时(PNT)信息的定位表现,而对其播发的增强信息的精密单点定位(PPP)研究较少,因此文章对比评估了QZSS播发的PNT信息与增强信息的PPP表现。分别选择以上两种信息进行静态PPP和动态PPP,采用QZSS PNT信息与QZSS增强信息分别和全球导航卫星系统(GNSS)数据组合进行PPP解算,评估指标选取定位精度和收敛时间。结果表明:使用QZSS PNT信息,组合后静态PPP定位精度小于4.50 cm,收敛时间小于92.00 min,动态PPP定位精度小于5.40 cm,收敛时间小于290.00 min。使用QZSS增强信息,静态PPP定位精度小于2.00 cm,收敛时间小于61.00 min;动态PPP定位精度小于6.50 cm,收敛时间小于162.00 min。与PNT信息相比,使用QZSS增强信息进行PPP定位的收敛时间要至少缩短三分之一,定位精度在静态PPP模式下提高约一倍,在动态PPP模式下略微下降,总体精密定位表现更佳。

基于ADS-B数据的多点定位系统监视性能评估方法

基于中国民用航空总局空中交通管理局已经建设完成的现有ADS-B站点,选取符合基于信号到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)定位体制的多点定位系统定位条件的站点,首先从理论上分析了其定位精度情况,然后在集中监控端采集相应站点记录的CAT021报文,提取报文中的高精度时间进行各个站点时间差汇算,并结合各个站点的相对几何位置,利用TDOA定位解算算法计算出目标的位置,用实际数据分析解算位置与CAT021报文中携带的位置的误差来分析当前定位精度覆盖情况。最后指出该评估方法可为后期进行多点定位系统建设和布站提供建设性意见的可行性。

网络RTK定位性能分析

网络RTK技术作为传统RTK算法的扩展,可利用区域参考站网的大气产品提供作业范围更广、成本更低、初始化时间更短、更高精度的定位服务性能。首先对网络RTK算法策略进行了总结归纳,采用实测数据从基准站模糊度固定效果、大气延迟建模精度和终端定位性能三个方面评估分析了网络RTK的定位性能。试验结果表明,网络RTK技术和单基线RTK算法水平定位精度均优于1 cm,高程定位精度2 cm左右,模糊度固定率均接近100%。

南极地区BDS-3新频率性能评估

针对BDS-3新频率B1C和B2a在南极地区定位性能评估问题,本文基于南极地区CAS1站连续7 d数据,分别进行了BDS-3新频率伪距与精密单点定位实验。实验结果表明,南极地区BDS-3新频率单点定位性能较优,B1C频率和B2a频率伪距单点定位精度可以达到米级,B1C/B2a静态精密单点定位精度可以达到厘米级,仿动态精密单点定位水平精度在厘米级,高程精度在分米级,可为今后研究BDS-3在南极地区的定位性能提供一定的参考。

BDS-3/GPS/Galileo超长基线解算性能评估

由于当前对BDS-3超长基线单历元解算性能研究较少,为进一步详细分析BDS-3超长基线定位性能,将IGS站组成的一组超长基线作为实验数据,以BDS-3系统B1C/B2a组合为基础,分别进行了与GPS系统L1/L5、Galileo系统E1/E5a双组合和三系统组合解算实验。实验结论表明,双系统和三系统组合卫星可见数与PDOP相比BDS-3单系统改善量约为2倍左右,在定位性能方面相比BDS-3单系统也有明显提升。BDS-3超长基线定位性能较差,而其他系统的加入能有效改善这一情况,可为今后超长基线单历元解算研究提供参考。

典型北斗低成本导航型与测量型终端定位性能初步对比分析

基于不同类型北斗终端的共天线零基线实测数据,从伪距标准单点定位、单频伪距相对定位以及单历元单频载波相位相对定位等方面,比较一款典型低成本导航型北斗终端与一款典型高性能测量型北斗终端的定位性能差异。结果表明,导航型北斗终端相比于测量型终端,其伪距单点定位和伪距相对定位的精度稍差,但载波相位相对定位精度差距十分明显,无法实现cm级的定位。

Galileo空间信号误差和标准定位性能初步分析

具体分析导航定位精度各类影响因素的大小,进而评估Galileo定位性能,为Galileo导航定位用户和系统下一步建设提供参考。以精密轨道和钟差产品作为参考,分析广播星历轨道精度钟差精度,并统计分析两者对用户定位的综合影响,即空间信号误差（URE）的大小。结果显示,轨道误差的均方根误差切向在2m以内、法向在1m以内、径向优于0.5 m,钟差均方根在3ns以内,URE（1σ）约为0.82 m。仿真分析全球Galileo卫星的可见性及位置精度衰减因子（DOP）值的大小,并采用实测数据对用户环境设备误差（UEE）的主要成分进行分析和统计。分析评估Galileo系统的标准定位性能,在全球范围内标准三维定位精度（1σ）为3.8~6.4m。