基于北斗3号PPP-B2b信号的实时精密单点定位方法研究

针对IGS精密产品存在相应时延且在列车长时间高速运行下不便联网下载的问题,研究基于BDS-3提供的PPP-B2b服务的实时PPP方法。基于广播星历和PPP-B2b校正模型获取PPP-B2b实时精密产品,基于PPP模型及模糊度在线解算方法得到实时动/静态PPP结果,并利用实测数据对PPP-B2b轨道及钟差修正量级、实时PPP性能进行分析。20 min实验结果表明:实时动态PPP的北向定位精度为0.4172 m,东向定位精度为0.3041 m;实时静态PPP的北向定位精度为0.1005 m,东向定位精度为0.1741 m。基于PPP-B2b服务的实时PPP具有时效性优势,静态性能优于传统基于IGS精密产品的PPP,动态性能与之相当。

GPS/BDS/Galileo/GLONASS实时精密单点定位性能评估

随着卫星导航系统的迅速发展及人们对实时高精度定位性能日益增大的需求,越来越多的分析中心开始提供支持多系统的状态空间表述(SSR)产品。因此评估不同分析中心产品在不同系统组合下的定位性能十分必要。本文选取全球范围内的20个测站,对中国科学院(CAS)、武汉大学(WHU)和法国空间研究中心(CNES)3个分析中心提供的实时产品进行全球定位系统(GPS)/北斗卫星导航系统(BDS)/伽利略卫星导航系统(Galileo)/格洛纳斯全球卫星导航系统(GLONASS)实时精密单点定位(PPP)处理,并从实时产品可用性、收敛时间及定位性能进行分析。实验结果表明:WHU中心提供的GPS卫星可用性最好,GLONASS系统较差,且缺失了2颗卫星,CAS播发的BDS实时产品最好,提供了全部的BDS卫星改正数;静态模式下双系统组合中GPS+BDS组合的收敛时间最短,动态模式下双系统组合中GPS+Galileo的收敛时间最短,且在动态模式下,所有分析中心的GPS+Galileo+BDS+GLONASS组合收敛时间都明显优于GPS+Galileo+BDS组合;单系统中GPS的定位精度最优,静态模式下高程方向上优于2.5 cm,水平方向上优于1.7 cm;动态模式下高程方向上优于6.5 cm,水平方向上优于3.1 cm;但加入GLONASS的四系统组合并不能明显地提高定位精度。

北斗实时精密单点定位终端设计与实现

随着我国北斗导航卫星系统(BDS)的发展以及北斗广域实时精密系统的运营,使得北斗实时精密单点定位的广泛应用成为可能。精密单点定位技术(Precise Point Positioning,PPP)只需要单台接收机就可以实现厘米级定位,相比与差分技术,其不需要另外架设基准站,操作快捷简单,为GNSS系统发展带来了新的机遇和挑战。北斗PPP事后解算研究已经比较成熟,但北斗实时PPP的研究还处于发展阶段,北斗实时PPP的应用场景还不多,针对这一问题,本文基于北斗广域实时精密定位系统,对北斗实时精密单点定位终端进行了设计与实现。利用设计的终端分别进行了静态仿动态测试和车载动态测试,测试结果表明,本文设计的BDS实时精密定位终端可以实现分米级的实时定位,可以满足车道级定位的要求。

基于服务系统的实时精密单点定位技术及应用研究

讨论了实时精密单点定位的若干关键技术,着重研究了实时精密钟差估计算法;利用全球40个IGS跟踪站连续、实时的观测数据流进行实时精密卫星钟差估计,解算出的实时精密钟差与CODE事后精密钟差具有较好的一致性,二者互差的RMS优于0.2 ns.采用实时估计的卫星钟差和IGS发布的超快速精密卫星轨道进行实时精密单点定位模拟实验,结果表明:经过大约15～30 min初始化后,实时精密单点定位滤波收敛之后水平方向的定位精度优于5 cm,高程方向的精度优于10 cm,能满足在该精度级别的实时用户的定位需求.处理汶川地震期间震区的GPS观测数据,结果表明实时精密单点定位能够探测地震发生期间的地面同震位移.

一种基于IGS超快星历的区域性实时精密单点定位方法

实时GPS精密单点定位需要实时的卫星轨道和钟差产品,为此提出一种利用区域GPS连续运行参考站和IGS发布的IGU超快轨道进行实时精密单点定位的方法。该方法首先利用连续运行参考站观测数据与IGU超快轨道预报部分进行实时GPS卫星钟差的估计,然后利用估计得到的实时GPS卫星钟差产品和IGU超快轨道预报部分,进行用户GPS接收机的实时精密单点定位。试验表明该方法可达到厘米级实时精密单点定位的要求,并且该方法可用于相距CORS区域数百公里范围内的精密单点定位。

基于GNSS网络的实时精密单点定位及精度分析

基于局域GNSS网络,以历元间、星间差分技术实时估计了GPS卫星相对钟差的历元间差值;针对所估计实时精密钟差的特征,推导了实时精密单点定位的估计模型.对所估计得到的相对钟差的历元间差值、实时定位结果分别进行了比较、分析.结果表明,相对钟差的历元间差值与IGS的最终星历相比其精度可以达到0.08 ns;每小时观测的实时静态定位结果在N、E、U 三个方向的精度分别为1.47、3.62、4.09 cm.动态模式,实时结果在N、E、U三个方向的精度分别为2.63、3.82、5.20 cm.与采用IGS最终轨道和钟差解算的结果相比较,实时计算结果优于采用精密轨道和精密钟差计算结果.

基于实时精密单点定位技术的暴雨短临预报

提出了一种将实时精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)技术用于暴雨短临预报的新方法.该方法首先基于GPS连续运行参考站网(Continuously Operating Reference Stations,CORS)实时估计的精密卫星钟差完成PPP解算,再以实时获取的对流层延迟(Zenith Tropospheric Delay,ZTD)及其增量变化为依据进行暴雨短临预报.研究结果表明:一般雷暴天气来临之前的2～6h,ZTD增量表现为先后突破±5mm/5min,且后续记录到的实际降水量大小与ZTD维持在高水平阶段的时间长短有较好的对应关系;就热带气旋而言,在强风作用下,ZTD增量变化表现的异常活跃和复杂,规律性较弱,但对短临预报强降雨仍有一定的指示作用.

基于北斗短报文的远海实时精密单点定位

针对远海精密导航与定位费用高昂的问题,提出利用北斗短报文传输多模全球导航卫星系统的实时服务数据,实现远海实时精密单点定位。为了降低通信成本和硬件成本,本研究对实时服务数据进行简化,弥补了北斗短报文带宽的不足;为了克服北斗短报文频率低的缺点,采取了实时精密星历预报的方法,来获取分钟间隔以外时刻的卫星轨道位置和钟差改正。对基于北斗短报文的远海实时精密单点定位的数据处理过程进行了仿真模拟。后期处理实测海洋观测数据,对定位性能进行测试,可实现水平方向厘米级定位,竖直方向精度为10~20 cm。该方法为低成本的远海实时定位提供了技术参考。

实时GPS精密卫星钟差估计及实时精密单点定位

研究了GPS实时精密卫星钟差的估计方法,并将实时钟差应用于实时精密单点定位。采用自编软件,依据全球均匀分布的IGS参考站实测数据,基于非差消电离层组合载波和伪距观测量实现了GPS实时精密卫星钟差估计。试验结果表明,自主估计的实时卫星钟差与IGS发布的最终精密钟差具有较好一致性,互差优于0.2ns;用于实时精密单点定位,能够获得静态定位1~2cm、仿动态定位厘米级精度。

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。

一种无需精密钟差的实时精密单点定位方法

提出一种基于少量参考站的无需外部钟差产品的非差实时精密单点定位(PPP)方法。该方法将参考站与流动站的共视卫星钟差项作为公共项联立观测方程,在估计流动站位置参数的同时将卫星钟差一并估计,从而无需等待服务器端解算的钟差产品,在客户端就可以单独完成实时PPP的解算。该方法在只有4个参考站参与解算的情况下,可使实时PPP精度达到厘米级,与同等条件下估计卫星钟差的PPP方法相比整体精度提高了28.8%;在只有2个参考站、甚至仅有1个参考站时,精度依然维持在厘米级。而在同等数量的参考站参与解算时,本文所提出的方法收敛速度也比估计卫星钟差的PPP方法的快。

实时精密单点定位精度与收敛性分析

介绍了目前国际全球定位系统服务(IGS)组织提供的实时精密轨道和精密钟差改正系数(ROCC)的基本参数以及能够进行实时精密单点定位软件(BNC)(即BKG NtripClient,由BKG开发的一款用于实时同步接收、解码及转换的GNSS数据流管理软件)。选取了25个全球IGS跟踪站,并基于BNC软件分析了IGS提供的15种ROCC产品对测站实时精密单点定位精度与收敛性的影响。实验结果表明:采用BNC软件,15种ROCC产品均能在平均15min的时间收敛,并且在N、E方向达到6～8cm,U方向10～20cm的定位精度;且不同ROCC产品其收敛时间和定位精度都存在一定的差异。

迈向实时位置服务的精密单点定位技术

介绍近年来随着GNSS技术向大范围、高精度、动态实时定位服务技术迈进,精密单点定位技术研究在实时轨道钟差数据获取,非差模糊度固定技术及在线精密单点定位服务系统方面取得的研究进展。总结了这些领域新出现的主要技术、算法和相关产品,并展望了未来精密单点定位技术的发展方向。

利用改正数信息的北斗三号实时精密单点定位及性能分析

北斗三号全球卫星导航系统已正式建成并开通服务。为了利用实时改正数信息系统地揭示北斗三号精密单点定位性能,并为用户提供理论依据和应用参考,首先解算了卫星实时精密轨道、钟差及其改正数,分析了其精度。然后基于实时改正数信息,利用监测站广播星历和观测数据,分别进行了双频静态、双频仿动态、单频静态和单频仿动态仿实时精密单点定位,以评估其性能。结果表明北斗三号MEO卫星实时轨道和钟差精度均值分别约为12cm和0.2ns,满足实时精密单点定位需求。静态实时精密单点定位精度优于动态,双频优于单频,均可达到分米级。对于定位收敛时间,双频静态最短,约为40min;双频动态和单频静态均约为85min;单频动态最长,约为120min。

实时GLONASS精密卫星钟差估计及实时精密单点定位

研究非差实时GLONASS精密卫星钟差的估计方法,并将实时钟差应用于实时精密单点定位。采用自编软件,依据全球均匀分布的GNSS参考站实测数据,基于非差消电离层组合载波和伪距观测量,实现了GLONASS实时精密卫星钟差估计。实验结果表明,自主估计的实时GLONASS卫星钟差与ESA发布的最终精密钟差具有较好的一致性,互差优于0.5ns;用于实时精密单点定位,能够获得静态定位cm级精度,仿动态定位水平方向5～15cm、高程方向10～30cm的精度。

基于单个GPS/BDS信标台增强的实时精密单点定位

随着IGS实时服务的推广,实时轨道、钟差产品可用于实时PPP;然而,在一些通讯条件差的地方,如偏远山区和广袤的海洋,差分信号的播发与接收仍然是实时PPP的障碍。文中提出一种基于单个GPS/BDS信标台的实时PPP定位方法:基站采用广播星历和无电离层伪距、相位观测值,实时估计耦合轨道、钟误差;单向通讯的方式播发给用户端,减小通讯量,提高用户端的定位性能。经过分别距参考站约200km和300km的流动站进行验证,通过约10~12min收敛,GPS/BDS组合可得到水平优于20cm的定位精度。本案验证了采用广播星历进行实时PPP的可行性,为海洋和偏远地区提供一种高精度定位方法。

基于预报星历和基准站辅助的BDS实时精密单点定位

基于预报星历的常规实时精密单点定位存在相位模糊度难以收敛、定位精度低等问题。文中采用附加基准站改正信息的PPP算法,消除与卫星有关误差影响。依托香港卫星定位参考站网,采用WHU预报星历获取实时卫星轨道和钟差改正,开展基于预报星历和基准站辅助的中国北斗卫星导航系统实时PPP应用研究,并对其定位性能进行分析。试验结果表明,基准站辅助的BDS实时静态PPP单天解的重复测量精度在水平方向优于1 cm,高程方向优于2 cm;基准站辅助的BDS实时动态PPP相位模糊度能够快速收敛,收敛后的定位精度大幅提升,其重复测量精度在水平方向优于4 cm,高程方向优于10 cm,相对于参考坐标的外符合精度在水平方向优于7 cm,高程方向优于15 cm。

BDS实时精密单点定位性能分析

以GFZ事后精密轨道与钟差产品为参考,评估CNES实时轨道与钟差精度。基于CNES实时轨道和钟差,对18个MGEX地面站进行了实时精密单点定位(Real-Time Precise Point Positioning, RT PPP)测试,以GPS为参考分别对比分析了BDS3、BDS2+3的RT PPP的性能。结果表明,GPS实时轨道三维精度优于11 cm,实时钟差精度约为0.02~0.06 ns, BDS非GEO卫星实时轨道三维精度优于33 cm,钟差精度约为0.05~0.29 ns。BDS与GPS三维定位精度基本相当,约为5~6 cm。GPS平均收敛速度约为59 min, BDS平均收敛时间约为124 min。相对于BDS3、BDS2+3在E、N、U三方向的定位精度分别提升9.9%、6.7%、2.6%,3D定位精度提升5.8%,收敛速度提升20.2%。

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信号精密单点定位服务可用性分析

针对北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)PPP-B2b信号精密单点定位(precise point positioning,PPP)服务可用性,以改正参数的可用性比例、平均可用卫星数和改正参数匹配性为指标进行了系统分析.结果表明:在中国及周边地区,BDS-3 PPP-B2b信号改正参数的可用性在71%~95%,且在北京地区达到最大,GPS改正参数可用性在68.5%~88.6%,差于BDS-3.中国及周边地区用户缺少PPP-B2b信号改正参数的卫星观测弧段主要集中在低高度角时段,其改正参数的可用性随着截止高度角的增大而增大;BDS-3、GPS和BDS-3/GPS在中国及周边地区的改正数可用平均卫星数分别约为8颗、7颗和15颗,可以确保有效的实时PPP(real time PPP,RT-PPP)服务性能,但平均约有1颗BDS-3卫星和2颗GPS卫星因为缺少PPP-B2b信号改正参数而无法参与RT-PPP服务;对于赤道以南地区,单个系统基本无法提供有效的PPPB2b服务,其改正参数的平均可用性低于50%,但BDS-3/GPS双系统在部分低纬度地区可提供约7~11颗的可用卫星;由于轨道改正参数和钟差改正参数更新频率不一致,在钟差改正数版本号(IOD Corr)参数更新时,会出现短暂的改正参数不匹配情况.