基于JFNG站的北斗PPP-B2b服务实时精密单点定位精度评估

北斗三号PPP-B2b服务能够给中国以及周边区域提供免费的高精度服务。通过司南K803系列接收机接收PPP-B2b信号,利用JFNG站2021年11月5日至11月13日共9天的观测数据,评估了基于PPP-B2b产品的BDS和GPS的精密单点定位(PPP)的精度,包括静态和动态定位的精度以及对流层天顶延迟(ZTD)精度。结果表明:BDS静态PPP的定位偏差均方根误差(root mean square,RMS)在N、E方向为1.5 cm左右,在U方向上为3 cm左右;GPS静态PPP在N方向上的RMS在1 cm以内,E方向RMS在5 cm左右,U方向RMS在2 cm左右;BDS动态PPP在N方向RMS在3 cm左右,E方向RMS在4 cm左右,U方向上的RMS在8 cm左右,GPS动态PPP在N方向上为4 cm左右,在E方向上为6 cm左右,在U方向为10 cm左右。BDS的ZTD静态平均误差RMS小于1 cm,动态在1.3 cm以内;GPS的ZTD误差稍大一些,静态平均误差在1.5 cm左右,动态平均误差在2 cm以内。最终可以得出:基于JFNG站的北斗PPP-B2b服务实时精密单点定位BDS的定位精度和ZTD精度优于GPS。

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。

GPS实时精密单点定位精度与收敛性分析

针对目前实时精密单点定位精度无法长时间稳定在厘米级的问题,利用IGS发布的实时数据流SSR改正信息对全球均匀分布的多个测站进行实时精密单点定位解算,系统分析同一观测时段内不同测站的收敛性和定位精度。实验结果表明,利用实时数据流SSR改正信息所观测的各测站在N、E和U方向的平均收敛时间分别为22、20和27min,N方向定位精度为2.2,E方向定位精度为2.8,U方向定位精度为5.3cm,N方向和E方向的定位精度较U方向好,能够实现实时厘米级定位。

BDS-3实时精密单点定位精度分析

基于武汉大学自主研发的GNSS高精度数据处理软件PANDA,本文采用MGEX网测站BDS-2/BDS-3连续一周的观测数据,通过仿实时处理BDS-3精密轨道与钟差产品进行BDS-3卫星实时精密轨道产品重叠弧段评估,实时轨道径向精度优于10 cm,实时钟差STD优于0.3 ns。在此基础上验证分析了BDS-2、BDS-3及BDS-2+BDS-3融合的实时静态PPP与实时动态PPP定位。试验结果表明:BDS-3静态PPP定位精度水平优于2 cm,高程优于4 cm;BDS-2+BDS-3联合实时动态PPP收敛时间相较BDS-2分别提升了约38.2%、75.0%、49.7%;收敛后E方向精度优于3 cm,N方向精度优于2 cm,平均提升了38.2%,高程方向精度优于6 cm,平均提升了64%。

不同星历下实时精密单点定位精度分析

基于自主研制的软件,分别利用超快速外推星历和钟差,以及基于广播星历的实时SSR改正的精密星历和钟差进行实时精密单点定位。结果表明,利用SSR改正信息的实时精密单点定位精度更高;利用SSR改正信息得到的实时星历和钟差与IGS最终产品对比,卫星位置互差RMS值优于7 cm,钟差互差RMS值优于0.3 ns;收敛后实时SSR改正和超快速这两种产品实时静态定位精度水平方向RMS值分别优于3 cm、4 cm,高程RMS值优于3 cm、6 cm。

GPS/Galileo实时精密单点定位精度分析

在组合PPP函数模型分析的基础上,采用CNES提供的多系统实时轨道和钟差信息,实现GPS/Galileo组合单双频实时静动态PPP,并选取10个MGEX站10d的观测数据进行解算分析。结果表明,单双频实时静态PPP中,GPS/Galileo组合的定位精度略优于单纯的GPS;单双频实时动态PPP中,GPS/Galileo组合具有较好的定位效果。相较于单纯的GPS,GPS/Galileo组合单频PPP在E、N、U方向平均精度为10.6cm、9.8cm、22.5cm,分别提高了5.4%、4.9%、10.4%;双频PPP在E、N、U方向平均精度为4.3cm、2.9cm、7.0cm,分别提高了6.5%、6.5%、5.4%。同时,GPS/Galileo组合PPP较GPS在收敛时间方面也有一定的改善。

基于RTS的海上实时精密单点定位精度分析

组织实施了连续一周的渤海湾船载动态GPS定位试验,对BNC软件客户端接收的IGS实时数据流4种综合产品(IGC01、IGS01、IGS02和IGS03)的数据可用性和精度进行了验证;对基于RTS改正的船载实时精密单点定位的精度进行了分析。结果表明,4种RTS产品的数据可用率均在90%以上,其中IGS01的数据可用率最高为97.68%;以IGS最终精密星历和钟差产品为参考,4种RTS轨道产品在X、Y、Z方向的精度(RMS)均优于4cm,钟差产品的精度(STD)优于0.2ns;以采用IGS最终精密星历和钟差产品的事后PPP结果为参考,基于RTS的船载RTPPP的水平方向精度优于7cm,高程方向精度为12cm,三维位置精度约为15cm。

基于SSR改正的实时精密单点定位精度分析

通过IGS分析中心实时播发的SSR(State Space Representation)信息修正广播星历轨道和钟差,使用扩展Kalman滤波数据处理方法仿真实时精密单点定位。结果表明:经过实时SSR修正后的广播星历钟差与IGS最终钟差产品相比,精度优于0.15ns。广播星历SSR修正的实时精密单点定位单天解ENU方向RMS优于20cm,其优于超快速预报星历的实时精密单点定位结果,低于基于IGS最终精密星历的动态精密单点定位精度。

PPP-B2b服务的实时精密单点定位精度分析

基于北斗官方发布的承载精密单点定位(PPP)服务的PPP-B2b信号与南方测绘最新研发高精度定位终端,本文采用全国6个城市连续一周的观测数据和实时定位结果,分析了基于PPP-B2b服务的PPP精度。其中重点分析了实时静态PPP与实时动态PPP定位的精度。试验结果如下:基于PPP-B2b服务的静态PPP定位精度水平方向优于7 cm,高程方向优于10 cm;基于PPP-B2b服务的动态PPP定位精度水平方向优于10 cm,高程方向优于15 cm。试验结果表明,基于该服务的实时PPP能达到静态厘米级、动态分米级的定位精度。

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。

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。

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。

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。

不同纬度GPS/BDS-3精密单点定位性能分析

为分析不同纬度区域GPS/BDS-3组合精密单点定位精度及其收敛时间,实验选取了MGEX(Multi-GNSS experiment)7个测站连续14 d的观测数据,对GPS/BDS-3组合进行精密单点定位(PPP)技术定位性能分析,并与GPS、BDS-3单系统进行对比。结果表明,无论是静态定位还是动态定位模式下,由于低纬度地区电离层较为活跃,导致数据质量较差,测站的收敛时间比高纬度测站长。此外,在静态定位模式下,GPS/BDS-3组合在水平方向定位精度优于0.8 cm,高程方向优于1.4 cm;GPS/BDS-3组合对于BDS-3单系统而言在水平方向定位精度提高了26.3%,高程方向提高了42.9%。在动态定位模式下,GPS/BDS-3组合在水平方向定位精度优于1.8 cm,高程方向优于3.8 cm;GPS/BDS-3组合对于BDS-3单系统而言在水平方向定位精度提高了35.59%,高程方向提高了56.10%。

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.

BDS/GPS精密单点定位收敛时间与定位精度的比较

采用武汉大学卫星导航定位技术研究中心发布的北斗精密卫星轨道和钟差,在TriP 2.0软件的基础上实现了BDS PPP定位算法,并利用大量实测数据进行了BDS/GPS静态PPP和动态PPP浮点解试验。结果表明,BDS静态PPP的收敛时间约为80min,动态PPP的收敛时间为100min;对于3h的观测数据,静态PPP收敛后定位精度优于5cm,动态PPP收敛后水平方向优于8cm,高程方向约12cm;与GPS PPP类似,东分量上定位精度较北分量稍差。当前由于BDS的全球跟踪站有限,精密轨道和钟差精度不如GPS,因此BDS PPP的收敛时间较GPS长,但收敛后可实现厘米至分米级的绝对定位。

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.

Galileo/GPS精密单点定位收敛时间与定位精度的比较与分析

研究了Galileo PPP参数估计及其误差处理方法,并采用MGEX 1924和1925周的数据进行了试验分析。结果表明,Galileo系统的平均可见卫星数不到GPS的一半。卫星数为4颗左右时,定位收敛通常需要180个历元,而达到6颗时仅需要66个历元。可见卫星数的增加显著提升了Galileo的收敛速度,随着卫星数的进一步增多将会达到与GPS收敛速度相当的水平。Galileo的3 h静态PPP收敛后的定位偏差约是GPS PPP的2.5倍,达到4.75 cm。随观测时间的增加定位精度提升显著,其6、12、24 h的定位精度分别能达到2.38、1.51和1.26 cm;其中12和24 h的定位精度比GPS略低约0.40 cm,但二者水平方向的精度优于1 cm,高程方向的偏差比1 cm稍大。

GPS静态精密单点定位精度实验分析

通过实验分析了静态GPS精密单点定位精度,提出了应用精密单点定位技术进行生产作业时应该注意的几点问题。