GNSS增强系统中精密实时钟差高频估计及应用研究

GNSS星基差分增强系统依赖于实时轨道及钟差增强信息。本文主要研究多GNSS实时精密钟差估计模型,在传统非差基础上优化待估参数,实现了一种高效的Multi-GNSS实时钟差简化估计模型。基于PANDA软件开展了实时轨道数据处理与分析,经过验证可获得的GPS/北斗MEO/Galileo实时轨道径向精度1~5cm,北斗GEO/IGSO卫星径向精度约10cm。分析发现本文优化的实时钟差简化估计模型单历元解算效率较高,可应用于实时钟差增强信息高频(如1Hz)更新,且解算获得的实时钟差不存在常偏为绝对钟差;基于实时轨道,通过该模型可获得实时钟差精度GPS约0.22ns,北斗GEO约0.50ns、IGSO/MEO约0.24ns,Galileo约0.32ns。在此基础上,利用目前所获取的MultiGNSS实时数据流搭建了Multi-GNSS全球实时增强原型系统,并基于互联网实时播发增强信息,可初步实现实时PPP厘米级服务、伪距米级导航定位服务。

BDS卫星实时钟差估计

随着无人驾驶等高新技术的快速发展,实时精密单点定位在GNSS领域中受到越来越多的关注。研究实时卫星钟差的获取和实时定位精度具有较大的现实意义,本文为研究耦合BDS卫星轨道、钟差产品对定位精度的影响,采用不同精度的轨道产品实时获取卫星钟差。分析了卫星钟差误差与轨道误差之间的相关性及钟差对轨道误差的吸收能力,发现卫星钟差能够吸收95%以上的轨道径向误差和部分切线误差,在一定程度上弥补了轨道误差引起的定位误差。采用耦合的卫星轨道、钟差产品,单BDS系统定位精度可达到分米级的定位结果。

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%。

GNSS实时卫星钟差估计技术进展

不依赖实体基准站增强信息的GNSS实时精密单点定位服务将逐渐成为主流定位模式。实时卫星钟差产品作为实时精密单点定位的关键先决条件之一,其精度直接决定实时精密定位服务的性能。计算实时卫星钟差的GNSS实时卫星钟差估计技术成为实时精密定位的核心技术之一,其主要包括两种解算模式:非差解算模式和差分解算模式。由于对卫星模糊度等未知参数处理策略的不同,卫星钟差估计技术又可细分为非差、历元差分、星间差分、混合差分等策略类型。针对不同实时卫星钟差估计技术的原理方法、算法效率、适用性等问题,综合目前已有相关研究成果的基础上,对GNSS实时卫星钟差估计的研究现状、关键技术和面临的挑战进行了较为系统的总结综述,并对未来卫星钟差预报产品和实时估计产品的关系进行了展望。

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%。

区域测站数对BDS实时卫星钟差估计的影响分析

地面测站的数量及分布会影响实时卫星钟差估计的精度和可靠性。鉴于目前BDS主要为亚太地区提供服务,均匀选取中国区域内8~24个实时监测站,分析区域测站数与BDS实时卫星钟差估计精度的关系。结果表明,当测站数小于16个,IGSO/MEO卫星在中国区域内被观测的弧长不全,实时钟差精度和定位精度较差;当测站数达到16个,中国区域内可观测的BDS卫星弧长覆盖饱和;当测站数达到17个及以上,实时钟差精度达到0.15ns,平面定位精度达到0.3m以内,高程定位精度达到0.4m以内,且钟差和定位精度随着测站数的增加不再明显提高。

基于新陈代谢灰色模型的实时GPS卫星钟差预报研究

实时GPS卫星钟差的可靠性预报是GPS实现实时精密单点定位的关键技术之一。传统的GM(1,1)模型不能及时更新新息数据,致使计算结果精度较差。本文首先介绍了常用的几个钟差模型,并利用新陈代谢GM(1,1)模型,与常用的二次多项式模型进行了对比。通过自编程序,依据某一IGS跟踪站实测的精密卫星星历数据,进行了实时的GPS卫星钟差预报,并与IGS事后精密钟差进行了比较。实验结果表明,基于该新陈代谢GM(1,1)模型估计的卫星钟差与IGS发布的最终精密钟差具有较好的有效性和一致性,这为实时GPS动态精密单点定位提供较高精度的卫星钟差产品。

基于局域参考站网络伪距观测的钟差估计及应用

系统地推导了基于局域参考站网络伪距观测进行实时钟差的运算公式,并讨论了以估计得到的钟差进行实时单站定位的数学模型.采用所推导的公式及数学模型,以上海参考站网络和同济大学GPS基准站的伪距观测数据,进行了GPS卫星钟差的实时估计和实时动态单点定位解算.结果表明,单历元伪距观测动态定位结果在北、东、上三个方向的均方根(RMS)值可达到0.444 2,0.522 7,1.110 9m.

不同分析中心GNSS实时SSR产品研究与分析

为了弥补以往实时轨道和钟差产品的评估大都围绕全球定位系统(GPS),而对多个卫星导航系统的实时产品研究分析还不够全面的不足,研究分析了不同分析中心的实时状态空间表达(SSR)产品:给出实时产品与广播星历匹配、实时精密轨道和钟差恢复的算法;评估分析了4个卫星导航系统的卫星实时轨道、钟差精度和实时轨道跳跃现象;最后通过设计仿动态实验,分析评估产品的实时精密单点定位性能。结果表明:除北斗卫星导航系统(BDS)静止轨道卫星外,其他导航卫星的实时轨道精度都达到了厘米级,实时钟差精度达到亚纳秒级,这表明各分析中心实时卫星产品与钟差产品的质量和时效性不断提高;与事后精密轨道相比,实时轨道会发生周期性的跳跃,跳跃周期与超快速星历更新周期一致。

基于GNSS网络的实时精密单点定位

针对当前实时精密单点定位研究的重要内容,本文主要详细的推导实时钟差的快速估计方法,以及针对所估计的实时钟差的特点,推导实时精密单点定位参数估计模型,并讨论其中涉及到的关键问题。

GPS/BeiDou/Galileo/GLONASS实时精密卫星钟差估计

基于GNSS(global navigation satellite system)非差观测量,利用双线程钟差加密的方法,本文实现了导航卫星实时钟差的逐秒更新。通过选取全球均匀分布的76个参考站对四系统钟差进行联合估计,并从实时轨道精度,解算效率,钟差精度和精密单点定位(precision point positioning,PPP)定位结果对该系统进行分析和评估。结果表明,GPS预报轨道径向精度为2.3 cm,GLONASS和Galileo预报轨道径向精度为3 cm和3.5 cm,北斗GEO、IGSO、MEO卫星预报轨道径向精度分别为31 cm,17 cm和5.3 cm;钟差统计结果表明,GPS实时钟差精度优于0.2 ns,GLONASS钟差精度优于0.4 ns,Galileo钟差精度优于0.3 ns,受轨道影响,北斗GEO实时钟差精度为0.6~1.0 ns,IGSO钟差精度为0.4~0.7 ns,MEO钟差精度为0.3~0.4 ns;PPP定位结果表明,解算钟差定位精度与事后钟差定位结果相当,平面精度在3 cm以下,高程精度在5 cm以下。