星基增强系统(SBAS)用户端定位算法设计

星基增强系统作为GNSS的重要组成部分,通过提供广播星历差分改正与完好性增强信息,满足高精度高完好性用户使用需求。本文主要设计了一套完整的星基增强系统单双频用户端定位算法处理策略,根据自编程序,验证了算法的正确性。

基于北斗三号星基增强系统的船舶定位应用研究

文章提出了一种广域导航定位增强技术,基于北斗三号星基增强系统(SBAS)的船舶定位技术,定位精度可达4m以内,可有效保证船舶在航行与靠泊过程中快速、精准的定位,提高了船舶航行应用服务的精度、连续性、可用性、完好性。对深入推广和完善海上北斗星基增强系统的应用具有重要意义。

SBAS星历星钟增强技术研究

随着全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的发展,GNSS逐渐被应用于航空导航服务。为了满足航空导航性能要求,世界各国致力于GNSS增强系统尤其是星基增强系统(satellite-based augmentation system,SBAS)的研究,以提升GNSS的精度、完好性、连续性和可用性。SBAS已成为提升GNSS综合性能尤其是完好性的重要解决措施。美国和欧洲的SBAS已经能够为航空用户提供垂直引导的定位器性能标准(localizer performance with vertical guidance 200,LPV200)等级导航服务,SDCM、MSAS、KASS和GAGAN等SBAS所提供的导航服务信号也逐渐覆盖中国周边地区。

第二代星基增强系统GATBP的PPP服务模糊度固定效果

为验证第二代星基增强系统GATBP PPP服务的模糊度固定效果,使用与观测值相关的信号偏差改正数对卫星硬件延迟进行改正,利用LAMBDA方法分别固定宽巷和窄巷模糊度,获得固定的单差无电离层组合模糊度。使用GATBP精密产品对10个MGEX测站7 d的观测数据进行PPP解算,并与CODE精密产品解算结果对比。结果表明,使用GATBP产品的宽巷和窄巷模糊度固定率平均值分别为95%和30.2%,水平方向定位误差RMS优于10 cm,三维定位误差RMS优于15 cm,相位观测值残差RMS优于3 cm,对流层估计误差RMS优于1.5 cm;使用CODE产品的宽巷和窄巷模糊度固定率平均值均在95%以上,相位观测值残差、定位误差和对流层估计误差均显著小于GATBP产品。

北斗三号全球导航卫星系统服务性能评估:定位导航授时、星基增强、精密单点定位、短报文通信与国际搜救

本文给出了北斗三号全球导航卫星系统定位导航授时、星基增强、精密单点定位、区域短报文通信、全球短报文通信和国际搜救共6类服务的测试评估方法,并利用实测数据对各类服务的核心指标进行了评估。结果表明,定位导航授时服务方面,空间信号测距误差0.23 m(RMS),空间信号可用性99.44%,空间信号连续性99.99%,PDOP可用性100%,B1C信号全球定位精度水平方向1.31 m、垂直方向2.13 m(95%),B1C信号全球定位可用性99.93%,B1C信号授时精度14.7 ns(95%);星基增强服务方面,定位精度水平方向1.03 m、垂直方向2.60 m(95%)、具有垂直引导能力的一类进近(APV-I)可用性100%;精密单点定位服务方面,定位精度水平方向0.17 m(95%)、垂直方向0.22 m(95%)、平均收敛时间9 min;区域短报文通信服务成功率99.6%,服务容量1530万次/h(上行)、935万次/h(下行);全球短报文通信服务成功率96.46%,服务容量40万次/h(上行)、21万次/h(下行);国际搜救服务方面,搜救信号接收成功率98.3%(发射功率37 dBm)。

分区综合改正:服务于北斗分米级星基增强系统的差分改正模型

针对分米级星基增强服务的需求,提出一种满足用户基于相位观测值进行单站定位的分区综合改正模型。该模型利用参考站网的观测数据,实时计算参考站对每颗卫星伪距和相位观测值的综合改正数,并将综合改正数按照分区的方式编排到广播电文并广播给用户使用。本文介绍了模型的原理,并分析了参数播发频度、用户站与分区中心距离等因素对用户定位的影响。建立基于分区综合改正数的星基增强数据处理系统,采用分布于中国不同区域的北斗观测站数据对系统性能进行评估。结果表明,双频用户动态定位平均10min内收敛至误差小于1m,平均平面精度能达到15cm,高程精度达到20cm。

北斗星基增强系统性能提升初步评估

介绍了北斗星基增强系统及广域差分改正数算法.采用10个测站6d的相位平滑伪距和相位观测数据,初步评估了北斗星基增强系统性能提升后的用户定位性能.结果表明:用户相位平滑伪距增强定位精度在东、北和天顶3个方向上分别达到0.3m、0.4m和0.8m,相对于普通导航平均三维提高了53%;基于精密单点定位技术的用户相位增强定位坐标平均在7min内收敛到1m以内,收敛之后水平坐标精度能达到0.1m,高程坐标精度能达到0.2m,两项指标都优于基于外部后处理精密轨道钟差的精密单点定位结果.

BD星基增强系统格网电离层延迟算法

随着北斗卫星导航系统的发展日益成熟,开发基于北斗的星基增强系统已刻不容缓,而电离层误差是影响星基增强系统定位精度的重要误差源。利用中国大陆构造环境监测网络的10个GNSS参考站在2016年3月20日的观测数据,验证了基于北斗导航系统的星基增强系统格网电离层修正算法在中国地区部分站点的修正精度,与Klobuchar模型修正法进行了对比,并检验了格网电离层垂直延迟的修正误差GIVE。结果表明,格网电离层修正算法的修正精度普遍优于Klobuchar模型修正法;修正误差也在正常范围内,进一步说明格网电离层延迟算法在中国地区的应用是可行的。

星基增强系统接收机中的导航比特同步设计与性能仿真

星基增强系统(SBAS)中导航电文速率为500符号/秒,针对其弱信号时找导航比特边界难的特点,提出了基于最大似然算法的比特同步算法,给出了在SBAS接收机中比特同步的应用公式和实现方法,并进一步创新性地设计了包含有软判决和多次判决的比特同步综合流程;最后在多种导航比特分布的情形下,对最大似然比特同步算法进行了不同载噪比下的性能仿真,确认了此算法在接收信号很弱时仍然有效。

卫星导航星基增强系统及信号体制的比较

概述了美国广域增强系统(WAAS)、俄罗斯的差分校正和监测系统(SDCM)、欧洲的地球静止导航重叠服务(EGNOS)、日本的多功能卫星星基增强系统(MSAS)以及印度的GPS辅助静地轨道增强系统(GAGAN)的基本工作原理、现状及技术发展趋势。研究了SBAS L5、L1频点的信号体制,包括调制方式、扩频码生成方法、电文类型、电文编码方式等,并对信号体制进行了比较。为国内卫星导航星基增强系统的研究提供参考,同时给出了增强载荷信号体制的设计建议。

国外卫星导航星基增强系统发展概况

单纯依靠卫星导航系统,哪怕是目前定位精度最高的GPS系统,也无法满足一些对定位精度要求比较高的应用需求,比如航空领域的飞机精密进近等。因此,针对这一需求,尤其是来自航空业的迫切需要,许多国家都发展了自己的卫星导航增强系统。

星基增强系统技术发展及应用研究

全球导航卫星系统(GNSS)是实现基于性能导航(PBN)的重要手段,星基增强系统(SBAS)对GNSS进行增强使其能够满足民航的高完好性标准要求。本文介绍了SBAS的概念和原理,并以广域增强系统(WAAS)为例,详细介绍了SBAS的系统架构、数据处理流程、系统运行及管理和系统应用与服务,分析了SBAS的航空应用方法,并指出了利用双频多星座SBAS实现CAT-I精密进近的发展趋势和SBAS拓展到其他行业的应用趋势。

星基增强系统10参数广播星历拟合分析

为满足多种卫星轨道的应用需求,在星基增强系统新增的L5信号接口中重新设计了一种10参数星历模型。使用2016年北斗卫星系统地球同步轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中地球轨道卫星的精密轨道数据,在内符合精度、拟合成功率以及运算速度等方面,分别评估了10参数星历模型在这些卫星轨道上的拟合效果。试验结果表明,10参数星历模型可以保证10^(-3)cm左右的内符合精度。但地球同步轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星的拟合成功率分别为89.36%和99.17%。尝试去除idot参数以解决拟合失败的问题,结果表明,该处理可以实现100%的拟合成功率,但拟合误差有所上升,且对不同的轨道类型,拟合运算速度有不同程度的提升或下降。

基于单频完好性参数包络要求的SBAS服务范围确定方法

基于单频完好性参数99.9%包络概率的要求,提出一种确定星基增强系统SBAS(satellite-based augmentation system)服务范围的方法。对欧洲EGNOS实际播发的完好性信息进行分析发现,使用本文方法推算出的EGNOS服务范围与其公布范围基本一致。该方法可为北斗星基增强系统BDSBAS(Beidou satellite-based augmentation system)服务范围的确定提供理论依据,促进BDSBAS服务性能的提升。

北斗星基增强分米级定位与multi-GNSS实时单频精密单点定位研究

北斗广域差分星基增强系统(satellite-based augmentation system,SBAS)提出的四重差分改正数(卫星轨道改正数、等效钟差改正数、实时格网电离层改正数和分区综合改正数)结合精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术可实现实时快速分米级定位。为提高北斗SBAS PPP的服务性能,论文围绕多系统融合数据处理、分区切换算法、3种实时单频PPP模型和4种电离层模型展开研究。主要研究内容如下。

星基增强不同改正策略定位精度分析

基于SBAS星基增强定位原理,分别采用快速校正、长期校正、快速+长期校正3种解算策略对WAAS、EGNOS、MSAS系统覆盖区域内32个IGS站进行星基增强单频静态单点定位,并与标准单点定位的结果进行对比,分析SBAS系统对定位精度的提升效果。结果表明,3种解算策略中,快速+长期校正对定位精度提升效果最好,N,E,U方向分别提升35.93%、26.59%、41.03%;长期校正效果中N,E,U方向分别提升20.80%、11.97%、33.03%;快速校正提升幅度最低,N,E,U方向分别提升8.33%、7.22%、24.32%;三大SBAS系统中,WAAS系统对定位精度的提升效果最优,MSAS系统次之。

星基增强系统导航电文及完好性信息研究

星基增强系统(SBAS)是全球导航卫星系统的重要组成部分,完好性信息是星基增强系统导航电文的主要内容之一。主要研究了全球星基增强系统的组成,星基增强系统的导航电文结构以及电文中播发的完好性信息。卫星可通过通信链路向用户发布星基增强系统导航电文,以实现改善用户定位精度和完好性服务等功能。

北斗全球系统GEO卫星SBAS信号质量评估

北斗全球卫星导航系统在实现基本导航服务的基础上,还将为中国及其周边地区提供星基增强的服务模式。北斗全球系统在GEO卫星下行频点BDSBAS-B1C和BDSBAS-B2a分别播发RTCA DO-229D协议和DFMC-SBAS协议的星基增强信息。根据SBAS接口协议文件,北斗全球系统GEO卫星可在BDSBAS-B1C和BDSBAS-B2a两个频点与GPS卫星实现无系统偏差的联合增强定位,这将一定程度上改善BDSBAS系统GPS用户的区域PDOP值。从数据完整率、载噪比和多路径误差三个角度对北斗全球系统GEO-1卫星在频点BDSBAS-B1C和BDSBAS-B2a上的信号质量进行评估,并分别与GPS卫星在L1CA和L5频点上完成对比分析,结果表明:GEO-1卫星在中国区域的SBAS信号质量优于GPS卫星。

北斗单频星基增强服务性能初步评估

针对北斗单频星基增强服务(BDSBAS-B1C)实际服务性能指标尚不明确的问题,提出一种BDSBAS-B1C服务性能监测评估方法:开发一套BDSBAS-B1C服务性能分析软件;并结合2022年1—4月的观测数据对BDSBAS-B1C的覆盖范围、可用性、连续性、定位精度和完好性等服务性能关键指标进行初步评估。结果表明,BDSBAS-B1C的I类垂直引导进近服务可用性和连续性在中国内陆区域能够达到99.99%以上,而在中国边界区域会有所下降,水平定位精度约为1.1 m,高程定位精度约为2.1 m,较全球定位系统(GPS)标准定位提升了约46%和43%,评估期间没有发生误警、漏警事件。

建设北斗星基增强系统精准服务“一带一路”

星基增强系统作为重要的导航基础设施,通过在导航频点播发类导航系统信号为相关国家及地区提供覆盖范围广、精度高的导航位置服务。"一带一路"战略规划的提出,对北斗高精度导航应用提出了强烈需求,建设北斗星基增强系统既是全面服务"一带一路"国家整体战略规划的需求,也是北斗国际化发展的内在需求。本文分析星基增强系统发展现状,提出基于北斗/GPS建设星基增强系统的构想。