VLBI观测对转发式测距GEO卫星定轨精度的贡献分析

联合甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry,VLBI)时延数据与转发式(orbit determination by transfer tracking,ODTT)测距数据能够有效提高地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星定轨精度。参照位置精度衰减因子(position dilution of precision,PDOP)的改变,研究不同VLBI基线时延数据与转发式测距数据的联合对GEO卫星定轨精度的改善,可为特定条件下联合观测时VLBI基线的最优选择提供参考。基于中国科学院国家授时中心宽带VLBI系统和转发式测轨系统的实测数据,开展中星12号GEO卫星的定轨试验。试验结果表明定轨精度的提高与PDOP的降低成正相关。相比于转发式单独定轨,联合VLBI系统中的喀什—三亚基线,PDOP降低了3.00,定轨精度提高了11.48%;联合VLBI系统中的吉林—喀什基线,PDOP降低了3.38,定轨精度提高了14.73%;联合VLBI系统中的吉林—三亚基线,PDOP降低了6.90,定轨精度提高了19.75%;联合VLBI系统中的吉林—三亚和吉林—喀什两条基线,PDOP降低了9.94,定轨精度提高了27.23%。

低轨卫星下行仿真数据精密定轨研究

低轨卫星导航定位是新一代卫星导航技术发展的重要方向,使用低轨卫星提供高精度定位、导航与授时(positioning,navigation and timing,PNT)服务,需要能够利用下行数据对其进行精密定轨.目前低轨卫星定轨相关研究多以星载GNSS数据和星间链路数据为研究对象,缺少针对低地球轨道(low earth orbit,LEO)下行数据定轨能力的分析.为分析低轨卫星下行数据定轨性能,模拟仿真了轨道高度1000 km、轨道倾角48°的Walker 90/10/1低轨卫星导航星座、150个地面测站及相应轨道、钟差和观测数据.分别使用测站数为60、90、120和150的全球测站网络观测数据进行LEO卫星精密定轨,并对定轨精度和可视测站卫星位置精度衰减因子(satellite position dilution of precision,SPDOP)值进行分析.结果表明:测站数从60增加至150可使LEO卫星轨道1d均方根(root mean square,RMS)从117.5 mm提升至39.8 mm;当测站稀疏时,LEO卫星定轨精度降低迅速;增加测站可以有效改善陆地范围可视测站SPDOP和LEO卫星定轨精度,但由于测站跟踪范围有限,海洋区域可视测站SPDOP和LEO卫星定轨精度难以获得改善,需引入新的观测数据源.研究结果可为低轨导航卫星系统建设提供支持.

罗兰C和北斗组合导航系统定位精度研究

以双曲线定位原理实现了罗兰C/北斗组合导航,提出了HDOP的定义,以此分析了两系统组合前后的定位精度,并给出了定位精度的仿真。结果表明,组合后大大改善了罗兰C定位精度和定位可用范围,并弥补了北斗定位系统有源定位的不足。

基于星间链路技术的地球静止轨道卫星定轨精度分析

地球静止轨道(GEO)卫星具有对地静止的特性,GEO卫星应用日益增多,在高分辨率对地观测、气象、通信等领域都发挥着越来越重要的作用,对其轨道确定的需求也越来越高,研究GEO卫星的高精度定轨技术迫在眉睫;传统方法中利用地面站对GEO卫星实现实时自主定轨存在系统误差大、观测几何差等问题,导致星地测量的误差在定轨过程中被放大的倍数急剧增加,影响了GEO卫星定轨精度的提高;利用GPS卫星实现对GEO卫星的定轨时存在可见GPS卫星数量少,接收到的信号微弱,测量精度不够的问题;星间链路具有对GEO卫星观测几何好、测量精度高的优点,为GEO卫星定轨开辟了新思路;针对在星间链路资源有限情况下如何选择MEO卫星组合与GEO卫星进行建链的问题,以星间链路构型的PDOP值为优化指标,对MEO卫星对PDOP值的影响进行了分析,提出了遍历选星、直接选星、迭代选星三种链路资源配置策略,确定与GEO卫星进行建链观测的MEO卫星组合,并用仿真方法对三种算法进行验证,结果表明,提出的迭代选星的链路资源配置策略,能将GEO卫星的定轨精度维持在7~40m以内,同时将星间链路的使用效率提高5~120倍。

北斗二号与北斗三号定位精度对比分析

为了进一步检验北斗三号基本系统的基本导航定位服务性能,首先阐述北斗卫星导航系统发展历程及定位原理,然后在成都地区相同时间、地点、测试环境下,对北斗二号和北斗三号B1I频点、B3I频点单频定位性能进行测试分析。结果表明:在95%置信度条件下,北斗三号B1I频点定位精度与北斗二号定位精度基本相当;B3I频点定位精度优于北斗二号;位置精度衰减因子(PDOP)值分布在0~2范围内,明显优于北斗二号。

基于WAAS监测数据的精度和完好性参数解算

美国联邦航空管理局(FAA)建设的广域增强系统(WAAS)通过对全球定位系统(GPS)所需导航性能(RNP)的全面增强,目前已能在WAAS服务区的绝大部分空域支持从航路到具有垂直引导满足航向信标性能(LPV)-200进近的RNP.本文给出了WAAS报文的解码过程,结合WAAS广播报文阐述了精度和完好性参数的解算处理过程.选取美国阿拉斯加州和美国本土34个WAAS监测站的实测数据,按该处理流程解算出精度和完好性参数.结果表明,所选监测站位置的精度和完好性解算结果与美国国家卫星测试台(NSTB)公布的统计数据基本吻合,验证了报文解码以及参数提取算法和流程的正确性.WAAS精度和完好性参数解算处理流程可为中国北斗星基增强系统(BDSBAS)建设提供借鉴和参考.

北斗卫星导航系统定位精度分析评估

利用北斗导航型接收机在北京地区对系统性能进行长期监测,对B3I单频、B1I单频、B3I广域差分及B1I广域差分4种模式的定位性能进行统计评估。结果表明,北斗卫星导航系统区域服务一年来,运行情况良好;在北京地区,可用卫星数最少为8颗,按照95%置信度统计,位置精度衰减因子值绝大部分天数优于3,单频水平定位精度优于7m,高程定位精度优于10m。

GNSS技术在GEO、IGSO航天器中的导航精度与适用性分析

现阶段高轨道航天器导航主要依靠地基测控系统,为了研究全球卫星导航系统(GNSS)技术用于高轨道航天器导航的可行性,对GNSS技术在地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星航天器中的导航精度及适用性展开了分析研究.采用2021年11月9日的两行轨道数据(TLE)仿真GNSS星座,以不同星下点的GEO卫星和不同倾角的IGSO卫星作为目标星展开导航仿真试验.实验结果表明:为了满足GNSS解算所需的卫星数量,须通过接收旁瓣信号来增加可见卫星数目.对GEO目标星而言,当接收机灵敏度高于-169 dB时,导航精度可达30 m;利用GPS对7个不同的GEO或IGSO轨道目标星进行导航实验表明,GPS对目标星导航的位置误差约为35 m;北斗三号(BDS-3)、GPS、GLONASS、Galileo的导航位置误差均值分别为28.03 m、21.16 m、37.15 m、25.09 m,具有良好的内符合精度,其中GPS精度最高,GLONASS精度最低,但大部分时段也在45m内.

基于最小PDOP的跟踪仪顺次多站测量站位优化

工业机器人进行大型构件加工时,精确测量机器人与大型构件的相对位置关系是保证加工质量的关键。采用单台激光跟踪仪顺次多站法进行测量时,为了提高测量精度,充分考虑了激光跟踪仪的位置误差,对激光跟踪仪站位优化进行了研究。首先,探讨了激光跟踪仪测量误差主要来源,分析了顺次多站法测量原理;然后,基于最小位置精度衰减因子(PDOP)的方法进行了激光跟踪仪站位的优化,并给出了各站位位置测量精度最优的求解算法。最后,进行了站位优化前后的验证实验,结果表明:优化站位后测量系统的测量精度可提高50%以上,验证了站位优化方法的有效性。

干涉式量子定位系统最优星座分布研究

分析干涉式量子定位系统的运作机理,建立定位解算模型,着重研究其位置精度因子(PDOP)的影响因素,并给出相应的数学表达式和分布图。根据PDOP导出星座分布与定位误差之间的关系,分析结果表明,基线向量的线性无关度和基线相对于用户的张角是衡量干涉式量子定位系统星座优劣的两个主要因素。

北斗Ⅱ卫星导航系统星座仿真分析研究

针对北斗Ⅱ卫星导航星座中卫星位置不确定问题,改进并完善了正在筹建中的北斗Ⅱ卫星导航星座布局,在此基础上仿真分析了我国区域性导航系统以及北斗Ⅱ卫星导航星座的多星覆盖、位置精度衰减因子(position dilution of preci-sion,PDOP),给出了覆盖性能、导航定位精度等导航星座系统性能。仿真结果表明,北斗Ⅱ卫星导航系统多星覆盖及PDOP性能相对优于GPS导航星座,尤其适用于我国及周边地区。通过对不同最低仰角下北斗II导航星座及GPS星座多星覆盖变化分析,确定了各星座多星覆盖与仰角的关系以及变化特征,为北斗II导航系统组建工作以及应用终端设计提供了依据。

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。

GALILEO卫星导航和定位系统PDOP仿真

简单分析了GALILEO卫星导航和定位系统与GPS的差异及特点;利用STK软件,对GALILEO卫星导航和定位系统的PDOP进行了仿真计算,给出了部分世界城市的PDOP仿真结果以及一天时间内每分钟采样间隔下部分城市的PDOP变化曲线。

在GPS干扰试验中运用DOP算法评估干扰效能

传统GPS干扰试验缺乏量化评估干扰效能的有效手段。针对这一问题,对GPS接收机定位处理算法开展了研究,在分析影响定位精度的主要因素之后,将精度衰减因子(DOP)算法设定为研究重点。经过深入分析,选出了最适用于干扰试验效能评估的DOP算法。在验证试验中尝试运用了该算法,对数据的分析结果表明该方法可行,可以用该算法评估GPS定位精度的恶化程度,量化干扰效能。

第一代北斗星座卫星对GALILEO卫星导航定位系统增强性能仿真

第一代北斗星座已经于2003年布置完毕,基本实现了中国本土及周边的导航定位功能。中国作为GALILEO卫星导航定位系统开发的重要参与者,研究北斗系统和GALILEO卫星导航定位系统的集成问题十分必要和迫切。本文,就第一代北斗星座对GALILEO卫星导航定位系统的增强性能进行分析,主要对PDOP指标进行了仿真。给出了国内典型城市的PDOP及其一天内的变化曲线。

卫星导航系统多星座互用定位算法研究(英文)

卫星导航系统互用是当今全球卫星导航领域的关注热点和发展方向。由于可见星的增多,多星座互用可使位置精度衰减因子值减小,定位精度提高。但是当可见星数目趋于饱和,位置精度衰减因子值不再随着可见星的增加而减小时,可见星数目的增加并不能使定位精度得到显著提高。提出了一种多星座加权互用定位算法,随着可见星数目增加,位置精度衰减因子值减小不明显时,这种算法依然可以使定位精度大幅提高,且简单易行。

IGSO/GEO卫星对北斗系统导航性能的贡献分析

北斗卫星导航系统作为全球四大系统之中是唯一采用IGSO/GEO/MEO异构星座的导航系统。通过STK仿真分析IGSO/GEO/MEO星座和MEO星座的卫星可见数、位置精度衰减因子和定位精度等指标,确定IGSO/GEO卫星在单站和全球情况下对北斗星座导航性能的影响,给出IGSO/GEO卫星对北斗导航性能增强的区域。这对IGSO/GEO卫星应用于导航系统起到一定理论支撑作用。

GPS与Galileo组合定位系统的定位性能研究

对GPS与Galileo系统组合过程中需要解决的单个系统间的差异问题进行了讨论,并提出了解决方案,结合一段南京航空航天大学(南航)周围的跑车路线对GPS,Galileo和GPS-Galileo组合系统的定位性能进行了实例仿真和分析,并对各系统在南航基准点和中国范围内的可见星数目和位置精度衰减因子(PDOP)值两方面进行了建模仿真和分析。结果表明:GPS-Galileo组合定位系统在上述仿真情况下的定位性能良好,GPS-Galileo组合定位系统在实际定位中是可行的。

水下单信标导航算法研究及置信区间分析

为了优化单信标导航算法中导航点的选取以提高导航精度,本文分析并比较了不同水下单信标导航算法的置信区间。考虑了3种典型的水下单信标导航算法:基于时延信息的单信标导航算法、基于方位角信息的单信标导航算法以及联合使用时延和方位角信息的单信标导航算法。本文首先基于偏微分矩阵建立了3种方法的导航误差和各测量误差的关系式,在此基础上利用导航误差的协方差矩阵分析了时延测量误差和方位角测量误差对3种方法导航结果置信区间分布的影响。此外,本文从水平位置精度因子和置信椭圆这2个角度对3种方法导航结果的置信区间的分布进行了比较。理论推导及仿真表明:时延测量误差和方位角测量误差基于导航点和声信标的相对几何位置关系影响置信区间的分布,且基于时延的单信标导航算法的导航结果和基于方位角的单信标的导航算法的导航结果具有互补的特性。

不同卫星高度角对GPS/GLONASS/BDS/Galileo融合定位的影响

研究不同卫星高度角对GPS/GLONASS/BDS/Galileo(G+R+B+E)融合定位的影响,并建立了相应的模型.采用MGEX(Multi-GNSS Experiment)提供的全球卫星导航系统(GNSS)数据,经理论分析和算例表明:G+R+B+E组合使得参与定位的有效卫星增多,在不同的卫星高度角下均能保证较多的卫星数,保证较好的空间几何分布结构;组合系统达到一定的卫星数后,卫星高度角对定位结果影响不大;当卫星高度角大于30°时,相对于单一的GPS定位G+R+B+E在3D方向的外符合定位精度有所改善.