北斗三号实时轨道改正数生成及服务性能分析

随着用户对高精度实时定位需求的提高,实时轨道已逐渐成为北斗系统应用服务的关键。为对北斗三号卫星实时轨道改正数生成和服务性能进行系统研究和分析,进而为系统服务和用户应用提供参考和依据,设计了实时精密定轨策略,提出了实时轨道改正数生成和恢复算法,统计分析了状态空间表示(state space representation,SSR)信息在有效期内的精度损失,研究讨论了SSR信息的有效服务时长。实验结果表明,北斗三号卫星实时轨道平均精度约为112 mm,生成的30 s更新频率的SSR信息在一个有效期的最大精度损失约为11 mm,在有效期之后25个历元(12.5 min)的平均精度损失超过0.5 m,不再具有使用价值。

GNSS广域差分改正数估计方法研究

随着我国北斗三号基本系统的正式运行,基于地面监测站的广域差分增强系统成为进一步提升卫星导航定位精度的手段之一。在码噪声多径误差修正(CNMC)的基础上,使用等效钟差方法实现GNSS卫星轨道与钟差误差的解耦,并依据卫星轨道运动的动力学特性,引入希尔差分方程描述卫星轨道误差变化,实现对轨道误差的实时卡尔曼滤波估计。基于GPS实测数据,对改正前后的用户等效测距误差(UERE)和定位精度进行了对比研究。实验结果表明,采用该方法,UERE标准差由改正前的0.456 m减小至0.227 m,降幅达到50.22%;整体水平定位误差(95%置信区间)由0.981 m减小至0.782 m,垂直定位误差(95%置信区间)由1.991 m减小至1.131 m,分别提升了20.29%和43.19%,差分改正效果明显。

GPS/VRS实时网络改正数生成算法研究

为提高厘米级网络GPS/VRS实时动态定位的精度和可靠性,系统地探讨VRS网络实时改正数的生成模型,并提出适用于中长距离参考站网络的电离层、对流层以及卫星轨道改正数计算的改进算法。结合四川GPS参考站网络（SGRSN）以及自主开发的虚拟参考站软件平台VENUS系统,对上述改正数生成算法进行试验验证,结果表明其大气误差改正数精度为2~4 cm,轨道误差的影响可基本消除,满足80 km以上中长距离稀疏参考站网络厘米级实时动态定位服务要求。

GPS/VRS网络实时精密轨道改正算法研究

分析了卫星轨道误差对于GPS/VRS网络的影响,并利用IGS精密预报星历和GPS广播星历信息,提出了一种适用于GPS/VRS区域参考站网络的VRS精密轨道实时改正数法。基于四川GPS连续运行参考站网络(SGRSN)和南加州集成GPS观测网络(SCIGN)实测数据的分析表明,与现有常规网络内插轨道改正方法相比,新方法具有更高的轨道误差改正精度,相对改正理论精度优于0.004×10-6,使轨道误差对100km以内的RTK定位影响为亚毫米级,适用于GPS/VRS网络厘米级动态RTK定位的精密轨道误差改正。

综合伪距相位观测的北斗导航系统广域差分模型

我国区域北斗卫星导航系统为用户提供开放服务和授权服务两种服务方式,其中授权服务主要提供一维等效钟差改正数和完好性信息,实现更高精度的服务性能。北斗卫星导航系统提供的实时差分信息是基于CNMC平滑后的伪距观测数据计算,其精度受到残余伪距噪声的限制。为提升系统广域差分服务性能,本文提出了一种广域差分新模型。该模型综合了伪距及相位观测数据,并新增了轨道改正数。模型中经相位平滑的伪距观测值用于定义钟差改正数和轨道改正数的基准,而相位历元间差分观测值用于计算约束差分改正数的高精度相对变化。论文分析了数据采样率、测站个数等因素对新模型的影响,并采用中国区域内的观测站数据对新模型进行精度验证。试验结果表明:(1)基于新广域差分模型的GEO卫星UDRE指标相对原有模型提升了27%,IGSO卫星指标提升了35%,MEO卫星指标提升了24%;(2)基于新的广域差分模型,用户在南北、东西、高程方向的伪距定位精度分别提升了23%、32%和52%,实现了北斗系统用户导航定位三维定位精度优于1m的指标。

北斗广域差分分区综合改正数定位性能分析

目前北斗广域分米级星基增强系统在钟差改正数、轨道改正数的基础上,提出了基于相位观测值的分区综合改正数,介绍了分区综合改正数的概念及单频、双频用户的使用方法与定位模型。利用中国范围不同地区的北斗观测数据和对应的分区综合改正信息,统计了单频和双频用户分区综合改正精密单点定位的精度,并对其收敛性进行了分析。通过与使用GFZ提供的北斗超快速精密星历的定位效果比较,验证了分区综合改正定位在实时定位中的优势。在此基础上进一步对中国范围内分区综合改正定位效果与分区中心距离的关系进行了分析,并对不同观测时间长度的定位效果进行比较。结果表明,经分区综合改正后的双频用户平均25 min内动态定位三维误差能收敛至0.5 m以内,收敛后的定位精度为水平0.15 m,高程0.2 m;单频用户平均20 min内动态定位三维误差能收敛至0.8 m以内,收敛后的定位精度为水平0.3 m,高程0.5 m。随着用户站距离分区中心越远,定位效果总体呈现变差的趋势。总体上,当用户在分区中心1 000 km范围内时,北斗广域分区综合改正数将能提供实时分米级定位服务。

基于PPP技术的实时时间频率传递方法性能评估

基于载波相位观测数据的静态精密单点定位技术(PPP)已成为高精度时间频率传递的关键技术之一。随着卫星轨道和钟差改正数播发技术的发展,基于PPP的实时高精度时间频率传递技术成为时间频率领域研究热点之一,具有全球性、高精度、低成本等优点,可实现高精度、远距离、实时时间频率传递。论文研究了基于PPP技术的实时时间频率传递方法,开展了共氢原子钟的零基线时间频率传递实验和武汉-咸宁长基线时间频率传递实验。实验结果表明,共钟零基线情况下实时时间传递误差的峰峰值小于0.37 ns(标准差54 ps),实时频率传递稳定度为8.20×10^(-16)/32768 s;长基线情况下实时时间传递误差的峰峰值小于0.89 ns(标准差0.13 ns),实时频率传递稳定度为9.35×10^(-16)/65536 s。

一种顾及IGS-RTS数据接收中断的厘米级星载GPS实时定轨方法

当前,在低轨导航增强、对地观测和科学应用等领域,低轨卫星对轨道参数的精度和实时性提出了更高的要求。利用国际GNSS服务组织实时服务(international global navigation satellite system service real-time service,IGS-RTS)播发的GPS卫星轨道与钟差改正数,针对极区实时改正数接收中断情况下实现厘米级星载GPS实时定轨的关键问题开展研究。首先分析了实时改正数及其短时外推引起的星历综合误差的变化特性;然后以此为依据,在星载GPS实时精密定轨数学模型中构建分段随机游走的伪模糊度参数随机模型,以减小星历综合误差对实时精密定轨的影响,从而实现厘米级精度的实时定轨。采用自主研制的实时精密定轨软件SATODS,使用GPS广播星历与CLK93实时产品,对为期一周的重力场恢复和气候实验(gravity recovery and climate experiment,GRACE)C卫星的GPS双频实测数据模拟在轨实时精密定轨处理。实验结果表明,在考虑极区改正数接收中断的情况下,所提实时精密定轨方法可以达到7.04 cm的位置精度以及0.20 mm/s的速度精度,所提方法具有可行性和有效性。