广播星历旋转误差对低轨星载BDS-3/GPS实时精密定轨影响分析

基于LT-01A卫星星载BDS-3/GPS观测值进行了星载实时精密定轨研究,并重点分析了广播星历旋转误差对实时定轨精度的影响。通过赫尔默特转换评估了所选时段内GPS和BDS-3广播星历轨道旋转误差,显示BDS-3广播星历旋转误差可达-8.7 mas,平均量级较GPS大约2.5倍。BDS-3广播星历经旋转改正后,轨道切向、法向均方根(RMS)误差从25 cm左右提升至10 cm量级,提升幅度超过50%。因此,基于星载BDS-3以及BDS-3/GPS联合的实时定轨精度受BDS-3星历旋转误差影响严重,且主要作用于切向和法向。经过旋转改正后,单独BDS-3实时定轨在切向、法向、径向RMS分别为21.0 cm、10.7 cm及11.2 cm,其切向和法向精度比改正前分别提升15.0%和31.8%;BDS-3与GPS联合定轨进一步提升切向精度至19.4 cm。得益于BDS-3广播星历较高的精度,单BDS-3以及BDS-3/GPS联合的实时定轨在旋转改正前的三维RMS分别为31.9 cm和29.2 cm,较单GPS实时定轨分别提升9.1%和16.8%;添加旋转改正后,其定轨精度分别提升至26.7 cm和25.0 cm,较单GPS实时定轨分别提升22.6%和27.5%。

BDS-3新频点信号双频精密单点定位精度分析

北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite System,BDS)已于2020年7月正式建成并开通,北斗三号(BDS-3)在旧信号B1I和B3I的基础上,增加了B1C、B2a新信号.为了全面评估BDS-3的新信号B1C、B2a的定位性能,试验了GPS (Global Positioning System)、BDS-3、BDS-2/BDS-3新旧信号的定位性能和BDS系统不同频点与GPS组合定位性能,对BDS (B1I+B3I、B1C/B2a)+GPS (L1+L2)组合静态PPP (Precise Point Positioning)定位性能进行分析,并与单卫星系统对比分析.试验结果表明:BDS-3 (B1C/B2a)在East (E)、North (N)、Up (U)方向的定位精度优于1.25 cm、0.89 cm、1.67 cm,BDS-3新旧频点在E、N方向上定位精度与GPS L1/L2在同一水平上,U方向上新频点定位精度高于GPS L1/L2和BDS-3旧频点,较旧频点定位精度提升了34.2%,新频点收敛时间25.9 min比旧频点提升了12.7%;相较于BDS、GPS单系统,组合系统BDS/GPS定位精度和收敛时间有了明显的提高,BDS-3 (B1C/B2a)+GPS在E、N方向上与BDS-3 (B1I/B3I)+GPS定位精度相当,在U方向上定位精度前者较后者有了明显的提升,提升了17.2%,组合系统新频点收敛时间20.1 min比旧频点提升了17.6%.

不同IGS分析中心BDS-3实时精密轨道和钟差产品精度评估

以2022-11连续7 d的精密星历作为参考,对5家机构(CAS、CNES、GFZ、SHA和WHU)提供的BDS-3实时精密产品进行精度评估。结果表明,目前CAS可提供的BDS-3卫星实时精密产品数量最多,但MEO卫星钟差精度最低,超过0.4 ns;GFZ播发的IGSO卫星产品质量最差,径向轨道误差超过30 cm,钟差精度大于0.8 ns;WHU的产品数据质量最好,径向轨道误差优于4 cm,钟差精度约0.16 ns,但其可用卫星数仅19颗。在定位端,对各机构的实时精密产品进行双频无电离层动态实时PPP定位性能对比,结果显示,CNES、SHA、WHU实时产品定位精度处于同一水平,水平、高程方向总体定位误差约为0.2 m。综合考虑可用卫星数及实时产品数据质量,推荐实时PPP用户使用CNES或SHA实时产品。

BDS-3 PPP-B2b实时精密时间同步方法探讨

针对传统实时精密单点定位(PPP)时间同步方法需要连接互联网,以及对北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)精密单点定位服务信号(PPP-B2b)用于长基线实时时间同步的研究较少的问题,提出一种将PPP-B2b信号用于PPP时间同步的实时时间同步方法:将高精度铷原子钟作为全球卫星导航系统(GNSS)接收机外频标输入,通过GNSS接收机实时接收PPP-B2b改正数,解算接收机钟差并实时调整铷原子钟,输出与时间基准同步的秒脉冲(1PPS)信号,较之传统GNSS接收机输出1PPS有更佳的频率稳定性;设计PPP-B2b时间同步硬件测试平台对提出的PPP-B2b时间同步方法进行测试。结果表明,通过PPP-B2b时间同步方法进行时间传递的精度优于0.2 ns;短基线实测实时时间同步精度优于0.95 ns;卫星模拟器仿短基线精度优于0.87 ns,仿长基线精度优于0.9 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%。

BDS-3卫星钟差改正数短期预报方法研究

针对RTS实时数据流产品在网络传输中存在的延迟以及数据中断等问题,文中结合BDS-3卫星钟差改正数的特点,分析实时数据流中BDS-3卫星钟差改正数的完整率和精度,提出一种基于一次差分和滑动时间窗口的残差修正钟差改正数短期预报模型。利用文中模型与一次多项式模型、基于一次差分的一次多项式模型和灰色模型进行BDS-3卫星钟差改正数预报精度的对比实验,结果表明,文中模型的预报精度最高,5 min、10 min、15 min和20 min的平均预报精度分别达到0.12 ns、0.14 ns、0.19 ns和0.20 ns,有效降低误差累积效应对预报精度的影响,对于RT-PPP的研究和应用具有重要的意义。

附加先验信息约束的BDS-3精密授时算法

考虑到高性能原子钟的高稳定性及对应站钟钟差序列历元间强相关等特点,对接收机钟差附加先验信息约束进行精密单点定位授时测试。基于BDS-3的B1C/B2b观测信息测试结果表明,相比于传统授时模型,附加先验信息的精密授时模型具有更高的授时性能,尤其是短期稳定性提升效果可达60%。此外,BDS-3的B1I/B3I和B1C/B2b组合观测值PPP精度基本相当,均可获得水平方向优于0.5 cm、高程方向约2 cm的定位精度;得益于B1C/B2b更高的观测数据质量,其定位精度较B1I/B3I组合提高13.8%。

RTK-BDS定位的推土机推平作业实时辅助施工研究

针对当前推土机在作业过程中操作复杂、施工效果评估困难等问题,基于北斗实时动态差分定位(real time kinematic,RTK)技术和运动学方程,求得推土机实时位置;提出了以推土高程和设计平面的高程差作为平整施工质量评价的方法,可直观评价施工效果,研制了驾驶引导装置,可实时显示推土机状态与施工进度。工程应用表明,该装置达到了厘米级的定位精度,定位的绝对误差小于5 cm,满足推土机精准施工的需求;车载显示终端使用RS232通信可精确获取推土机坐标、速度、航向等自身状态参数和施工数据。在实际施工场景中,该系统可有效减少驾驶员返工次数、降低劳动强度,提高了施工效率,达到了辅助施工的目的。

顾及BDS-2/BDS-3间ISB的精密定位及时频传递性能评估

北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)-3已于2020年7月31日正式向全球用户提供定位、导航和授时服务,因BDS-2与BDS-3在信号调制方式及特性上存在差异,接收机端在接收与处理BDS-2、BDS-3信号时将存在系统间偏差(inter-system bias,ISB)。文章采取忽略ISB(ISB_(NO))、ISB估计为常数(ISB_(CT))、ISB估计为随机游走(ISB_(RW))、ISB估计为白噪声(ISB_(WN))4种随机模型,分别使用GBM、WUM、CLK93实时精密产品,基于BRUX、CEDU、CUT0、HOB2、HARB、PTBB站点的观测数据,对BDS-2/BDS-3组合事后、仿实时精密单点定位(precise point positioning,PPP)及时频传递性能进行评估。结果表明:GBM、WUM产品事后平均PPP定位精度、收敛时间均在1.7 cm、23.3 min,估计ISB策略的定位及时频传递性能均稍优于忽略ISB策略,ISB_(CT)的数据处理策略最优。CLK93产品仿实时PPP的三维定位精度优于4.0 cm,估计ISB与忽略ISB的定位精度相当、收敛时间有所缩短、时频传递稳定度有所提升,ISB_(CT)、ISB_(RW)、ISB_(WN)相比ISB_(NO)解算策略在60000 s的平均频率稳定度分别提高了8.03%、25.32%、24.21%。综合比较,BDS-2/BDS-3组合PPP的ISB_(CT)、ISB_(RW)策略定位及时频传递性能优于ISB_(NO)、ISB_(WN)策略。

基于BDS-2/BDS-3的精密单点定位方法与结果分析

目前,北斗三号全球卫星导航系统全面开通,支持BDS-3导航芯片、模块等的关键技术已经全面突破。作为一种高精度定位技术,精密单点定位(PPP)已经被广泛应用,与此相关的是,基于BDS-3的PPP定位研究已经成为当前研究的热点。本文选用MGEX跟踪站的实测数据,对比分析了BDS-2、BDS-3、BDS-2/BDS-3和GPS等4种不同PPP定位解算模式下的静态和动态PPP定位精度,结果表明,BDS-3卫星的加入明显提高了PPP定位精度,静态和动态PPP 3个方向的定位精度均有较大提升。

播总控校时系统GPS/BDS卫星信号接收条件改良方案研究

本文阐述了电视播出系统总控校时系统的架构与实现策略,优化了GPS、BDS卫星信号的接收条件,从而提升了校时系统的稳定性。该方案为播总控系统提供了精确且可靠的时间基准,促进了系统同步运行,确保电视信号的精准播出,为播出安全奠定了坚实基础。

BDS授时性能分析与接收机DCB估计

为了进一步研究北斗卫星导航系统(BDS)的授时性能,对北斗三号(BDS-3)多模式授时性能进行分析,给出采用时间群延迟参数的授时处理方法:指出BDS-3播发的导航信号较北斗二号(BDS-2)增加了B1C、B2a和B2b等民用频点,去掉了性能较差的B2I,并在原有时间群延迟(TGD)参数的基础上增加了TGDB1Cp、TGDB2ap和TGDB2bI等参数,为导航用户提供新频点的延迟改正;然后提出一种特殊情况下的单站接收机差分码偏差(DCB)估计方法,采用连续60 d的观测数据进行BDS-3多模式授时分析。实验结果表明:单频授时精度(RMS)BDS-3较BDS-2提升约5 ns,单频模式受未消除电离层延迟影响严重;单频差分(电离层格网)模式较单频模式有较大改善,相同频点提高约4 ns;双频模式和三频模式表现最优,授时精度优于1ns;全部授时精度优于BDS-3公布的20ns;最后验证估计的接收机DCB在30 d内变化稳定,标准差(STD)不超过0.2 ns。

顾及载体航向约束的单站BDS-3相位测速模型

速度是载体运动状态的重要表征,高精度定速能力是BDS-3系统高性能服务的重要体现。针对传统单站历元间相位差分模型易受误差积累与观测环境影响等问题,本文提出了顾及载体航向约束的单站BDS-3相位测速模型。首先,在传统BDS-3历元间相位差分方程矢量分解的基础上,构建载体位移增量微分表达式,联合非差模型与微分方程综合估计载体速度;其次,利用载体水平面内位移矢量与航向角之间的相关性,建立顾及航向角约束的N与E方向位移参数约束条件;最后,综合3组独立的函数方程进行载体速度分量逐历元解算。通过静态与动态试验表明,静态条件下,BDS-3相位不同方向均可实现mm/s的测速精度,相较于传统历元间差分模型,E与N方向分别提升了62.9%和87.5%,且有效避免了水平方向测速误差的积累效应,但U方向由于缺少约束导致精度提升不显著。动态条件下,BDS-3相位测速在直线运动状态水平面内可获得mm/s级的测速精度,且E与N方向较传统历元间差分模型分别提升了35.2%和21.8%,而转向状态E、N、U方向测速精度分别为2.81、2.03和1.91 cm/s,较传统模型分别提升了41.2%、45.9%和56.2%。因此,本文提出的顾及航向约束的单站相位测速模型可有效地提升BDS-3系统测速性能。

不同方法的BDS-3多频单点测速对比分析

针对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)不同测速方法在不同环境下的测速性能缺乏全面评估的问题,提出一种BDS-3多频单点测速对比分析方法:利用BDS-3静态和动态数据,对比分析基于载波相位差分、多普勒、伪距差分方法的BDS-3不同频点静态和动态测速性能。实验结果表明:静态环境下,载波相位差分测速精度最好,可达到mm/s量级,伪距差分测速精度最差,为cm/s至dm/s量级;动态环境下,多普勒和载波相位差分测速的精度较好,水平方向可达到cm/s量级,高程方向约为1 dm/s,伪距差分测速误差较大;对不同频点的测速结果分析表明,BDS-3系统B1I、B1C、B2a、B2b、B3I等5个频点的测速精度基本在同一个量级。

TGD改正对BDS-3新频点单点定位的影响分析

为探究BDS-3单、双频SPP TGD改正对定位的影响,选取10个MGEX测站连续30 d的观测数据进行SPP实验。结果表明,BDS-3 DCB产品在1个月内的日解值稳定,未出现明显跳变,月稳定性优于0.2 ns。TGD参数与DCB产品的符合度较高,大部分卫星差异优于2 ns。单、双频SPP经TGD校正后水平和高程方向上的精度均大幅提升,其中单频SPP提升率为17%~70%,双频SPP提升率为66%~90%,可见硬件延迟偏差对单点定位的影响较大,在定位解算中不可忽视。

基于MS(2)-AR-TVTP模型的I_(BD)波动周期非对称性和持续性分析

国际干散货运输市场源于国际贸易的衍生需求,受世界经济的影响,是一个典型的周期性市场。选取1999年11月~2021年12月的波罗的海干散货运价指数(I_(BD))月度数据,在检验序列平稳性的基础上,确定最优滞后长度,构建两区制的时变转换概率马尔科夫转换自回归模型,分析I_(BD)波动周期的持续时间、转换拐点和非对称性等主要特征。研究结果表明:模型能有效拟合I_(BD)波动周期的主要特征,周期平均持续时间为33.7个月,自2008年9月之后呈缩短态势,上升期和下降期交互更频繁;I_(BD)波动周期具有非对称性,周期内上升期持续时间比下降期长,I_(BD)维持上升期更具有稳定性。周期性特征结果可为干散货航运业造船投资和市场经营提供决策依据。

BDS-2/BDS-3组合长基线三频RTK算法

针对在长基线动态实时差分定位技术(RTK)中,由于整周模糊度容易受到大气延迟误差的影响,导致其固定率偏低,从而影响定位精度的问题,提出一种基于北斗卫星导航(区域)系统即北斗二号(BDS-2)和北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)组合的长基线定位方法:组合方法中BDS-2采用B1I、B2I和B3I 3种信号,BDS-3采用B1I、B2b和B3I 3种信号,充分利用三频中存在电离层延迟极小且具有整数特性的组合,同时考虑对流层延迟的影响,建立基于弱电离层组合的几何相关中长基线解算模型,并利用卡尔曼(Kalman)模型对天顶对流层延迟误差、三维坐标和弱电离层组合模糊度进行参数估计;再结合部分模糊度固定方法加快模糊度搜索效率,最终实现长基线RTK定位。实验结果表明,该方法能够在长基线下基本实现单历元模糊度固定,定位结果与流动站真值之间的定位偏差可达到厘米级。

GEO卫星对BDS中长基线精密定位的影响分析

针对北斗卫星导航系统(BDS)中特有的地球静止轨道(GEO)卫星存在轨道精度低和空间结构变化缓慢的问题,分析GEO卫星对BDS中长基线精密定位的影响:基于BDS中长基线精密定位算法,采用连续运行参考站系统(CORS)观测数据,对倾斜地球同步轨道(IGSO)+中圆地球轨道(MEO)+GEO组合和IGSO+MEO组合分别进行基线解算,探讨GEO卫星对BDS中长基线精密定位的卫星几何构型、宽巷模糊度固定效果、窄巷模糊度首次固定时间及定位精度的影响。实验结果表明,部分GEO卫星宽巷模糊度的小数部分存在系统性偏差,其宽巷模糊度需要5 h左右才能得到90%的固定率;加入GEO卫星后,窄巷模糊度首次固定时间从25缩短到16min,缩短了36%;BDS全星座组合的2h静态解算精度水平方向为2.1 cm,高程方向为3.5 cm;GEO卫星有利于提升BDS中长基线定位性能。

基于BDS-3/GPS的RTK/B2b-PPP融合切换定位技术

针对远海、沙漠等网络实时动态(real-time kinematic,RTK)载波相位差分技术通讯信号容易中断的应用场景,提出了一种基于北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)/GPS双系统的RTK/B2b-PPP融合切换定位技术.充分利用网络RTK收敛快、定位精度高和B2b-PPP单站定位、覆盖范围广的特点,将网络RTK获取的高精度位置坐标作为先验信息,与B2b-PPP融合以辅助B2b-PPP快速收敛.通过分时段多组数据的采样分析,结果表明:RTK固定解与B2bPPP融合定位精度在东(east,E)、北(north,N)、天顶(up,U)方向分别为2.57 cm、0.90 cm、2.83 cm,较独立B2b-PPP定位大幅提高;RTK固定解与B2b-PPP融合1 s后,便可帮助B2b-PPP瞬时收敛,RTK中断后初期精度达到厘米级,0.5 h后逐渐过渡到B2b-PPP独立定位精度水平,表明B2b-PPP可作为网络RTK的有效补充手段,在RTK差分中断后,能够有效维持高精度定位水平.

BDS-3三频PPP收敛速度与定位精度分析

为详细评估BDS-3三频精密单点定位性能,基于多个MGEX跟踪站数据,采用三频无电离层两两组合模型进行数据解算,从定位精度与收敛性两个方面分析了BDS-3三频PPP定位性能。实验结果表明,2种三频组合PPP静态模式下水平定位精度优于2 cm,高程精度在2 cm左右,收敛时间在60 min左右;PPP动态模式E方向精度在2 cm左右,N方向精度在2 cm左右,高程精度优于4 cm,收敛时间在140 min左右。无论哪种模式下三频组合定位精度收敛时间与定位精度相比双频都有较明显的改善,可为今后BDS-3精密单点定位提供新的频率组合定位思路。