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/GPS/Galileo兼容频率紧组合短基线性能分析

针对紧组合模型在短基线相对定位中的应用问题,基于MGEX跟踪站组成的短基线连续多天实测数据,对比分析了BDS-3/GPS、BDS-3/Galileo和BDS-3/GPS/Galileo兼容频率紧组合短基线相对定位精度。实验结果表明,3种组合短基线相对定位精度均在厘米级,且三系统组合定位精度优于双系统组合定位精度。紧组合短基线相对定位精度相比松组合模型有较明显提升,BDS-3/Galileo组合E方向精度最大提升量达到18.04%,其余提升精度均在10%以下。

BDS-3/GPS/Galileo超长基线解算性能评估

由于当前对BDS-3超长基线单历元解算性能研究较少,为进一步详细分析BDS-3超长基线定位性能,将IGS站组成的一组超长基线作为实验数据,以BDS-3系统B1C/B2a组合为基础,分别进行了与GPS系统L1/L5、Galileo系统E1/E5a双组合和三系统组合解算实验。实验结论表明,双系统和三系统组合卫星可见数与PDOP相比BDS-3单系统改善量约为2倍左右,在定位性能方面相比BDS-3单系统也有明显提升。BDS-3超长基线定位性能较差,而其他系统的加入能有效改善这一情况,可为今后超长基线单历元解算研究提供参考。

高纬地区BDS-3/GPS/Galileo长基线单历元解算分析

分别进行了北半球高纬度地区BDS-3、BDS-3/GPS、BDS-3/GPS/Galileo长基线单历元解算实验。结果表明,高纬度地区BDS-3长基线单历元定位性能较优,定位精度可达厘米级,模糊度固定率可达91%以上;随着GPS和Galileo的加入,不仅改善了BDS-3单独定位的卫星可见数和PDOP值,还较大程度地提升了BDS-3单独定位的精度与模糊度固定率,水平最优精度优于1 cm,高程最优精度优于3 cm,模糊度固定率接近100%,可为今后高纬度地区的导航定位提供一些参考。

BDS-3+GPS精密单点定位模型及性能分析

北斗导航卫星系统于2020年7月正式建成并开通,BDS-3卫星在B1I和B3I基础上,增加B1C、B2a民用频率,为验证BDS-3不同频率与GPS组合定位性能,分别对BDS-3(B1C+B2a)+GPS与BDS-3(B1I+B3I)+GPS组合PPP定位性能进行分析,并与BDS-3单系统进行对比。结果表明,在静态定位中,BDS-3(B1C+B2a)+GPS组合在高程方向精度优于2 cm,低于BDS-3(B1I+B3I)+GPS组合;在水平方向精度相当,优于1 cm,收敛时间减少9%;与BDS-3相比,定位精度提高10%~25%,收敛时间减少17%~24%。在动态定位中,BDS-3(B1C+B2a)+GPS与BDS-3(B1I+B3I)+GPS定位精度相当,收敛时间减少14%;与BDS-3相比,BDS-3(B1C+B2a)+GPS动态PPP在高程方向精度优于4 cm,水平方向精度优于3 cm,定位精度提高31%~38%,收敛时间减少52%~58%。

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.

极端高度角环境下BDS-3/GPS/Galileo重叠频率组合SPP精度分析

针对当前对BDS-3与其他系统重叠频率组合定位性能研究较少的现状,本文基于自编软件实现了对多系统重叠频率组合数据的解算,并采用统计对比法分析了高度角为40°、50°极端条件下BDS-3/GPS/Galileo(B1C/L1/E1)组合单点定位(SPP)精度。试验结果表明,在极端高度角条件下,BDS-3/GPS/Galileo较单系统和任一二者组合在卫星可见数、位置精度因子(PDOP)值、解算历元率以及定位精度几个方面有明显改善,即使在高度角为50°时,BDS-3/GPS/Galileo组合解算历元率仍能达到90%,SPP在E方向、N方向、U方向定位精度分别优于1.5 m、3 m、5 m。

BDS-3/GPS中长基线单历元解算精度分析

针对正式建设完成的BDS-3中长基线定位性能,以MGEX跟踪站构成的一组实测数据为基础,从定位精度与模糊度2个方面分析了GPS、BDS-3、GPS/BDS-3中长基线定位性能。实验结果表明,BDS-3的卫星可见数、PDOP值、定位精度、模糊度固定情况略差于GPS,BDS-3中长基线定位精度可以达到厘米级,模糊度固定率在97%以上,GPS/BDS-3组合相比GPS、BDS-3在任一方面都有明显提升。

高度角对BDS-3与多系统兼容短基线解算精度影响分析

针对BDS-3新频率组合在极端高度角环境下短基线解算性能较差问题,本文提出使用BDS-3/GPS/Galileo/QZSS多系统兼容频率组合定位方法,并通过5种不同高度角实验进行解算验证。结果表明,在低高度角情况下,BDS-3系统B1C/B2a组合短基线定位性能较优,可以实现cm级定位;在极端高度角情况下,BDS-3系统B1C/B2a组合短基线定位性能较差甚至不能实现定位。而多系统兼容频率短基线定位性能相比BDS-3有较明显提升,尤其是BDS-3/GPS/Galileo/QZSS4系统组合提升效果最为明显,即使高度角达到50°,历元解算率优于95%,E、N、U、3D 4个方向解算精度分别可以达到1.19 cm、2.30 cm、5.61 cm和6.18 cm。

GPS/BDS-3/Galileo/QZSS重叠频率长距离RTK松紧组合定位性能分析

针对GPS/BDS-3/Galileo/QZSS具有重叠频率的特性,该文分别对GPS/BDS-3/Galileo/QZSS双频重叠频率的松组合和紧组合在长基线的定位性能进行了分析。首先,建立了松组合和紧组合的RTK数学模型,通过误差改正模型对电离层、对流层延迟误差进行模型改正;对大气延迟残差采用历元间随机游走约束模型,增加了历元间的约束,然后,通过最小二乘模糊度降相关平差法(LAMBDA)进行模糊度固定;最后,选用相同接收机类型长距离连续运行参考站(CORS)网的实测数据进行方法验证。结果表明,GPS/BDS-3/Galileo/QZSS紧组合相较于松组合能够有效提高定位性能和首次固定时间(TTFF),特别是在恶劣环境下,采用紧组合长距离载波相位差分(RTK)定位算法能够实现流动站厘米级定位且适用性更强。

BDS-3新卫星的标准单点定位结果分析

针对我国北斗卫星导航系统正按照三步走战略,从第二代区域性卫星导航系统走向第三代全球性卫星导航系统的现状。该文以BDS-3新卫星数据为基础,结合BDS-2系统卫星进行联合标准单点定位(SPP),实验证明新卫星与BDS-2系统之间具有很好的兼容性。由于BDS-3卫星所播发的新频点B1C与GPS的L1频点频率重合,该文进行了GPS/BDS-3双系统同频组合SPP定位实验,所得定位精度与GPS单系统定位精度相当,验证了BDS-3与GPS双系统间进行同频组合定位的可行性。

估计大气延迟参数的中长基线卡尔曼滤波算法

为了削弱中长基线差分后大气延迟残留误差对实时动态模糊度固定和定位精度的影响,该文提出了一种估计大气延迟参数的卡尔曼滤波算法,采用相对对流层天顶延迟和相对电离层天顶延迟作为残留大气延迟误差参数,与坐标向量和模糊度向量参数一起进行卡尔曼滤波估计。通过41 km参考站数据对算法进行验证。结果表明,BDS-3(B1C/B2a)与GPS精度相当,平面精度优于1.5 cm,高程精度优于2.7 cm;BDS-3(B1C/B2a)/GPS组合平面精度优于1.1 cm,高程精度优于2.7 cm,相比BDS-3(B1C/B2a)单系统平面精度提升了23.8%,估计大气延迟参数的中长基线卡尔曼滤波方法可有效提高模糊度固定成功率,提高中长基线条件下的定位精度。