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。

BDS-3/GPS双频RTK定位性能分析

为了系统地分析评估BDS-3 B1C/B2a频点的实时动态(Real-Time Kinematic,RTK)定位性能,选取了短基线和中长基线2组基线,设计了GPS L1/L2分别联合BDS-2 B1I/B2I、BDS-3 B1I+B3I、BDS-3 B1C/B2a进行RTK定位实验3种方案,分别对各组实验的有效卫星数、卫星空间几何强度以及定位精度方面进行分析。实验结果表明,各组实验有效卫星最少为12颗,位置精度因子(Position Dilution of Precision,PDOP)值最大为1.48,满足高精度定位需求;在短基线条件下,3种定位方案的平面及高程定位精度均优于6 mm,采用B1C/B2a频点观测数据的三维定位精度相较于B1I/B2I和B1I/B3I分别有33.6%和16.4%的提升;在中长基线条件下,3种定位方案的平面定位精度均优于1 cm,高程定位精度优于3 cm,采用B1C/B2a频点观测数据的三维定位精度相较于B1I/B2I和B1I/B3I分别提升了25.0%和7.7%。实验结果证明了联合GPS和BDS-3 B1C/B2a新频点进行RTK定位,可以取得较好的效果。

GPS/Galileo/BDS-3广播星历精度分析

为了分析当前GPS(Global Positioning System)、Galileo(Galileo Navigation Satellite System)和BDS-3(Beidou Navigation Satellite System with Global Coverage)广播星历的精度,详细分析研究了各种偏差改正及消除方法,并尽可能地消除了系统误差和粗差对评估结果的影响。选取2021-11-01/12-31共61天MGEX(multi-GNSS experiment)发布的多系统混合广播星历与武汉大学分析中心发布的事后精密星历数据进行实验,对GPS、Galileo和BDS-3近期广播星历精度进行对比分析,实验结果表明:3个系统广播星历整体精度由高到低依次是Galileo、BDS-3和GPS,其空间信号测距误差的RMS(root mean square)分别优于0.17、0.25和0.37 m,整体轨道精度的RMS分别优于0.17、0.12和0.25 m,BDS-3广播星历的轨道精度最高,钟差误差的RMS分别优于0.15、0.23和0.27 m,Galileo广播星历的钟差精度最高。对于GPS卫星的广播星历,blockⅢA卫星钟差和轨道精度均优于其他GPS类型卫星。

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%。

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。

多频BDS-3/Galileo/GPS长基线相对定位性能分析

为充分发挥BDS-3和Galileo多频信号的定位优势,对BDS-3和Galileo四频宽巷组合进行优选,并基于优选后的组合构建适用于BDS-3单系统、Galileo单系统、BDS-3/Galileo双系统和BDS-3/Galileo/GPS三系统的多频定位模型,通过对多频长基线数据进行测试,对比分析4种定位模式下的定位精度和稳定性。结果表明,在对长度超过500 km的长基线进行定位解算时,BDS-3单系统定位精度优于Galileo单系统;水平和垂直方向上BDS-3/Galileo双系统组合定位精度均可达到dm级,较BDS-3单系统提升幅度分别在10%和25%以上,稳定性也有明显改善;BDS-3/Galileo/GPS三系统定位精度较双系统也有提升,提升幅度在10%左右;双系统和三系统的相对定位精度均达到1×10-9m量级,可以满足长基线精密定位要求。卫星系统的增加不仅可增大可视卫星数,还可增强卫星的几何结构,从而有效提高定位精度和稳定性。

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。

智能手机BDS-3/GPS数据质量及SPP性能分析

使用可观测到BDS-3 B1I/B1C/B2a频率和GPS L1/L5频率的智能手机Xiaomi 11(青春版)作为研究对象,分别进行静态实验和不同场地的动态实验,分析手机输出的三频BDS和双频GPS原始观测数据质量及单频SPP性能。实验结果表明,智能手机的GNSS天线成本低致使其信号质量不佳,其中GPS L1频率和BDS B1C频率抗干扰性较强:BDS B1C频率定位结果在静态和动态实验中均较为稳定;GPS L1频率定位结果在动态实验中优于GPS L5频率,在静态实验中略差于GPS L5频率。

基于广播星历的GPS/BDS-3非差非组合PPP

分析GPS和BDS-3卫星广播星历的误差特性,研究广播星历精度不足的补偿策略,提出一种SISRE补偿的非差非组合定位模型。采用2022年15个MGEX测站1周的数据进行实验。结果表明,SISRE补偿的非差非组合模型的GPS和BDS-3静态三维定位误差的RMS分别约为24 cm和23 cm, GPS/BDS-3双系统组合可进一步将精度提升至约18 cm;GPS和BDS-3仿动态三维定位误差的RMS分别约为73 cm和74 cm, GPS/BDS-3双系统组合可进一步将精度提升至约45 cm;SISRE补偿的非差非组合模型与SISRE补偿的无电离层组合模型定位精度相当。

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.

基于BDS-3、GPS和Galileo重叠频率观测值的紧组合RTK定位方法

基于BDS-3、GPS和Galileo的重叠频率(BDS-3 B1C/B2a、GPS L1/L5、Galileo E1/E5a)观测值,分析了重叠频率观测值间的差分系统间偏差(DISB)稳定性,在此基础上提出了顾及系统间偏差的三系统紧组合RTK定位方法,并采用实测数据对常规松组合和紧组合模型的模糊度解算性能和定位精度进行了对比分析。分析结果表明,对于用相同类型接收机组成的基线,3个系统重叠频率观测值间的伪距和载波DISB均接近于零,可直接忽略。相比常规各系统选择各自参考卫星的松组合模型,采用共同参考卫星的系统间紧组合模型单历元模糊度解算的模型强度、固定率、固定准确率均有一定的改善,尤其在高截止高度角的不良观测环境下改进明显;在定位精度方面,紧组合模型也有一定的提升,当截止高度角为40°时,N/E/U 3个方向上的定位精度分别可提高15.0%、11.8%和19.4%。

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%.

基于GF模型的BDS-3/GPS/Galileo三频模糊度固定性能分析

基于实测数据评估基于无几何(geometry-free,GF)模型的BDS-3/GPS/Galileo三频模糊度固定性能。首先给出适用于BDS-3/GPS/Galileo短基线TCAR(triple-frequency carrier ambiguity resolution)算法的三频线性组合;然后基于不同长度的实测短基线数据,评估BDS-3/GPS/Galileo超宽巷、宽巷及窄巷模糊度单历元固定性能。结果表明,对于5 m、3.6 km和13.1 km三条基线,BDS-3/GPS/Galileo超宽巷模糊度固定率相当(99.7%以上),BDS-3/GPS宽巷模糊度固定率(97.2%以上)略优于Galileo(93.0%以上),BDS-3窄巷模糊度固定率(92.2%以上)略优于GPS/Galileo(89.4%以上)。

BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo双频精密单点定位精度分析与评价

由于北斗卫星导航系统(BDS)已完成正式组网,有必要对BDS的定位性能进行精度评估与分析.本文主要通过在MGEX(Multi-GNSS Experiment)选取8个测站5天的观测数据,以北斗二号/北斗三号(BDS-2/BDS-3)为主分析BDS-2/BDS-3、BDS-2/BDS-3/Galileo、BDS-2/BDS-3/GPS、BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo四种不同组合卫星系统静态精密单点定位(PPP)性能,试验结果表明:BDS-2/BDS-3静态PPP在东(E)、北(N)、天顶(U)方向上的定位精度和收敛速度分别优于2.49 cm、2.27 cm、4.04 cm和34.6 min、19.3 min、28.1 min;BDS-2/BDS-3/Galileo静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.81 cm、1.65 cm、2.94 cm和20.4 min、13.0 min、18.6 min;BDS-2/BDS-3/GPS静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.67 cm、1.62 cm、2.82 cm和18.3 min、10.2 min、16.1 min;BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.46 cm、1.40 cm、2.45 cm和14.5 min、9.3 min、14.5 min.

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%。

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。

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。

高度角对BDS-3与GPS单点定位性能影响分析

为探究高度角对GNSS定位性能的影响,本文进行了BDS-3与GPS在不同高度角情况下单频单点定位解算实验。研究发现,随着高度角的增加,卫星可见数、PDOP值、历元解算率以及定位精度都会变差,而在极端高度角为40°时,B1C、B1I、B2a、B3I、L1、L26个频率由于历元解算率过低不能实现单点定位,而B-B1I、B-B3I 2个频率历元解算率可以达到90%左右,且水平单点定位精度优于2 m,高程单点定位精度优于3 m,可为极端环境下的导航定位提供一定的参考。

中国及周边区域BDS-3不同星座与Galileo组合SPP、PPP、RTK性能分析

为分析BDS-3不同星座对Galileo定位系统的影响,本文基于中国及周边区域多个IGS跟踪站,对比分析了BDS-3不同星座与Galileo组合SPP、PPP、RTK性能。实验结果表明,IGSO卫星和GEO卫星都能提升Galileo定位性能,但MEO卫星优于数量优于IGSO卫星,因此提升效果优于IGSO卫星;MEO卫星使Galileo系统SPP定位精度提升量在分米级,使PPP和RTK定位精度提升量在厘米级;GEO卫星加入解算没有影响,原因有待进一步分析。

BDS-3/Galileo重叠频率短基线紧组合相对定位性能初步评估

为评估松组合和紧组合模型在BDS-3/Galileo短基线相对定位的适用性,本文以自采集短基线实测数据为例,分别进行了双频、单频紧组合和松组合短基线解算实验。实验结果表明,紧组合在一定程度上可以改善松组合卫星可见数与卫星空间几何构型,2种模型下B1CB2a/E1E5a和B1C/E1短基线相对定位水平精度都优于1 cm,高程精度都优于2 cm,模糊度固定率都在95%以上,而紧组合模型相比松组合模型在这几方面略有提升,提升量在5%以内。