BDS-3 B2b-PPP URA评估精化与播发方法

用户距离精度指数(URAI)作为导航系统定位服务完好性标识,在提供卫星可用性信息的同时,也反映了卫星的轨道钟差精度。本文提出将B2b电文中随轨道改正数播发的URAI信息恢复为用户距离精度(URA),并用于B2bPPP的随机模型构建。对其进行定位性能评估,发现B2b自身播发的URA精度较差。针对该问题,利用分布在中国及周边区域的多个全球卫星导航系统(GNSS)监测站对B2b的URA参数进行重估计。实验结果表明:精化后的URA能显著提升B2b-PPP的服务性能。相比于仅考虑观测噪声和高度角的随机模型,使用精化后的URA作为随机模型,动态和静态定位模式下的收敛时间提升分别达到18.9%、14.5%;收敛后定位精度提升分别达到11.2%、8.9%。在此基础上,进一步结合北斗卫星导航系统(BDS)短报文,提出一种精化后URA的播发方法,结合现有短报文通信效率进一步分析了精化URA的用户使用性能。

ISB参数估计在BDS-2/BDS-3单点定位应用中的分析

BDS-2和BDS-3之间存在的系统间偏差是影响其组合定位性能的重要因素,基于多个MGEX跟踪站数据,分析了随机游走ISB模型在BDS-2/BDS-3伪距单点定位与精密单点定位中的应用。实验结果表明:是否估计ISB对BDS-2/BDS-3 B1I和B3I单频伪距单点定位精度影响较小,最大影响量不到5%;是否估计ISB对BDS-2/BDS-3 B1I/B3I双频静态与动态精密单点定位精度影响较大;估计ISB相比未估计ISB在E、N、U 3个方向精度的提升量均在14%以上,其中E方向定位精度提升效果最为明显,静态精密单点定位最大提升量达到了44.9%。

BDS-2和BDS-3卫星伪距多路径偏差特性比较

通过分析2016-07-01JFNG测站BDS-2卫星伪距多路径组合(MP组合)的特征,证实BDS-2卫星的伪距观测值存在与卫星高度角有关的伪距多路径偏差,且该偏差与卫星类型和信号频率有关。利用SGG0站2017-07-10~07-20的数据计算BDS-3卫星的MP序列,通过三次多项式拟合建立每一颗卫星在各个频率上的高度角模型发现,对应的系数接近0,说明BDS-3卫星伪距观测值几乎不存在伪距多路径偏差。

BDS-3/BDS-2多频伪距单点定位模型研究

针对目前BDS-3/BDS-2多频单点定位技术研究较少,本文对单、双、多频伪距单点定位模型进行了简要介绍,并基于抗差理论利用MEGX多站观测数据对BDS-3/BDS-2单、双、多频伪距定位性能进行详细对比分析,实验结果表明:①单频伪距单点定位ENU方向精度为0.631,0.863,4.279 m。双频伪距单点定位ENU方向精度为1.257,1.221,3.097 m。三频伪距单点定位ENU方向精度2.102,2.380,4.612 m;②在电离层延迟误差较大的情况下,双频伪距单点定位能够有效抵抗电离层误差影响,提高U方向定位精度;③由于伪距单点定位误差模型简单,三频消电离层组合模型扩大噪声影响降低定位精度。

BDS-3新信号B1C/B2a动态零基线观测噪声评估

为评估动态模式下BDS-3新信号B1C和B2a的接收机观测噪声,通过动态零基线实验测量BDS-3新频点的观测噪声,并与其他GNSS信号进行比较,同时将动态实验与静态实验进行对比分析。动态实验结果表明,BDS-3在B1C和B2a频点上MEO卫星的伪距噪声RMS值分别为8 cm和4 cm,载波相位噪声分别为0.061 cm和0.082 cm,IGSO卫星的观测噪声略有增加,四星座各频率的伪距噪声差异明显,但载波相位噪声相差不大。相比于静态实验,尽管动态观测数据质量下降,但整体上B1C和B2a频点的伪距噪声差异不大,而载波相位噪声的差异较为显著。

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-2/BDS-3/QZSS组合短基线相对定位精度分析

针对日本准天顶卫星系统(QZSS)对北斗二号(BDS-2)和北斗三号(BDS-3)短基线相对定位性能的影响,本文基于国际GNSS服务(IGS)跟踪站组成的5 km和10 km两条短基线,分析了QZSS、BDS-2、BDS-3不同组合短基线相对定位精度.经研究发现,QZSS能有效改善BDS-2和BDS-3卫星可见数与卫星空间几何构型,而BDS-2/BDS-3组合下的卫星可见数与卫星空间几何构型优于任一单系统.在定位精度方面,QZSS与数据缺失情况下BDS-3组合定位精度与BDS-2相当,同时QZSS能有效提升BDS-2和BDS-2/BDS-3相对定位精度,而BDS-3对BDS-2定位精度的提升要优于QZSS.

基于BDS-3 PPP-B2b服务的实时PPP性能分析

基于精密单点定位(PPP)原理及BDS-3 PPP-B2b电文改正模型,分析在使用电文改正信息进行PPP过程中需要注意的2个改正参数间匹配性问题,以及静态、仿动态条件下经过PPP-B2b电文信息改正后B1C+B2a、B1I+B3I模式定位服务性能。结果表明,在静态条件下,2种定位模式水平、高程方向定位精度均优于11 cm;仿动态条件下,水平、高程方向定位精度均优于22 cm,在15 min内均能达到水平、高程方向分别不超过0.3 m、0.6 m的精度要求;B1C+B2a组合在定位精度和收敛速度方面均略优于B1I+B3I。

BDS-2/BDS-3联合精密单点定位性能分析

为了综合评估北斗导航卫星系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)北斗二号(BDS-2)与北斗三号(BDS-3)的数据质量以及BDS-2/BDS-3联合(BDS-2/3)定位性能,文章根据多卫星系统试验网(Multi-GNSS Experiment,MGEX)跟踪站的观测数据,从信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、多路径(multi-path,MP)效应、卫星可见性和位置精度因子(position dilution of precision,PDOP)方面,对BDS-2和BDS-3卫星数据质量进行分析,并将BDS-3与美国的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)在兼容互操作频点上进行对比,进一步分析比较BDS-2和BDS-2/3的静态精密单点定位(precise point positioning,PPP)精度和收敛速度。结果表明:在SNR、MP效应方面,BDS-3的观测数据质量表现较好,在兼容互操作频点上BDS-3的SNR和MP效应表现也较优于GPS,BDS-3的卫星可见性和PDOP值表现较BDS-2差;静态PPP精度方面,BDS-2在E、N、U方向定位误差平均均方根(root mean square,RMS)值分别为3.9、3.6、7.0 cm,其平均收敛时间在E、N、U方向分别为73.1、69.0、73.3 min,BDS-2/3在E、N、U方向定位误差平均RMS值分别为2.3、1.3、4.8 cm,其平均收敛时间在E、N、U方向分别为28.2、25.5、38.0 min;相比于BDS-2,BDS-2/3在收敛速度与定位精度上都有明显改善。

BDS-3不同类型卫星对BDS-2伪距定位性能提升定量分析

针对北斗三号(BDS-3)不同类型卫星对北斗二号(BDS-2)伪距单点定位性能的影响,基于iGMAS机构发布的跟踪站实测数据,分析了BDS-3地球静止轨道(GEO)、倾斜地球同步轨道(IGSO)、中圆轨道(MEO)、全部BDS-3卫星对BDS-2卫星可见数、位置精度因子(PDOP)值以及伪距单点定位精度的影响.经研究发现,BDS-3不同卫星对BDS-2卫星可见数、卫星空间几何结构以及伪距单点定位精度提升程度不同,MEO卫星的提升程度优于IGSO卫星和GEO卫星,三种类型卫星对BDS-2定位性能提升量之和与全部BDS-3卫星对BDS-2定位性能提升量相当.

BDS-2/BDS-3/GPS精密单点定位精度分析

为进一步对比分析BDS-2、BDS-3、GPS不同组合间的精密单点定位精度,选取了5个IGS连续跟踪站连续7 d的实测数据,分析了BDS-2、BDS-3、GPS等7种不同情况下静态与动态精密单点定位精度。经研究发现,当前BDS-2精密单点定位精度低于BDS-3低于GPS,而BDS-2/BDS-3组合定位精度与GPS相当,三者任意组合定位精度较任一单系统都有较明显提升。其中BDS-2/BDS-3/GPS组合定位精度最高,较BDS-2单系统定位精度提升在60%以上,较BDS-3单系统定位精度提升在50%以上,较GPS单系统定位精度提升在40%以上。

BDS-3 PPP-B2b精密轨道辅助非差非组合PPP-RTK

BDS-3通过其高轨道卫星的B2b信号向亚太地区用户免费提供了标准精密单点定位服务,但PPP近半小时的收敛时间和分米级的实时定位精度不利于其后续应用推广。因此,本文提出了融合PPP-B2b精密卫星轨道产品与区域稀疏参考站观测数据的增强定位方法,即基于PPP-B2b的非差非组合精密单点实时动态定位技术,并采用站间单差电离层伪观测值对其进行约束,以实现电离层延迟等参数的严密估计。此外,本文还重点设计了区域电离层斜延迟及其精度信息的单星实时建模方案,有效压缩播发数据量的同时提高了PPP-RTK的应用性能。在此基础上,利用京津区域参考网对上述方法进行了近实时验证。结果表明:本文方法提供的电离层斜延迟修正精度可达2.2 cm(BDS-3)/2.4 cm(GPS);超95%BDS-3+GPS定位样本的绝对误差可在2 s内收敛到水平2 cm与垂直5 cm,而且定位误差收敛后可实现水平毫米级与垂直厘米级的定位精度。

融合BDS-2、BDS-3、QZSS数据的伪距单点定位精度分析

针对BDS-3完整星座单点定位精度评估问题,基于MEGX跟踪站WUH2连续7 d的实测数据,分析了融合BDS-2、BDS-3、QZSS数据的伪距单点定位精度。结果表明,QZSS能有效改善BDS-2、BDS-3、BDS-2/BDS-3的卫星可见数和卫星空间几何构型,有效提升三者的伪距单点定位精度,尤其是BDS-2/BDS-3/QZSS组合下伪距单点定位水平方向定位精度优于0.4 m,高程方向定位精度优于0.8 m;且BDS定位精度越高,QZSS系统对其定位精度的提升量越小。

BDS-2和BDS-3系统间伪距分层及其技术对策

BDS-2和BDS-3卫星不仅存在与其他导航系统一样的星间伪距偏差问题,还存在两个系统之间的分米级伪距分层现象。为了最大限度降低伪距分层影响,本文选用两台环路参数可配置的接收机进行试验分析,分析了接收机环路参数设计与伪距分层的影响关系。结果表明,当接收机选择0.3 chip及以上的相关器码间距来跟踪B1I信号时,能使BDS-2和BDS-3之间B1I信号的伪距分层由分米级降低到厘米级;对于B3I信号而言,则需要采用0.6 chip及以下的相关器码间距来进行跟踪。根据本文研究可知,通过配置合理的接收机相关器码间距值跟踪B1I/B3I信号,可以使BDS-2和BDS-3之间的伪距分层现象得到明显改善,同时也能提高接收机定位精度的一致性。本文研究对推进北斗导航接收机和芯片的发展与完善具有参考意义。

BDS-2/BDS-3的MEO卫星B3I频率数据质量对比分析

针对目前BDS-2/BDS-3数据质量情况,本文基于IGS连续跟踪站实测数据,从数据完整率、信噪比以及多路径三个方面对比分析了BDS-2/BDS-3的MEO卫星的B3I频率的数据质量。经分析发现,BDS-3新卫星的发射增加了北斗系统的服务范围,BDS-3卫星的数据完整率与信噪比要高于BDS-2,BDS-3卫星的多路径效应小于BDS-2,没有在BDS-3卫星中观测到存在于BDS-2卫星中的系统偏差。

BDS-2/BDS-3伪距单点定位精度分析

针对目前BDS-3的定位性能,本文分析了BDS-2、BDS-3以及BDS-2/BDS-3组合下的数据质量以及伪距单点定位精度。研究发现,BDS-3卫星数据质量较优,相比于BDS-2卫星数据质量有了提升,BDS-3卫星的加入有效地提升了BDS卫星可见数,改善了卫星空间分布结构;BDS-2、BDS-3单频伪距与双频伪距单点定位精度相当,二者结合的伪距单点定位精度相比于单一系统有了较大提升。

BDS-2/BDS-3在极端高度角条件下的定位性能分析

针对极端高度角条件下的BDS定位性能,本文基于POTS站实测数据,分析了BDS-2、BDS-3、BDS-2/BDS-3的卫星可见数、PDOP值、历元可用率以及伪距单点定位精度。经研究发现,BDS-2/BDS-3有效改善了BDS-2、BDS-3在极端高度角条件下的卫星可见数与卫星空间几何分布结构,使利用可用率有明显的增加,即使高度角为40°,BDS-2/BDS-3的历元可用率仍能达到100%,而B1I和B3I在高度角极端条件下,伪距单点定位精度仍能满足一般单点定位精度要求,为观测环境较差下的定位提供一定的参考意义。

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-2/BDS-3短基线相对定位精度分析

针对BDS-3新卫星对BDS-2短基线相对定位性能的提升,文章基于根据RTKLIB改编的软件,分析了BDS-2、BDS-2/BDS-3三个频率的短基线相对定位性能。研究表明,BDS-3卫星的加入有效的改善卫星可见数与卫星空间几何分布结构。对于相对定位性能,BDS-3卫星明显的提升了BDS-2 B1I、B2b、B3I三个方向的定位精度和模糊度固定率,其中B3I三个方向的定位精度提升最明显。对于BDS-2/BDS-3定位精度,B1I和B3I的E和N方向定位精度优于1 cm,U方向定位精度优于2 cm;B2b的E方向和N方向的定位精度优于1.5 cm,U方向定位精度优于4 cm,同时发现,B3I频率定位精度优于GPS L1和L2对应方向的定位精度,B1I频率定位精度优于GPS L2但低于L1对应方向的定位精度,B2b频率低于GPS L1和L2对应方向的定位精度。

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%.