GPS/BDS组合导航系统的精密单点定位模型

为了改善单卫星导航系统由于卫星数量较少,导致定位误差高的问题,设计全球定位系统(GPS)/北斗卫星导航系统(BDS)组合导航系统的精密单点定位模型:线性组合处理GPS与BDS的伪距和载波相位观测值,并构建GPS/BDS组合导航系统的组合观测值;接下来利用协方差成形自适应卡尔曼滤波方法,对组合导航系统导航过程中的卫星钟差、电离层延迟等误差实施滤波;再利用滤波处理后组合导航系统的广播星历,获取卫星轨道以及钟差;然后利用经验模型修正对流层延迟,获取相位观测值与伪距的综合改正数;最后利用综合改正数修正组合导航系统的观测方程,构建精密单点定位模型。实验结果表明,GPS/BDS组合导航系统采用所构建模型进行精密单点定位,不同方向定位误差均低于10 cm,证明了提出模型的有效性。

抗差Helmert方差分量估计在GPS/BDS/UWB融合定位中的应用

针对卫星信号受限环境下,全球定位系统(GPS)/北斗卫星导航系统(BDS)组合定位出现较大偏差的问题,引入超宽带(UWB)技术作为定位性能增强技术。GPS/BDS伪距测量值与UWB测距值作为原始观测值,提出了基于抗差赫尔默特(Helmert)方差分量估计的GPS/BDS/UWB融合定位方法,实现合理定权,抵御粗差影响。分别进行了静态实验和动态实验,结果表明:没有粗差情况下,GPS/BDS/UWB融合定位相对于GPS/BDS的定位精度在静态实验和动态实验中均有所提升;引入粗差后,定位结果可抵御粗差,精度提升较为明显。

基于51单片机与GSM的GPS卫星定位系统设计

设计了一款精准度较高、定位快速、方便携带的GPS卫星定位系统。卫星定位数据通过GPS信号接收模块传递给单片机,经单片机处理后通过LCD1602液晶屏幕显示定位信息,并通过GSM模块将定位信息发送至其他终端设备。测试结果表明:基于51单片机与GSM的GPS卫星定位系统可以实现定位信息的准确获取,而且结构简单、易于操作。

全球区域BDS、GPS、BDS+GPS静动态PPP定位精度评估分析

利用全球区域的7个IGS站的观测数据以及GPS和BDS的精密轨道和钟差产品,分析了BDS、GPS和BDS+GPS组合的卫星数量、几何空间分布以及静动态PPP精度。实验结果表明,GPS在全球7个测站的卫星数在10颗左右,卫星分布较均匀;BDS在Alic(大洋洲)、Iisc(亚洲)、Zamb(非洲)的卫星数明显多于GPS,其余测站卫星数量相当。数据表明,GPS+BDS卫星数量和卫星几何空间分布状态明显优于单系统。在静态PPP中,BDS在Maw1(南极洲)和Unsa(南美洲)精度略低于GPS,其余测站精度相当;GPS+BDS在7个测站U、N、E方向基本在1 cm左右,相对BDS、GPS单系统定位精度有一定提升。在动态PPP中,BDS在Nlib(北美洲)、Unsa的定位精度低于GPS,其余测站定位精度则要优于GPS,但BDS和GPS单系统在全球区域定位性能都不够稳定。GPS+BDS在7个测站U、N、E方向定位精度分别优于0.06 m、0.03 m、0.03 m,在动态PPP中相对于BDS和GPS 7个测站的精度均有提升,说明了GPS+BDS组合可以提高PPP精度并且可以极大改善定位的可靠性。

卫星分群的抗差Kalman滤波在GPS/BDS融合精密单点定位中的应用

抗差Kalman滤波是控制GNSS动态导航定位中观测异常的有效算法,当应用到GPS/BDS实时动态精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)时,会出现某些历元定位精度甚至不如单一系统定位精度高,这主要是因为同一接收机接收的不同种类卫星观测量的随机特性不同,使得观测量验后残差的分布特性不一致,抗差估计时随机特性不同的观测量验后残差互比,反而对某一系统优质数据也进行了降权,导致定位结果出现偏差,减弱了GPS/BDS融合精密单点定位的优势。针对这一问题,提出了卫星分群的抗差Kalman滤波算法,并应用到GPS/BDS融合精密单点定位中,算法的核心是在每一历元观测数据质量控制时根据卫星类型分类构建方差膨胀因子,给出了算法的实施步骤,最后通过MGEX实测数据进行了验证,结果表明算法应用到GPS/BDS融合精密单点定位中,相较传统的抗差Kalman滤波算法在东、北、天三个方向分别提高了34.6%、33.3%、31.0%,同时表明该算法提高了GPS/BDS融合精密单点定位的可靠性。

GPS系统与BDS系统导航定位性能对比分析

本文在仿真出GPS系统与BDS系统卫星星座的基础上,对两种定位系统下的哈尔滨、武汉、广州、拉萨单个站点以及全球范围的卫星可见性、DOP值、定位精度进行了覆盖分析,并比较了两个系统定位性能的差异。实验结果表明,当前BDS系统在亚太地区与GPS系统的定位性能基本一致,可见卫星数比GPS系统稍多,但BDS系统的DOP值的波动却比GPS系统的要大,尤其在GEO与IGSO卫星覆盖的边缘区域,BDS的导航定位性能较差,在某些地区仍不能提供导航定位服务。

GPS/BDS组合系统伪距单点定位精度分析

针对伪距单点定位精度不足、特殊地区单一系统无法定位等问题,本文采用GPS/BDS组合系统减少对单一系统的的依赖,同时,采用加权整体最小二乘随机模型有效的改善了伪距单点定位精度。实验结果表明:我国范围内平均可观测16.8颗卫星,其中GPS卫星8颗,且卫星数变化不大,BDS卫星8.8颗,卫星数变化较大。加权整体最小二乘模型下的伪距单点定位精度N方向平均偏差值是1.68 m,E方向平均偏差值为0.96 m,U方向平均偏差8.77 m,优于单系统伪距单点定位。

复杂环境下BDS+GPS系统RTK短基线定位算法研究

为解决RTK在实际使用时,定位结果受限于卫星数量和多径效应影响等问题,提出了考虑大气环境差值影响的双差模型,从而降低基线长度引起的误差;使用EKF算法融合物体运动模型和卫星信号模型,提高了卫星信号质量不佳路段的定位精度;融合BDS和GPS组合系统信号,降低遮挡严重区域多径效应的影响,并比较研究了组合系统与单系统的定位精度。实验表明:基于实际环境下采集的卫星信号数据,提出的方法可以有效降低基线长度、信号遮挡和多径效应引起的定位误差,提高了复杂环境下RTK短基线定位精度,可满足特定区域范围内的高精度实时定位需求。

GPS/GLONASS/BDS三系统组合定位的定权方法

为了提高GPS/GLONASS/BDS三系统组合定位的稳定性和精确度,研究加权最小二乘定位中的定权方法。提出一种结合高度角先验定权和验后方差估计的定权方法,利用多系统兼容接收机实测数据进行仿真验证。结果表明,相较于传统的最小二乘法,该定权方法可以明显改善多系统组合定位的精确度,且具有很好的抗差性能,提高了定位结果的稳定性,可应用于多系统兼容接收机组合定位解算中。

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%.

顾及伪距差分系统间偏差的GPS/BDS/Galileo/QZSS伪距差分定位精度分析

随着BDS、Galileo和QZSS等卫星导航系统的发展,GNSS正朝着多系统组合定位的方向发展。本文针对GPS/BDS/Galileo/QZSS,提出四系统间伪距差分模型,并对其定位性能分析。结果表明:无论是相同还是不同类型的接收机,伪距DISB在几天范围内是稳定不变的。同时通过设置截止高度角进行模拟遮挡实验。实验结果表明:相对于常规的系统内伪距差分方法,系统间伪距差分方法在截止高度角为30°、40°、50°下的定位精度分别提升19.62%、33.11%、57.77%。该方法可以有效提升定位的精度和可靠性,特别是在遮挡严重的环境下改进明显。

Bancroft算法应用于GPS/BDS/GLONASS三系统伪距单点定位

为了提高多系统组合单点定位的运算效率,将Bancroft算法推广应用于GPS/BDS/GLONASS三系统伪距单点定位,并推导了该方法的详细计算流程,比较了Bancroft算法、最小二乘算法和组合两种算法的精度、迭代次数以及运算时间。利用实测数据进行实验,结果表明,3种算法精度相当,Bancroft算法比最小二乘算法迭代次数少,运算效率提高了38%,利用Bancroft为最小二乘算法提供初值,收敛速度加快,运算效率提高了36%。最终得出结论,Bancroft算法应用于GPS/BDS/GLONASS三系统伪距单点定位满足精度要求,且Bancroft算法对于减少迭代次数,提高运算效率有重要意义。

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。

GPS/BDS/GALILEO多系统融合伪距单点定位性能分析

针对在不同截止卫星高度角的情况下,GPS、BDS、GPS/BDS、GPS/GALILEO、BDS/GALILEO、GPS/BDS/GALILEO间伪距单点定位精度的差异,本文对多系统融合伪距单点定位的数学模型和误差项处理方法进行了研究,以香港CORS站HKMW站点全天的数据为实验数据,在截止卫星高度角10°、15°、20°、30°、40°的情况下,进行了GPS、BDS、GPS/BDS、GPS/GALILEO、BDS/GALILEO、GPS/BDS/GALILEO伪距单点定位解算。结果表明,GPS/BDS/GALILEO组合系统在X、Y、Z各方向的定位精度都优于单系统,定位结果更加稳定,尤其在截止高度角达到30°、40°时,单系统的定位精度急剧下降,历元可用率降低,而GPS/BDS/GALILEO组合系统仍能满足定位的要求。

BDS GEO卫星对GPS精密单点定位的影响分析

为了研究北斗卫星导航系统(BDS)GEO卫星对全球中圆地球轨道(MEO)星座精密单点定位(PPP)的影响,本文利用MGEX站点连续7天的观测数据,将BDS GEO卫星和MEO卫星进行组合,对可见卫星数,定位精度和收敛时间进行了分析.实验结果表明,在MEO卫星中加入GEO卫星可以得到更好的空间几何构型,两者的定位精度相当;GEO卫星和MEO卫星组合可以缩短收敛时间,在MEO卫星定位较差时,加入GEO卫星可以提高定位的可靠性.

基于GPS理论的农用机械定位技术研究

农业是国家的基础,其现代化程度影响国家粮食安全和农民生活。随着社会经济发展和人口增加,农业面临产量和效率的压力,农用机械可以提高生产效率和降低成本。GPS定位技术已在交通、海事及救援等领域得到广泛应用,但在我国农业现代化的探索中,尤其是农用机械的智能化和信息化进程中,GPS技术仍处于初级阶段。很多地区农业工作仍然采用传统的人力手工方式,面对广袤的农田区域和传统农业作业方式的局限,引入GPS技术以提高农用机械的智能化水平,已成为推动农业现代化的重要措施。实践证明,农用机械智能化不仅能有效解放农业劳动力,提高农业作业效率,也有助于减轻农民的工作负担。笔者对GPS定位技术的功能与系统构成进行了简要介绍,并对该技术在农用机械上的主要应用形式以及GPS定位技术具备的优势和存在的不足进行了较为详尽的剖析,进而提出了农用机械定位技术应用前景及发展方向。研究结果表明,提高定位技术的精确度、构建基于GPS技术的农用机械管理系统、积极推广北斗全球定位技术,对推动我国农用机械的智能化和信息化发展具有重要意义。本研究不仅为GPS定位技术在农用机械定位领域的应用提供了参考,也为未来农业机械自动作业实用化、高价值蔬菜和瓜果收获机器人设计以及GPS引导的耕作和收获机械技术的研究奠定了基础。

BDS和GPS双系统组合相对定位技术在抚顺采空区地面沉降在线监测中的应用

抚顺矿区是我国最老的矿区之一，采矿历史可上溯到1901年。抚顺矿区沉降和地下开采并生，据统计，平均每开采1m深的煤层，就会造成0．8m的地面塌陷，且沉降并不随地下开采的结束而结束。目前抚顺市划定的沉降区范围为18．411km2。

高度角定权模型的BDS/GPS伪距单点定位分析

为了提高BDS/GPS组合定位的精度,分别采用不同高度角定权模型计算BDS/GPS组合定位结果,论述BDS/GPS组合系统的伪距单点定位解算模型、重要误差改正方法及高度角定权和单位阵定权的理论模型,探讨BDS、GPS和BDS/GPS组合系统在卫星观测数量、PDOP值及伪距单点定位精度上的差异,比较分析应用不同定权模型的BDS/GPS组合定位结果。实验结果表明:BDS/GPS组合定位的精度高于BDS的定位精度,GPS伪距单点定位的精度略优于BDS;采用不同高度角定权模型的BDS/GPS组合定位结果精度不同。

BDS/GPS双模静态PPP定位精度与收敛性分析

随着仪表引导系统(instrument guidance system,IGS)精密星历实时化计划的推进,全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)精密单点技术已成为精密定位领域的一个热点。文章实现了北斗卫星导航系统/全球定位系统(BeiDou Navigation Satellite System/Global Positioning System,BDS/GPS)双模静态精密单点定位(precise point positioning,PPP)算法,并采用武汉大学发布的15 min精密卫星轨道与5min钟差产品对亚太地区多个测站实测数据进行BDS/GPS单模与双模静态PPP精度与时间收敛性的分析。从亚太地区多个测站的分析结果得出:BDS静态PPP充分收敛后的水平精度优于5cm,且北向精度优于东向,高程精度略差,优于10cm;对于收敛性,水平方向收敛速度快于高程方向,整体上为70~250个历元,BDS静态PPP定位结果逐渐收敛,但是天向存在收敛不充分现象;相对于GPS,目前BDS的PPP精度和收敛性比GPS略差,但充分收敛后目前可实现厘米级的绝对定位;BDS/GPS双模静态PPP收敛性优于单模,定位精度与GPS单模相当。

BD-2/GPS组合系统的设计与定位算法

目前世界上4大主力卫星导航定位系统的兼容技术日益提高和完善,在这种客观需求下使多系统联合定位成为可能。为达到两种系统组合定位的目的,将中国北斗二号(BD-2)与GPS技术相融合,在BD-2单系统定位原理的基础上提出了BD-2/GPS构成的组合接收系统的设计思路和BD-2/GPS组合导航定位系统的数学解算方法。在定位算法上采用了加权最小二乘法对组合导航定位系统进行解算,并通过MATLAB软件对数据结果进行计算和分析,证明了此种算法的可行性和可靠性。