基于Galileo HAS服务的全球PWV反演验证分析

基于实时精密单点定位PPP的大气可降水量PWV反演技术近年来受到广泛研究,但目前该技术大多需利用网络通讯接收改正信息,这使其在通讯网络不能覆盖及因灾通讯受限地区的使用受到限制。2023年1月开通服务的Galileo系统高精度定位服务HAS(High Accuracy Service)为实现不依赖额外通讯手段的实时PWV反演提供了新手段。本文首先分析验证了Galileo系统HAS服务的卫星轨道和钟差改正信息精度,并将基于武汉大学IGS分析中心产品的PWV反演结果作为内部对比参考值、将基于ERA5数据及探空数据结果作为PWV结果对比的外部参考值,验证了基于HAS服务的PWV反演精度。结果表明HAS服务反演得到的PWV与两类参考值均具有较高的一致性。其中HAS服务计算得出的结果与IGS事后产品PWV解算结果的两序列差的RMS为2.91 mm,与探空数据的序列差的RMS为2.51 mm。初步验证了HAS可用于降雨的短时预报可行性。

Galileo高精度定位服务的空间信号误差及精密单点定位评估

Galileo高精度定位服务(high accuracy service,HAS)利用E6B信号向全球用户播发免费精密卫星轨道、钟差和码偏差改正信息,在卫星高精度实时应用领域有重要意义.评估其空间信号误差及精密单点定位(precise point positioning,PPP)性能是用好HAS的重要前提.基于2023年12月1日至31日的HAS轨道钟差产品进行评估测试,Galileo卫星轨道产品在径向(R)、切向(A)和法向(C)的均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为3.24 cm、7.40 cm和6.85 cm,GPS分别为4.52 cm、8.19 cm和6.71 cm;Galileo钟差产品的标准差(standard deviation,STD)为0.16 ns,GPS为0.26 ns.基于欧洲10个测站PPP的实验结果表明:Galileo在E、N、U方向的定位精度分别为6.44 cm、4.65 cm和11.36 cm,GPS分别为7.42 cm、5.78 cm和12.04 cm,联合定位分别为4.11 cm、3.10 cm和7.56 cm,HAS可以满足高精度定位需求.

Galileo三频非组合PPP相位小数偏差估计与模糊度解算

欧洲的Galileo目前已经有28颗在轨可用卫星,具备全球精密定位能力,并且所有卫星均能够播发多频信号,多频信号融合有望进一步改善精密单点定位(precise point positioning,PPP)模糊度固定解性能.本文研究了Galileo三频非组合PPP相位小数偏差(fractional cycle bias,FCB)估计与模糊度解算(ambiguity resolution,AR)方法,并将其结果同双频非组合PPP模糊度固定解与浮点解结果进行了对比分析.结果表明:利用155个全球分布的地面跟踪站数据进行FCB估计,单个频率上的FCB估值序列标准差(standard deviation,STD)优于0.04周;双频PPP浮点解在E、N、U方向收敛时间分别为32.0 min、10.0 min、43.5 min,双频PPP固定解收敛时间分别减少到30.5 min、8.5 min、32.0 min,三频PPP固定解收敛时间分别进一步缩短到16.5 min、8.0 min、32.0 min.

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。

Galileo伪距硬件延迟对双频单点定位的影响分析

差分码偏差(Differential Code Bias,DCB)是高精度定位和电离层建模的主要影响因素之一。为探讨Galileo系统卫星端DCB改正对双频单点定位的影响,本文推导了Galileo 4种不同频点无电离层组合卫星端DCB改正公式。选取4个MGEX(Multi-GNSS Experiment)测站连续7 d的观测数据进行标准单点定位(Standard Point Positioning,SPP)和精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)实验,分析改正与不改正DCB对Galileo定位性能的影响。结果表明:DCB改正对SPP定位精度和PPP收敛时间均有提升,但对PPP收敛后的定位精度几乎没有影响。其中,E1/E5b和E1/E5(a+b)组合提升较小,SPP精度提升为亚厘米至厘米级,PPP收敛速度提升率约为2.0%和5.2%;E1/E6组合提升较大,SPP精度提升为米级,PPP收敛速度提升率约为32.3%。E1/E5a、E1/E5b和E1/E5(a+b)组合SPP定位精度和PPP定位性能基本相当,优于E1/E6组合。

Galileo三频精密单点定位精度分析

基于IGS多个跟踪站多天数据,采用三频无电离层两两组合模型,对比分析了等权、高度角、信噪比3种定权方式下Galileo系统E1E5aE5b、E1E5E5b、E1E6E5b静态与动态精密单点定位精度。实验结果表明,播发E1、E5、E5a、E5b、E6信号的Galileo卫星数与空间几何分布均较优,静态精密单点定位精度均在cm级,而动态精密单点定位E1E5aE5b、E1E5E5b水平精度在cm级,高程精度在dm级。静态精密单点定位高度角定权方式下定位精度最优,E1E5aE5b三频组合定位精度最优。动态精密单点定位高度角定权方式下定位精度最优,等权定权方式下E1E5aE5b定位精度最优,其余两种定位方式下E1E5E5b定位精度最优。

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/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。

Galileo导航电文认证服务性能测试分析

近年来频发的全球卫星导航系统(GNSS)欺骗事件,引起了各国对GNSS信号欺骗防护的关注,导航电文认证(NMA)作为民用信号系统级的解决方案,对生成式欺骗攻击具有较好的防护效果。伽利略(Galileo)卫星导航系统在2016年首次提出导航电文认证方案,并于2021年正式发布了公开服务导航电文认证(OSNMA)测试信号。针对OSNMA服务的性能测试,首先对Galileo导航电文认证技术和终端的认证流程进行了阐述,然后利用GNSS接收机开展了关键性能指标的技术试验与仿真。结果表明,OSNMA服务各项指标符合预期,其交叉认证的选星策略具有一定的参考性。研究成果可为中国北斗导航系统(BDS)未来电文认证服务的设计提供支持。

BDS-3/Galileo四频精密单点定位模型及性能分析

北斗三号系统(BDS-3)与欧盟伽利略系统(Galileo)都能提供四频及以上的卫星信号。为充分利用多频信号数据,提高定位精度和可靠性,建立了BDS-3/Galileo四频精密单点定位模型并进行了性能分析。首先在传统双频模型基础上推导了两个四频无电离层组合模型(QF1和QF2)和一个四频非差非组合模型(QF3),并给出了各模型组合系数、电离层和噪声放大系数等参数。其次分析了各模型参数对定位性能的影响。最后通过静态和仿动态PPP实验评估了各模型的定位性能,实验结果表明:提出的四频模型QF1、QF2、QF3静态PPP收敛时间相较于双频模型IF12缩短了约50%、57%、25%,收敛后定位精度分别提升约44%、44%、41%;动态PPP实验中,QF1、QF2、QF3模型所用收敛时间较IF12模型分别缩短约26%、26%、3%,收敛后定位精度分别提升约23%、22%、13%。QF1和QF2模型性能相当,优于QF3模型。

Galileo HAS精密轨道及钟差产品精度的分析与评估

对伽利略高精度服务(High Accuracy Service,HAS)精密轨道及钟差产品精度进行研究。将均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)与空间信号测距误差(Signal-in-Space Range Error,SISRE)作为精度评价指标,以法国国家空间研究中心的精密产品为参考,包含由空间大地测量团队(Global Reference Geopotential,GRG)提供的事后GRG产品和实时产品存档(Centre National d’Etudes Spatiales Real-Time Archive,CNT)产品,对改正的精密轨道和精密钟差进行分析与评估。实验结果表明:经HAS改正的Galileo精密轨道优于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)精密轨道,在考虑卫星轨道及卫星钟差影响下,Galileo和GPS与GRG产品比对的SISRE分别为0.093 m和0.127 m,与CNT产品比对的SISRE分别为0.210 m、0.603 m;经HAS改正的Galileo精密钟差优于GPS精密钟差,Galileo和GPS精密钟差与GRG产品比对的RMSE分别为0.248 ns和0.397 ns,与CNT产品比对的RMSE分别为0.674 ns和1.938 ns。

BeiDou、Galileo、GLONASS、GPS多系统融合精密单点

随着中国BeiDou系统与欧盟Galileo系统的出现以及俄罗斯GLONASS系统的恢复完善,过去单一的GPS导航卫星系统时代已经逐步过渡为多系统并存且相互兼容的全球性卫星导航系统（multi-constellation global navigation satellite systems,multi-GNSS）时代,多系统GNSS融合精密定位将成为未来GNSS精密定位技术的发展趋势。本文采用GPS、GLONASS、BeiDou、Galileo 4大卫星导航定位系统融合的精密单点定位（precise point positioning,PPP）实测数据,初步研究并分析了4系统融合PPP的定位性能。试验结果表明：在单系统观测几何构型不理想的区域,多系统融合能显著提高PPP的定位精度和收敛速度。4大系统融合的PPP收敛速度相对于单GNSS可提高30%~50%,定位精度可提高10%~30%,特别是对高程方向的贡献更为明显。此外,在卫星截止高度角大于30°的观测环境下,单系统由于可见卫星数不足导致无法连续定位,而多系统融合仍然可以获得PPP定位结果,尤其是水平方向具有较高的定位精度。这对于山区、城市以及遮挡严重的区域具有非常重要的应用价值。

GPS、Galileo及其组合系统导航定位的DOP值分析

利用Galileo系统的轨道参数模拟了Galileo系统的卫星位置,并计算出DOP值,比较了同一地点同时段内GPS和Galileo的能见卫星个数及DOP值。与单个系统相比,GPS/Galileo组合在任意地点、任意时刻的观测卫星个数增加,其DOP值明显变小;同时计算了组合系统在不同卫星高度角情况下的DOP值变化,发现在卫星高度角较高时仍可以接收到四颗以上的卫星,其DOP值也能达到导航定位的要求。

Galileo卫星定位系统相位组合观测值的模型研究

简要介绍了Galileo系统 ,然后在模糊度保持为整数的前提下 ,论述了由Galileo系统的四个频率载波进行测量的组合观测值的一般定义 ,并对有关的误差影响进行了分析 ,最后根据一定的组合标准讨论了具有特定性能的组合观测值 ,并给出了一些典型的组合 。

Galileo系统与GPS卫星定位系统相位组合观测值的模型研究

在介绍Galileo系统空间信号的基础上,以模糊度保持整数为前提,给出了Galileo系统的4个频率载波与GPS L2载波的组合相位观测值的定义,并对有关误差影响加以分析,最后根据一定的组合标准论述了具有相应特性的组合观测值,并给出一些典型的组合．

基于GALILEO及GPS-GALILEO组合系统的仿真分析

根据GALILEO卫星系统的设计参数,建立了卫星运动方程,编制了GALILEO系统的星座仿真软件;并结合GPS系统,以中国地壳运动观测网的25个基准站为地面观测站,对大陆范围内基于GPS、GALILEO以及GALILEO-GPS组合系统进行单点定位时的卫星可见性和给定精度下的定位可信度进行了系统的分析。仿真结果表明,在中国大陆范围内,GALILEO系统在时间域和空间域上的整体稳定性优于GPS系统。在一定的定位精度要求下,二者的平面定位可信度基本一致,GALILEO的高程定位可信度优于GPS系统;组合的GPS-GALILEO系统无论在卫星可见性方面,还是在定位可信度方面,均优于单一的定位系统。

Galileo系统定位性能仿真模拟分析

根据开普勒卫星运动原理编制卫星星座仿真程序,以五个所处不同纬度地区的城市为例,对Galileo系统的定位精度进行了计算与分析,结果表明,Galileo系统在不同地区都有着良好的定位性能。

Galileo／GPS载波相位组合观测值可匹配的研究

详细讨论了Galileo系统的4种载波与GPS L2载波的相位组合观测值的可匹配问题．在模糊度保持为整数的前提下,给出了Galileo／GPS载波相位组合观测值的定义,并对包括系统噪声和观测噪声在内的有关误差影响加以分析,最后给出了组合观测值可匹配的定义和判断可匹配的充要条件．

GPS/Galileo组合导航定位系统中的选星算法

为解决双卫星组合导航系统定位精度与计算负担之间的矛盾,采用选星的改进措施,文中分析了双星座系统与单星座系统的区别,提出了常用的几种选取5颗星的方法,并分别进行仿真分析,总结出各自的优缺点。同时根据观测矩阵与GDOP值的关系提出选取大于5颗可见星的最大行列式绝对值法,并分别对选取6、7颗可见星进行仿真分析,由仿真结果可见此法的实用性。

GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合RTK在不同截止高度角下定位性能分析

针对单系统RTK在有遮挡信号的环境中难以实现高精度定位的问题,提出使用GPS/BDS/GLONASS/Galileo四系统组合RTK定位方法,并建立四系统伪距和载波相位双差非组合的数学模型,顾及GLONASS解算双差模糊度存在的频间偏差,利用LAMBDA模糊度搜索方法固定模糊度参数,用自主开发的软件对短基线数据进行双频RTK数据处理,获得不同卫星截止高度角下的定位结果并与单系统定位对比分析。实验结果表明,在40°大截止高度角下,四系统组合RTK定位能快速获得固定解,得到平面0.8 cm、高程3.3 cm的定位精度,改善遮挡信号区域RTK定位的连续性、可用性、可靠性和定位精度。