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。

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。

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。

基于DCB改正的BDS/GPS/Galileo多频单点定位精度分析

为了实现多频数据融合处理并有效抑制伪距硬件延迟对定位精度的影响,推导了多频标准单点定位的数学模型,给出了多系统双频/三频观测值组合情况下的DCB改正方法,并以5个MGEX监测站连续7 d的实测三频数据进行验证.结果表明,DCB改正后,BDS,GPS,Galileo系统观测值残差的标准差分别减小了74. 3%,66. 1%和71. 2%;单BDS三频单点定位点位精度提高74. 6%;单BDS双频单点定位与三频单点定位精度相当;相比于单BDS,BDS/GPS及BDS/GPS/Galileo组合单点定位精度分别提高了18. 9%和24. 6%,取得了三维3. 640和3. 385 m的定位精度.

GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位

为了提高导航卫星精密单点定位的性能,利用多星座组合可以大大提高可见卫星数的原理,提出一种GPS/GLONASS/BDS/Galileo 4系统组合精密单点定位方法。利用全球分布的40个测站数据对4系统组合精密单点定位性能进行分析,结果表明:在静态定位中,和GPS相比,4系统组合精密单点定位精度在东、北、垂直3个方向分别提高了36%、33%、37%,收敛时间在3个方向分别减少了48%、28%、35%;在动态定位中,和GPS相比,4系统组合精密单点定位精度在3个方向分别提高了36%、38%、30%。

GPS/BDS/GALILEO多模单频单历元RTK定位算法

单一卫星系统单频RTK定位可靠性较低,难以满足实时定位需求。由于GPS,BDS及GALILEO均采用CDMA技术体制,GPS/BDS/GALILEO多模系统耦合度较高,可有效应用于RTK动态定位。采用实测数据进行GNSS单频单历元RTK计算,实验结果表明:多模GNSS系统其模糊度ADOP值较小,模糊度固定成功率较高更适用于RTK定位领域。截止高度角较高时多模系统优势更加明显。

BDS/GPS/Galileo多频观测值精度评估及随机模型精化

随机模型的优劣直接影响GNSS精密定位的精度以及可靠性.通过MEGX观测网CUT0、CUT2和CUTA测站连续10 d观测数据,基于短基线单差模型方法求解各系统单差残差的时间序列,并推导出BDS/GPS/Galileo卫星观测值噪声.统计观测值噪声随高度角变化的情况,通过最小二乘拟合方法确定精化的随机模型.结果表明:Galileo的4个频点的伪距观测值精度约20~50 cm,E5频点的精度最高,E1最低,E5a和E5b基本相当;载波相位观测值精度约1~3mm,E5频点的精度明显高于E1、E5a和E5b.BDS载波观测值精度约1~3 mm,B1、B2、B3精度基本相当,其伪距观测值精度约30~50 cm,B1精度最低,B2和B3相差不多.GPS L1伪距观测值精度约63 cm,L2伪距观测值精度约42cm,载波相位精度约3 mm.基于单差模型对各系统观测值进行精度估计,在短基线情况下,BDS/GPS/Galileo载波相位观测值精度基本相当,而Galileo E5伪距观测值精度明显优于其他卫星系统伪距观测值精度.各类型卫星观测值的残差分析可为定位中随机模型的建立提供依据.

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。

沿海验潮站GNSS观测网BDS与GPS基线处理精度分析

为了评估北斗卫星导航系统(BDS)用于验潮站沉降监测的可靠性和精度,该文利用北海区沿海8个验潮站2022年全年的GPS和BDS观测数据,从基线解标准均方根误差、基线重复性和GPS与BDS基线互差等方面对GPS和BDS解算结果进行对比分析。结果表明,BDS基线解的NRMS值在0.17~0.25之间,GPS基线解的NRMS值在0.18~0.23之间,二者基线解的NRMS值基本相当;GPS基线解的长度和各分量基线重复率平均值要小于BDS,从GNSS网固定误差和比例误差看,GPS和BDS的基线长度重复性精度达到10^(-9)~10^(-8)量级,基线东西和南北分量重复性达到10^(-9)量级,基线垂直分量重复性精度达到10^(-7)~10^(-8)量级。在GPS和BDS基线结果互差方面,GPS解算得到的基线长度均要大于BDS,二者平均差值为10.7 mm;东西分量差值最小,其次是南北分量,垂直分量差异最大,南北分量、东西分量和垂直分量差值平均值分别为-8.5 mm、-3.7 mm和10.6 mm。南北分量、东西分量、垂直分量和基线长度差值平均值最大值分别为23.6 mm、20.9 mm、30.4 mm和22.1 mm。总体而言,BDS基线与GPS基线结果存在一定的差异,但差值不大,相对于基线长度而言,二者差值在10^(-8)量级,均能够满足长序列高精度数据要求,可用于验潮站沉降监测的需要。

高分多模卫星星载BDS/GPS在轨数据分析与评估

高分多模卫星已在轨稳定运行,并使用星载BDS/GPS双频双模导航接收机实现了自主定轨功能。根据导航接收机在轨实测数据,开展了BDS模式和GPS模式下的载噪比、收星数等观测数据质量的对比分析,基于下传的原始观测数据完成了精密定轨解算,并采用内符合评估方法完成了实时定轨精度分析。经分析研究,导航接收机最高载噪比BDS模式较GPS模式高1 dB•Hz,平均可用星数BDS模式较GPS模式多0.6颗,精密定轨位置精度和速度精度BDS模式和GPS模式均在1.63~5.34 cm、0.0017~0.0046 cm/s之间,实时定轨位置精度和速度精度BDS模式和GPS模式均在3.10~4.23 m、0.00291~0.00394 m/s之间。结果表明,BDS信号与GPS信号的载噪比、可用星数和定轨精度均基本相当,表明BDS已具备为航天器用户独立提供时间、位置及速度等信息服务的能力。

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。

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%。

适用于高高原机场GPS/BDS导航快速选星算法分析

卫星导航系统是民航飞机导航的主要手段之一。因高高原机场环境复杂多变,单一GPS导航系统难以满足现实需求。基于GPS/BDS双模导航能显著提高导航性能,具有明显优势。但这将带来大的卫星冗余,增加了计算量的同时会引入更多低导航质量的卫星。为此,针对高高原机场情况,提出一种基于卫星仰角和方位角的快速选星算法,可以减少计算负担,同时自动选出高质量卫星信号,满足实际的导航需求。最后,选取4个典型的高高原机场场景对算法进行了充分的仿真实验分析。仿真结果验证了所提方法的有效性。

不同截止高度角下BDS/GPS/GALILEO多模组合SPP解算性能分析

文中选取MGEX跟踪站部分测站的2016年2月1日1天的观测数据,在截止高度角分别为5°、15°、25°、30°、40°、45°的情况下,分析BDS(C)、GPS(G)、GPS+BDS(GC)、BDS+GALILEO(CE)、GPS+GALILEO(GE)、GPS+BDS+GALILEO(GCE)六种组合模式的单点定位(SPP)的定位性能.研究结果表明:GPS+BDS+GALILEO(GCE)组合稳定性最好.同一高度截止角下,卫星数目最多,历元可用率最高,为96%,相比其他模式,定位精度提高了20%～40%.在建筑物密集区、山区、树林和遮挡严重的区域具有很好的应用价值.

GPS/BDS/Galileo三频精密单点定位模型及性能分析

在精细考虑伪距和载波相位硬件偏差时变特性的基础上,导出了更为严谨的非差非组合观测方程,并给出了非组合模式下两类GNSS偏差的数学表达形式。基于此,本文详细研究了3种常用的三频精密单点定位(PPP),即无电离层两两组合IF1213、单个无电离层组合IF123与非组合UC123函数模型的独立参数化方法,系统分析了3种PPP模型的相互关系以及GPS/BDS/Galileo三频静、动态PPP定位性能。结果表明,静态PPP收敛后定位精度水平方向优于1.0 cm,高程优于1.5 cm;动态PPP水平方向优于2.0 cm,高程优于5.0 cm;三频PPP的定位性能与双频PPP基本相当。

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。

高精度BDS+GPS变形监测技术在特高压线路地质灾害监测中的应用

BDS+GPS变形监测技术对特高压线输电杆塔的高精度监测具有重要意义。本文在构建BDS+GPS高精度定位数学模型的基础上,依据前后历元的一致性,给出稳健的GNSS观测数据预处理策略;兼顾监测算法的高精度及快速响应,利用实时滑动窗口时段解的解算策略对高压线输电杆塔的位移变化进行实时监测;采用B/C架构研发BDS+GPS变形监测软件,具有数据采集、数据解析、数据解算和前端展示功能。精密导轨试验结果表明,该算法的水平RMS小于3 mm,高程RMS小于5 mm,满足厘米级、毫米级变形监测需求。

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)。

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%。