采用北斗PPP-B2b服务的大气可降水量反演及香港地区暴雨过程分析

北斗三号卫星导航系统精密单点定位服务(PPP-B2b服务)通过卫星B2b信号向用户发送改正信息,摆脱了对外部通信的依赖,为实时反演大气可降水量(PWV)提供了新的技术途径。本文利用试验分析了PPP-B2b服务反演PWV的精度。试验结果表明,利用PPP-B2b服务反演结果与采用CODE事后精密星历产品的差值RMS为3.70 mm,STD为3.61 mm,与ERA5再分析数据差值的RMS和STD分别为4.80和4.07 mm,与探空结果差值的RMS和STD分别为3.75和7.16 mm,验证了采用PPP-B2b服务的PWV反演结果具有较好的精度。最后,通过分析香港地区暴雨过程的实际降水量与PWV反演结果之间的相关性,初步验证了BDS PPP-B2b服务用于暴雨灾害短时预警的可行性。

一种顾及轨道误差的实时GPS钟差估计方法

为了提高实时卫星钟差估计的精度和稳定性,提出了一种顾及轨道误差的实时GPS钟差估计方法。基于超快速轨道产品,分析了轨道标准差与绝对轨道误差的相关性。通过线性插值获得实时轨道误差信息,以优化先验残差的随机模型。基于先验轨道标准差阈值,采用分段方式剔除实时轨道异常卫星对应的观测值。实验结果表明:轨道标准差和轨道误差的相关性高达0.82。与常用的高度角相关的随机模型相比,GPS卫星钟差估计精度最大提高了15.2%,平均提高了8.1%,钟差误差的时间序列更加平稳,所有GPS卫星的平均钟差STD均在0.15ns以内。因此,超快速轨道产品中提供的轨道标准差与绝对轨道误差表现出较强相关。采用顾及轨道误差的实时钟差估计方法可提高GPS卫星钟差估计精度,准确识别并剔除GPS实时轨道异常的卫星,从而提高GPS实时钟差估计的稳定性。

GNSS实时卫星钟差估计在地震监测中的应用

为快速、有效地获取地震发生阶段震源周边地区站点的动态位移,为地震预警系统提供高可靠性的地表形变信息,利用全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)高频观测数据,基于非差估计法对多模GNSS卫星钟差进行实时估计及性能分析,并将其应用于精密单点定位(precise point positioning,PPP)实时计算2021年漾濞M w6.4地震和玛多M w 7.4地震的地面动态形变。结果表明,GNSS四系统实时估计卫星钟差的标准差(standard deviation,STD)均值为0.142 ns,其多系统组合PPP动态解的平均标准差在水平方向达到0.5 cm,高程方向达到1.0 cm,计算得到的地震动态位移波形相对GPS单系统更为稳定,而且能够获得较为准确的同震形变。

基于抗差自适应估计的微纳卫星相对定位算法

为了解决微纳卫星编队执行姿态机动任务时,差分定位性能降低甚至不能定位的问题,提出基于全视角天线组件的GPS接收和差分定位系统方案.针对星载高动态环境,改进基于几何无关(GF)差分组合和衰减窗口的伪距粗差探测方法.采用抗差自适应扩展卡尔曼滤波算法,将基于新息向量的观测噪声协方差矩阵开窗估计法应用于实时差分定位.建立半物理仿真平台,开展不同场景下的差分定位性能对比验证.结果表明,在全弧段侧摆与区间“侧摆-回正”机动条件下,所提出的基于全视角方案的滤波和估计算法相比于常规方案的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法在定位星数、定位精度上均有大幅提升,在短、长基线情况下分别可以达到厘米、分米级的相对定位精度.

雷达估测降雨与水文模型的耦合在洪水预报中的应用

尝试将雷达降雨数据作为水文模型的输入用于洪水预报中.流域面上的降雨分布是不均匀的,比较雨量计和雷达两种方式估测的降雨场分布,后者更接近于实际情况.从流域地形分布来看也证实了这一点.从实时洪水预报的角度出发,选择进行校准雷达降雨的雨量站个数与水情部门采用的报汛站的个数接近.由于雷达估测的降雨数据为分布式的降雨数据,需要采用分布式的水文模型.结合淮河史灌河流域蒋家集站进行洪水预报,预报结果表明,雷达测雨在洪水预报中具有广泛的应用前景.

基于IGU预报轨道实时估计精密卫星钟差

针对目前实时精密单点定位中,GPS卫星实时钟差服务所存在的精度问题,提出了一种基于IGU轨道的实时钟差估计方法。该方法基于IGU轨道,采用全球参考站非差载波相位观测值,进行实时钟差估计。数值结果表明：实时估计的卫星钟差与IGS最终产品的偏差大部分小于0.3 ns,平均优于0.2 ns;采用估计所得的实时钟差进行PPP静态定位,其精度可达12 cm,同时也可得到毫米级精度的天顶对流层延迟。

北斗/GPS实时精密卫星钟差融合解算模型及精度分析

实时GNSS精密单点定位(PPP)技术必须使用实时的高精度卫星精密轨道和钟差。本文研究了精密卫星钟差融合解算模型及策略,并利用滤波算法实现了北斗/GPS实时精密卫星钟差融合估计算法。仿真实时试验结果显示:获得的北斗/GPS实时钟差与GFZ事后多GNSS精密钟差(GBM)的标准差在0.15 ns左右;使用该钟差进行GPS动态PPP试验,收敛后水平精度优于5 cm,高程精度优于10 cm;使用仿真实时钟差进行的北斗动态PPP与使用GFZ事后多GNSS精密钟差开展的试验相比精度相当,可实现分米级定位。

卫星钟差实时估计的收敛分析

就测站数量、观测时间和测站分布对估计钟差的影响进行了研究,结果表明:增加测站数量和观测时间,均有利于提高卫星钟差的估计精度;但随着测站个数的增加,计算耗时会随之增加,从而影响钟差的实时使用,因此,从兼顾钟差的精度和实时应用两方面考虑,只有选择适当的测站分布和测站个数,才有利于钟差的实时估计和应用。PPP定位中,基于估计钟差的收敛时间比基于IGS最终钟差的收敛时间更长。

绳系卫星系绳参数的实时估计方法

研究了绳系卫星在轨运动中系绳参数的实时估计方法.分析了现有的估计方法所存在的问题,引入三轴张力计的测量信息和扩展Kalman滤波方法,提出了系绳摆角在大角度变化时系绳参数的实时估计方法,并进行了详细的推导与论证.最后,通过仿真验证了上述估计方案和算法的有效性,且获得了较好的估计精度.

基于GPS的三维姿态确定系统研究

论述了基于GPS姿态确定的原理、方法、步骤。首先 ,利用最小二乘平差校准基线 ,得到基线的准确长度及相互间的几何关系 ;随后 ,可以利用这些约束条件加速模糊度求解过程 ,适于实时应用。通过估计基线向量得到姿态粗解 ,以粗解为初值进行迭代最小二乘平差 ,最后得到最终的姿态解。通过一个实验系统验证 。

基于区域CORS多基站联合解算的精密卫星钟差实时估计

为了改善实时精密单点定位的精度和时效性,利用区域CORS网络采集的GPS载波相位观测值与IGU预报星历,通过多参考站联合解算,实现了基于星间、历元间差分技术的精密卫星钟差快速解算,并与IGS分析中心提供的最终精密钟差产品进行了比较.研究了不同的参考站分布和参考站数目对钟差估计产生的影响.试验结果表明,利用该算法估计的实时精密卫星钟差与IGS最终精密钟差产品具有较好的一致性,相对卫星钟差的估计精度可达到0.08 ns,平均中误差为46.2 ps;卫星钟差的估计误差基本上都在0.2 ns以内,平均中误差为73.2 ps.增加站间距可以有效减弱对流层参数之间的空间相关性,在保证观测精度和解算速度的前提下,合理增加参考站数目,对钟差估计结果的精度有一定提高.所提出的算法运算量小,解算速度快,仅需要少量参考站的载波相位观测值便可以迅速获得较高精度的实时卫星钟差产品.

基于IGS区域网的卫星钟差实时估计及PPP精度分析

针对IGS发布的IGU超快速钟差不能满足实时精密单点定位(PPP)精度要求的情况,提出利用区域IGS网,基于IGU预报轨道进行实时钟差估计的方法,并利用PPP对实时估计出的钟差进行定位精度分析。结果表明:实时估计得到的钟差与IGS事后精密钟差产品互差的均方根优于0.1 ns;采用实时估计钟差,PPP的精度较IGU预报钟差PPP精度在X、Y、Z三个方向分别提高87.1%、81.8%、91.3%,3D精度提高87.4%,可达厘米级,其收敛时间也缩短一半。

GNSS实时卫星钟差估计技术进展

不依赖实体基准站增强信息的GNSS实时精密单点定位服务将逐渐成为主流定位模式。实时卫星钟差产品作为实时精密单点定位的关键先决条件之一,其精度直接决定实时精密定位服务的性能。计算实时卫星钟差的GNSS实时卫星钟差估计技术成为实时精密定位的核心技术之一,其主要包括两种解算模式:非差解算模式和差分解算模式。由于对卫星模糊度等未知参数处理策略的不同,卫星钟差估计技术又可细分为非差、历元差分、星间差分、混合差分等策略类型。针对不同实时卫星钟差估计技术的原理方法、算法效率、适用性等问题,综合目前已有相关研究成果的基础上,对GNSS实时卫星钟差估计的研究现状、关键技术和面临的挑战进行了较为系统的总结综述,并对未来卫星钟差预报产品和实时估计产品的关系进行了展望。

基于行为的太阳帆群编队方法

文章提出了一种基于行为的太阳帆群编队路径规划方法。通过行为控制技术,在有限的感知信息条件下,便可获得自动的分布式控制律,将同质的各太阳帆导引至目标构型。导引过程中,各帆期望速度均为所设置三个行为速度(聚集、排斥、驻留)的矢量和,而各行为参数则利用目标构型的对称性进行设置。特别地,为了降低控制成本,聚集行为在仿真中利用了太阳引力、光压实际环境下形成的太阳帆轨道性质进行改造。通过日心悬浮轨道上的太阳帆群编队数值仿真,验证了文中方法的有效性和优越性。仿真结果表明,仅通过设置三个简单的行为,便可在日心悬浮轨道上得到许多有价值的太阳帆群构型。此外,通过修改其中的聚集行为,该方法可以很容易地移植到太阳帆行星悬浮轨道以及椭圆型三体问题中的太阳帆轨道编队应用上来。

“北斗”信号重构的导向矢量实时校正

针对导航应用中阵列天线导向矢量误差导致波束合成器性能恶化甚至失效的问题,提出了一种“北斗”信号重构的导向矢量实时校正算法。该算法利用重构的本地“北斗”参考信号与阵列天线接收信号进行相关解扩处理,然后利用信号子空间与信号正交补空间正交的特性,构造代价函数对各卫星方向的阵列导向矢量进行校正。仿真结果表明,经过校正的导向矢量相位误差从-100°~100°降低到-10°~10°范围内,幅度误差从-10~10 dB降低到-4~2 dB范围内;另外,导向矢量校正后,卫星信号波达方向估计误差在0.2°以内,估计精度大大提高。

近实时卫星降水数据对南京“20170610”极端性强降水过程的监测分析

以高密度的地面雨量站网观测数据为基准,综合分析了TRMM 3B42RT V7、IMERG Early、IMERG Late、GSMaP NRT、GSMaP NRT Gauge共5种近实时卫星降水数据对南京及周边地区2017年6月10日一次破历史记录的极端性强降水过程的监测能力。结果发现,在累积雨量方面,2种GSM aP数据有比较明显的低估,但基本再现了雨量中部高、南北低的空间分布格局;而3B42RT V7和2种IMERG对累积雨量的主要空间分布特征的辨识性较差。在降水强度时序变化方面,所有卫星数据均能正确探测到南京全市与江宁区的"20170610"降水过程,但在区域和网格尺度上对降水强度变化的动态跟踪能力明显不足,定量误差比较突出。5种数据中,GSMaP NRT的综合精度相对较高,而2种IMERG数据的表现尚不及3B42RT V7。总体上,近实时卫星降水数据对中小尺度极端性强降水过程的监测已展现了一定的积极效果,但捕捉降水落区及追踪降水动态变化的能力尚需大力改进。

基于非差模型的GPS卫星实时钟差估计精度分析

通过分析实时钟差估计的解算过程,实现了基于非差模型的GPS卫星实时钟差估计,利用区域和全球数据、最终和实时轨道分别求解实时钟差,并将其结果与IGS实时钟差产品进行对比,分析GPS卫星实时钟差产品的精度。算例表明:采用IGS最终轨道产品实时解算卫星钟差,平均钟差精度达到0.2ns;采用IGS实时轨道产品实时解算卫星钟差,平均钟差精度达到0.25ns;IGS实时钟差产品平均钟差精度达到0.2ns以内。实时估计的钟差和IGS实时钟差产品精度差异有很大一部分是由于双方采用的钟差解算策略不同造成的,IGS实时钟差产品和IGS实时轨道产品是同一软件求解得到,符合性更好,且两种实时钟差产品在精度评定时选择IGS最终钟差产品为参考,这对IGS实时钟差产品的评估也会有利。

基于广播星历轨道区域钟差估计的非差实时精密定位分析

提出一种通过固定广播星历轨道估计精密卫星钟差,实现在一定区域范围内高精度单点定位的方法。基于PANDA软件分析了钟差估计中不同基准站的分布策略,给出我国范围内一组优化的基准站分布策略。实验表明,在此策略下,使用广播星历轨道通过钟差估计能达到静态1 cm、动态6 cm的定位精度。

TRMM RT降雨在洪水模拟应用中的可行性分析

卫星技术的进步和广泛应用为提高监测降雨的准确性和时效性提供了可能性。利用HEC-HMS模型,将TRMM RT卫星降雨数据应用到洪水模拟预报中。结果表明,TRMM RT实时降雨资料具有时空连续性好等优点,总体上降水具有一定监测精度,但目前直接采用其开展洪水模拟还无法满足预报精度要求。采用降雨分级校正方法有效地降低了实时卫星降雨监测误差,显著提高洪水模拟精度。未来还需进一步提高卫星降雨的实时监测能力,充分利用站点和卫星遥感等多源降雨数据,提高洪水模拟预测精度。

顾及频率间偏差的GPS/GLONASS卫星钟差实时估计

GPS/GLONASS卫星钟差联合估计过程中,由于GLONASS系统采用频分多址技术区分卫星信号,因而会产生频率间偏差(IFB)[1]。本文在GPS/GLONASS卫星定轨过程中的IFB参数特性分析的基础上,引入IFB参数,实现顾及频率间偏差的GPS/GLONASS卫星钟差实时估计。同时,为解决实时估计中待估参数过多导致的实时性较弱等问题,基于非差伪距观测值和历元间差分相位观测值改进实时估计数学模型,实现多系统卫星钟差的联合快速估计。结果表明:GPS/GLONASS联合估计时需引入IFB参数并优化其估计策略,采用MGEX和iGMAS跟踪站的实测数据进行实时钟差解算,快速估计方法可实现1.6 s逐历元快速、高精度估计,与GBM提供的最终精密卫星钟差相比,GPS卫星钟差实时精度约为0.210 ns,GLONASS卫星约为0.298 ns。