BDSBAS和WAAS增强定位性能评估

针对星基增强系统(SBAS)播发的单频增强服务电文一般仅用于增强单频定位的问题,提出一种使用单频增强电文增强双频定位的方法,推导利用单频增强信息增强单频和双频标准单点定位(SPP)的数学模型,并进一步分析北斗星基增强系统(BDSBAS)和广域增强系统(WAAS)增强性能,结果表明,使用BDSBAS和WAAS单频增强信息增强全球定位系统(GPS)L1C/A单频SPP时三维定位精度分别提升25%~50%、45%~70%,增强L1C/A+L2P双频SPP时三维定位精度分别提升10%~40%、10%~50%。

BDSBAS-B1C服务性能评估模型分析

为了进一步提高卫星导航定位精度,提出一种北斗星基增强系统(BDSBAS)服务信号BDSBAS-B1C服务性能评估模型分析方法:介绍北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)星基增强和国外星基增强系统发展概况;并给出星基增强卫星轨道误差、钟差误差、电离层改正误差模型,以及完好性保护水平计算模型;然后基于国际GNSS监测与评估系统(iGMAS)数据对星基增强轨道、钟差、格网电离层改正精度以及定位服务性能进行评估,构建斯坦福(Stanford)图模型来判断系统定位结果的安全等级,并计算服务区内保护水平覆盖情况。实验结果表明,卫星轨道径向(R)、切向(T)、法向(N)方向改正精度分别为0.56、1.06、0.88 m,钟差改正精度为0.95 ns;水平、高程定位精度(95%)分别为1.31、2.06 m;水平、垂直保护水平(95%)分别为5.12、8.09 m,根据Stanford图安全等级结果,能够满足国际民航组织对一类垂直引导进近(APV-I)的指标要求。

基于SBAS技术的地表形变自动识别与监测分析

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术因全天时、全天候、不受云雾影响,广泛用于地表形变监测,如何快速获取大范围内形变区域的分布情况亟须解决的问题,为此利用短基线集(SBAS)技术处理了143期Sentinel-1A数据,对山西省沁水县进行了地表形变监测,利用热点分析方法自动提取变形区域,并对提取出来的重点区域进行长时间的监测分析。研究结果表明,在沁水县共识别出15处地面塌陷区和1处滑坡。通过对两处典型区域进行时序形变监测,发现塌陷区域目前仍然处于持续变形中,且形变量级较大,最大累积形变量达到了-205.2 mm,验证了利用热点分析进行大范围结果识别监测的可靠性,研究成果可为该区域研究和矿区塌陷灾害防治提供支撑。

BDSBAS时间基准互操作方法研究与性能测试

卫星导航星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System,SBAS)由不同国家建设,所增强卫星星座和参考时间系统不尽相同,因此,星基增强系统时间基准之间的兼容互操作一直是国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)星基增强系统标准研究中的重要技术问题。介绍了星基增强系统网络时(SBAS Network Time,SNT)的概念和研究现状,结合国际民航组织星基增强系统标准与建议措施(Standards and Recommended Practices,SARPs),对星基增强系统网络时间兼容互操作问题进行了分析和研究,并给出了目前最新的联合解决方案。在此基础上,对北斗星基增强系统地面状态进行了升级,并开展了服务性能初步测试。结果表明,北斗星基增强系统单频(Single Frequency,SF)星基增强系统网络时间和双频多星座(Dual-Frequency Multi-Constellation,DFMC)星基增强系统网络时间与参考全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)时间基准之间的最大偏差分别为37 ns和0.17μs,满足国际民航组织标准要求;服务性能基本符合APV-I等级要求,证明了北斗星基增强系统时间基准互操作的可行性和可靠性。

基于SBAS-INSAR的德兴矿区沉降监测与分析

以江西省德兴市矿区为例,采用小基线集技术即广域差分增强系统-干涉雷达(Satellite-Based Augmentation System-Interferometric Synthetic Aperture Radar,SBAS-InSAR)技术处理该区域2018年12月29日至2019年12月24日共30景升轨哨兵1号(Sentinel-1A)数据,对该矿区进行地表沉降分析。研究结果表明,研究区内有三处明显沉降,分布在研究区的西南部、东南部以及北部,其中西南部沉降最为严重,最大年平均沉降速率为490 mm/a。针对沉降较为严重的区域选点进行特征点时序分析,结果表明,选取的特征点随着时间的推移其累积沉降量逐渐增大,并在研究时间跨度之内没有减缓的趋势,矿区持续开采诱发的地面沉降会给地质结构和周围居民的生活产生一定影响。

SBAS电文时序动态编排算法

星基增强系统(SBAS)通过GEO卫星转发SBAS电文实现对GNSS服务性能的提升,以满足民航用户不同飞行阶段的导航需求,因此,合理有效的电文内容及播发时序设计是系统实现高质量服务的重要保证。为提高电文编排的灵活性,避免固定时序填补空余电文引起的播发资源浪费,提出了一种SBAS电文时序动态编排算法,在满足国际标准要求的前提下,综合利用SBAS电文龄期和最大播发间隔实现待播发电文的自动选择。利用NTMF实测数据对当前各主要SBAS的电文进行了特性分析,对所提方法的单双频SBAS电文编排效果进行了评估。结果表明:所提算法可保证电文时序符合国际标准要求,实现了重要电文的优先播发,将空余时隙进行动态分配实现了各类型电文播发间隔的近等比例缩短。与固定时序相比,单频SBAS完好性电文播发间隔缩短约15.0%,首次定位时间缩短约8%,双频SBAS电文首次定位时间缩短约6.5%;与固定时序的BDSBAS B1C电文相比,完好性服务能力提升约14.7%,首次定位时间缩短约16.7%。所提算法有效提升了SBAS电文播发的播发效率,实现了SBAS播发资源的100%有效利用。

基于移动GIS和整合SBAS信号的GPS校园绿化调查

探讨了利用GPS整合星基增强系统(SBAS)卫星信号进行绿化调查的过程,并通过应用实验验证该技术的定位精度。在此基础上,基于掌上电脑(PDA)集成移动GIS和GPS,实现了GPS WGS-84坐标转换为城市平面坐标,进行了校园绿化调查,取得了较好的定位精度。

星基增强系统(SBAS)用户端定位算法设计

星基增强系统作为GNSS的重要组成部分,通过提供广播星历差分改正与完好性增强信息,满足高精度高完好性用户使用需求。本文主要设计了一套完整的星基增强系统单双频用户端定位算法处理策略,根据自编程序,验证了算法的正确性。

机载SBAS接收机完好性服务性能分析

星基增强系统(SBAS,satellite based augmentation system)的出现可有效提升全球卫星导航系统核心星座的各项性能,因其能够产生较高精度的定位信息以提供更加安全的导航服务,被广泛应用于民航领域中。利用SBAS服务区域内不同监测站接收的导航和增强报文等实测数据,研究了定位精度和完好性报文处理过程以及可见星质量、定位误差、保护级和告警门限等完好性参数指标。针对完好性监测所要求的故障检测能力,分析不同故障函数时卫星的完好性服务能力,最后完成SBAS故障卫星的检测与排除。结果表明:根据报文解码及各项参数提取算法能够得到较好的精度和完好性结果,各地面站精度都符合LPV-200进近时的要求;美国本土中部地区完全满足LPV-200进近的完好性服务要求,边缘地区监测站除个别时刻外均满足LPV进近的完好性服务要求;排除故障卫星后,服务性能基本与未发生故障时性能相近。

SBAS GEO卫星URE精度及定位增强研究

分析星基增强系统(satellite based augmentation system,SBAS)地球同步轨道(geostationary Earth orbit,GEO)卫星用户测距误差(user range error,URE),研究GEO卫星测距对导航定位性能的影响,可为SBAS系统设计和民航应用提供有益参考。利用广域增强系统(wide area augmentation system,WAAS)、北斗星基增强系统(BeiDou SBAS,BDSBAS)、GPS辅助静地增强导航系统(GPS aided GEO augmented navigation, GAGAN)和多功能卫星增强系统(multi-functional satellite augmentation system,MSAS)的SBAS信息对GPS和GEO卫星星历、时钟和观测值进行改正,固定测站位置,根据改正数残差方差加权计算接收机钟差,得到GEO卫星测距误差;将GEO卫星观测值纳入SBAS定位解算,评估GEO卫星测距对定位结果的影响。通过实测数据分析可知,WAAS GEO卫星URE优于1.6 m;BDSBAS 3颗GEO卫星分别存在14.32 m、12.64 m和17.44 m的系统偏差,经系统性误差改正后,GEO卫星URE优于2.9 m;GAGAN和MSAS GEO卫星URE分别优于13.9 m和3.2 m。当GPS卫星数较少时,联合GEO卫星观测值进行SBAS解算能够有效减小定位保护级,提升系统可用性。

铁路BDS地基增强带状空间误差建模方法

铁路北斗地基增强网络是铁路精密工程重要基础设施,为线路周边区域提供全天候高精度时空基准与位置服务。铁路北斗地基增强观测网络常为带状分布,与区域面状地基增强网络存在显著的空间分布特征差异。为了实现带状网络场景下最优的位置服务性能,本文分析了铁路带状场景下距离相干模型(DIM)、线性内插模型(LIM)和最小二乘配置模型(LSC)3种空间相关误差修正数生成模型的误差传递规律,并结合实际铁路北斗地基增强网络进行高精度定位试验。结果表明:在铁路地基增强网络中,LSC网络边缘与外围位置均表现出良好的位置服务性能,平面和高程的实时定位精度优于2 cm,且随服务位置变化精度波动较小;LIM仅在网络边缘与其沿线方向处表现良好,精度可达2 cm,远离地基增强网络时,定位精度下降明显;DIM的定位精度与可靠性均较差。与区域面状地基增强网络不同,铁路带状网络场景下LSC的位置服务性能优于LIM和DIM。

不同尺度范围的监测网对星基增强服务性能的影响分析

区域监测站提供的星基增强完好性监测服务在民用航空等生命安全领域发挥着重要作用。为了分析利用不同尺度监测网估计的完好性信息对用户服务性能影响,使用等效钟差方法分别实现三种不同尺度的监测网完好性参数估计,并进行增强定位验证。从增强卫星数目、用户测距误差、定位精度和保护级包络特性方面研究不同尺度的监测网对用户服务性能评估的影响,结果表明:与小尺度和中等尺度区域相比,大尺度区域增强卫星数目分别增加了50.7%、33.7%。与广播星历伪距单点定位相比,基于小、中等和大尺度区域监测网估计的改正数增强定位在水平方向定位精度分别提升了33.08%、33.59%和32.54%,垂直方向定位精度分别提升了36.56%、41.07%和43.86%。三种尺度估计的平均用户测距误差均优于0.3 m,保护级水平对定位误差的包络均能达到95%。研究成果可为区域星基增强监测网的选择提供理论支撑和应用依据。

北斗单频星基增强服务性能初步评估

针对北斗单频星基增强服务(BDSBAS-B1C)实际服务性能指标尚不明确的问题,提出一种BDSBAS-B1C服务性能监测评估方法:开发一套BDSBAS-B1C服务性能分析软件;并结合2022年1—4月的观测数据对BDSBAS-B1C的覆盖范围、可用性、连续性、定位精度和完好性等服务性能关键指标进行初步评估。结果表明,BDSBAS-B1C的I类垂直引导进近服务可用性和连续性在中国内陆区域能够达到99.99%以上,而在中国边界区域会有所下降,水平定位精度约为1.1 m,高程定位精度约为2.1 m,较全球定位系统(GPS)标准定位提升了约46%和43%,评估期间没有发生误警、漏警事件。

MSAS系统辅助的GNSS单点定位精度研究

为改善传统误差模型的改正效果,满足更大范围全球卫星导航系统(GNSS)的单点高精度定位需求,使用RTKLIB软件处理多功能GPS卫星星基增强系统(MSAS)增强电文,计算各类误差的相应改正数,并与传统经验改正模型进行比较,分析不同模型对单点定位精度的增强效果。结果表明,MSAS模型改正法可有效减少星历误差、卫星钟差、电离层延迟效应和对流层延迟效应,提升单点定位精度。

差分导航定位系统及其在海洋工程地震勘察中的应用

差分导航定位是海洋工程地震勘探中不可或缺的技术手段。差分导航定位分为局域差分和广域差分,文中分别介绍了隶属于局域差分的信标差分(RBN DGPS)系统和隶属于广域差分的星基差分(SBAS)系统。根据所在测区位置和定位精度要求的不同,海洋工程地震勘探选用不同的GPS定位设备可以接收不同系统提供的差分信号。导航软件也是海洋工程地震作业中必不可少的一部分,它不仅可以记录GPS定位设备的数据,还具有测线设计、坐标投影、航行轨迹显示等诸多功能。通过对导航软件的灵活应用和信号变换,导航软件还可以为地震系统提供触发信号。最后给出了一个海洋工程地震勘探实例。

北斗广域差分分米级定位的分区切换算法

从2017年1月开始,北斗系统在播发基本导航电文的同时,提供了包含实时轨道改正数、钟差改正数、电离层格网改正数和分区综合改正数四重广域差分参数,使得系统具备了基于系统广播的电文参数实现广域单站实时动态分米级定位的能力。实际应用表明,北斗系统播发的分区综合改正数存在中断的情况,使得实时定位存在因重新收敛而造成跳变的情况。本文分析了分区中断期间定位跳变产生的原因,提出一种适用于分区切换的广域差分分米级定位算法。采用中国境内7个北斗测站10d的静态数据和车载动态数据对新算法进行评估验证。结果表明,在分区改正数中断的情况下,分区切换算法得到的坐标误差与使用连续分区综合改正数结果一致,双频动态定位水平和高程方向分别小于0.3m和0.5m,平均三维定位精度优于0.5m;车载实时动态定位测试中,分区切换前后的单双频定位精度不受切换影响,与切换前保持一致。分区切换算法有效保证了分区改正数中断后北斗广域分米级实时动态定位的连续性。

低轨导航增强GNSS发展综述

低轨星座具有地面接收信号强度高、几何图形变化快的优势,能够与中高轨GNSS星座形成互补,对增强GNSS的精度、完好性、连续性和可用性具有显著优势,已成为当前卫星导航领域的关注热点。本文首先简要介绍了现有的GNSS增强系统;总结了国内外低轨导航增强星座发展现状;针对低轨导航增强,对比分析了高中低轨导航星座的优缺点;重点讨论了低轨导航增强在联合定轨、快速精密定位、空间天气监测和室内定位等方面带来的机遇;分析指出了低轨导航增强的空间段、地面段和用户段所面临的挑战。

WAAS系统中电离层折射校正的新方法及计算结果

电离层介质的色散性是影响电磁波信号进行卫星导航定位精度的重要因素之一.配合北斗二代分系统研制任务,提出了一种新的电离层折射校正算法,并利用2000年7月1日到3日的双频GPS观测数据对6个用户站进行试算,进一步将试算所得均方根误差和电离层网格算法得到的误差进行比较.结果表明,对于中纬区域的用户站,估算的TEC误差约为0.5 m左右;而低纬用户误差相对增大,为1 m左右.文中给出的算法与电离层网格模型所提供的精度相差不多,在未来中国自主的卫星增强系统中采用新方法进行电离层进行修正是可行的及有效的.

欠发达国家坐标系统及平面控制有关问题探讨

结合近几年在部分欠发达国家的工程案例,全面回顾了以往国外项目在坐标系统及平面控制测量中存在的问题,针对性提出了在困难情况下建立平面控制网的方法及国际相关技术进展,最后详细对相关技术环节进行了较深入的探讨,旨在为工程设计和工程测量的技术人员提供参考和借鉴。

星基增强系统接收机中的导航比特同步设计与性能仿真

星基增强系统(SBAS)中导航电文速率为500符号/秒,针对其弱信号时找导航比特边界难的特点,提出了基于最大似然算法的比特同步算法,给出了在SBAS接收机中比特同步的应用公式和实现方法,并进一步创新性地设计了包含有软判决和多次判决的比特同步综合流程;最后在多种导航比特分布的情形下,对最大似然比特同步算法进行了不同载噪比下的性能仿真,确认了此算法在接收信号很弱时仍然有效。