卫星导航中GDOP最小值的分析与仿真

目前国内外相关文献在推导GDOP理论最小值时没有考虑接收机的可观测范围,故在现实中是无法达到的。在限制卫星高度截止角大于零的条件下,重新推导了GDOP的理论最小值,并提出相应的求解方法,给出GDOP值达到最小时卫星的空间几何分布情况;最后通过算例验证本文推导得到的GDOP理论最小值的正确性。

COMPASS/GPS/GLONASS系统组合在中国区域的仿真分析

基于STK软件对COMPASS、GPS和GLONASS系统进行不同程度的组合仿真，在中国区域内，从卫星可见数、PDOP值以及定位精度进行分析。结果表明，在给定标准定位服务下各系统UERE值的情况下，三系统组合在我国的定位精度达5～6m，PDOP值达0．8～0．9，优于各双系统组合，而双系统组合又优于各单一系统；同时三系统组合下的PDOP值降低，定位精度更高，波动更加平缓。

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/GLONASS/Galileo多系统融合在中国区域的仿真分析

通过STK软件对GPS、BDS、GLONASS、Galileo四个系统的星座结构进行仿真,并选择单系统与多系统组合定位的方式对中国区域内的可见卫星数、GDOP值和定位精度进行覆盖分析。结果表明,GPS/BDS/GLONASS/Galileo四系统组合定位在我国的GDOP值可达0.7~0.8,定位精度可达3~4m,优于其他方式的组合定位;同时四系统组合定位下的GDOP值降低,定位精度更好,GDOP值与定位精度的波动异常得到了抑制,导航定位的性能与稳定性也得到了相应的提升。

虚拟卫星法在GNSS/INS组合导航中的应用

在GNSS/INS车载组合导航系统中,GNSS信号易受遮挡或干扰而失锁,造成组合导航精度有所降低。针对这种情况,将虚拟卫星法应用于GNSS/INS组合导航系统中。通过增加虚拟卫星,构造虚拟观测量,将实测观测量、虚拟观测量用于组合导航Kalman滤波器解算。试验结果表明,此方法能够有效地提高系统的可观测性和导航精度。

BeiDou+GLONASS+Galileo多系统组合SPP稳定性和精度分析

利用间接平差法和最小二乘法原理推导了BeiDou+GLONASS+Galileo三系统组合标准单点定位(SPP)的数学模型;然后采用MGEX站的部分测站的观测数据,综合分析了BeiDou/GLONASS/Galileo不同组合模式的可见卫星数、DOP值、定位稳定性和定位精度等方面内容。试验结果表明:相比单系统(BeiDou、GLONASS、Galileo)、双系统(BeiDou+GLONASS、BeiDou+Galileo、GLONASS+Galileo),BeiDou+GLONASS+Galileo三系统组合的DOP值分别减少30%~55%、10%~50%;可见卫星数分别增加60%~120%、10%~110%。此外,在截止高度角大于30°的情况下,单系统和双系统的DOP值都较大且波动不稳定,定位可靠性和历元可用率会显著降低,而BeiDou+GLONASS+Galileo组合仍能获得比较理想的定位结果,这对于建筑物密集区、山区和卫星遮挡较为严重的恶劣条件下具有实际应用价值。

Swarm卫星星载GPS数据质量分析

从卫星可见性、DOP值、多路径误差、信噪比等方面对Swarm卫星星载GPS实测数据的质量进行分析,并将分析结果与GRACE卫星星载GPS数据质量进行对比。结果表明,Swarm卫星的多路径效应与伪距测量噪声比GRACE卫星大;DOP值两者基本相当;Swarm卫星接收机的通道数虽少,但是其跟踪能力强于GRACE卫星。最后,利用星载GPS数据进行Swarm卫星和GRACE卫星约化动力学定轨,表明Swarm卫星的伪距和载波相位残差均大于GRACE卫星。

BDS+QZSS双系统组合PPP性能评估

利用MGEX跟踪站的观测数据分别从可见卫星数、DOP值、静态PPP和动态PPP几个方面对BDS+QZSS卫星导航系统的定位性能进行评估与分析。分析结果表明:BDS+QZSS组合系统定位比BDS单系统定位具有较优的空间几何构型分布;静态PPP方面,E、N和U方向上,BDS+QZSS定位收敛速度比BDS单系统快,定位稳定性也优于BDS单系统,U方向上改善效果比E和N方向显著;动态PPP方面,在高度角较大时(40°),U方向上改善率达到17%以上,BDS+QZSS组合系统比BDS单系统在低高度角情形下改善较为明显。E、N和U三个方向BDS单系统全天内的可用历元下降,一天仅有50%左右可用历元,而BDS+QZSS组合可用历元较多,此时两种模式的定位误差都较大,各个方向的离散程度都较差,BDS+QZSS组合对定位精度的改善有限,但BDS+QZSS组合与BDS单系统相比仍能有一定的改善效果。可见,QZSS卫星的加入,能够增强BDS卫星的定位精度、可靠性和稳定性。

BDS卫星失效对区域定位精度的影响评估

基于STK软件实现了2016-09BDS系统星座结构的仿真,并选取可见卫星数、DOP值、系统可用性作为评估BDS卫星星座设计结构的指标,分析单颗与全部倾斜轨道卫星(IGSO)、地球静止轨道卫星(GEO)失效后对我国大陆地区BDS系统可用性的影响。结果表明,IGSO4卫星与GEO5卫星失效后对BDS在区域的定位性能影响较大,失效后的GDOP值分别为1.98、2.16。取BDS卫星正常运行时区域平均GDOP最大值(S=2.60)作为系统可用性阈值时,系统可用性分别降低了1.79%、32.63%;阈值取2S(5.20)、3S(7.80)、4S(10.40)、5S(13.00)时,系统可用性均可达100.00%。GEO整体失效后BDS系统在高精度定位中仍部分可用,而IGSO整体失效后BDS系统可用性受到大幅度限制。因此,增加在轨备份卫星时需重点考虑GEO5、IGSO4,并适当增加IGSO卫星的数目。

面向高轨航天器的北斗导航特性分析

利用卫星导航信号实现高轨航天器的自主定轨与导航已成为当前国内外的研究热点,高轨星载导航接收机面临可见卫星数少、接收导航信号微弱、动态性较大等问题。针对以上问题,分析了高轨环境下星载导航接收机获取到的信号功率、可见星数、DOP值及多普勒频移状态。首先建立了北斗星座模型与高轨航天器动力学模型,构建星间测距链路,对高轨卫星的可见性进行了仿真分析,结果表明当星载接收机功率为-177 dBw时,可见星数能达到4颗以上,能满足定轨需求;然后对高轨卫星的定轨精度进行了仿真,DOP值的均值为15.6578;最后对导航卫星和高轨卫星之间的多普勒频移进行了分析,仿真的多普勒范围为±14 kHz。相关研究结果可支撑高轨航天器星载接收机的开发。

BDS/QZSS及其组合系统在中国和日本及周边地区的定位性能评估

利用多星座实验(the multi-GNSS experiment,MGEX)监测网的观测数据分别从可见卫星数、精度衰减因子(dilution of precision,DOP)、多路径效应、信噪比、静态/动态精密单点定位(precise point positioning,PPP)几个方面对北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)/准天顶卫星系统(Quasi-Zenith Satellite System,QZSS)及其组合系统在中国和日本及周边地区的定位性能进行评估与分析。分析结果表明:QZSS与BDS系统组合,卫星数增加,能提供较好的空间几何构型分布,从而保证了定位的精度、可靠性和可用性;由于QZSS卫星的星座结构与BDS卫星类似,其多路径效应的变化规律表现出与BDS卫星一致性的特点;BDS和QZSS卫星各频点信号的信噪比与高度角相关趋势几乎相同,相同高度角条件下,地球中轨道(medium earth orbit,MEO)卫星信噪比要比倾斜地球同步轨道(inclined geosynchronous orbit,IGSO)卫星高2~3 dBHz;静态PPP和动态PPP方面,在高度角较大时(40°),BDS+QZSS组合比BDS单系统在低高度角情形下改善更为明显。E、N和U方向静态PPP改善率可达20%以上,动态PPP改善率可达30%以上。QZSS系统卫星对日本、中国以及周边区域BDS定位具有一定的补充和增强作用,在信号易遮挡的复杂环境(如城市、建筑物密集区、山区、树林等)下,具有较好的应用价值。

GPS/BDS组合定位精度分析

随着定位技术的不断发展及多系统导航定位技术的逐步推广,多系统组合导航定位已经成为了GNSS导航定位领域中的主要发展趋势。主要阐述了GPS/BDS组合相对定位的观测方程和数学模型,并根据实测数据对比分析,从卫星可见性、精度因子、定位精度和均方根误差等方面对CGPS、BDS及CGPS/BDS组合定位系统的定位性能、定位精度进行了比较。研究结果表明,较单一的CGPS和BDS系统定位,采用CGPS/BDS组合定位可有效提高卫星可见数目和DOP值,且稳定性更好。CGPS/BDS组合定位的定位精度也明显优于单一系统,这对CGNSS高精度导航定位具有重要的参考价值。