低成本GNSS终端多普勒平滑伪距定位算法

随着低成本全球卫星定位(GNSS)终端硬件性能的不断提升,其在定位领域的应用也更加广泛,然而低成本GNSS终端在数据采集中常受观测环境的影响,使得载波相位观测值的高精度定位较为困难。伪距定位算法因其定位模型简单且实时性好的优势被广泛使用,因此本文利用多普勒平滑伪距方法,充分利用了多普勒观测值的作用,通过多普勒平滑伪距噪声来提升观测值的测量精度,利用多普勒平滑伪距模型对静态与多种动态环境下的平滑效果进行测试和分析。实验结果表明:在静态情况下,采用多普勒平滑伪距算法,伪距单点定位与伪距实时差分定位模型定位中平面精度较平滑之前分别提高了25%与31%;在动态环境下,有遮挡动态实验其精度提升30%以上,空旷情况下定位精度提升15%以上,快速运动过程中其提升能达到20%左右。表明通过多普勒平滑伪距算法可以显著提高低成本GNSS终端的定位精度。

远海环境低成本RTK接收机多路径效应与平滑伪距单点定位性能

低成本RTK接收机抗多路径性能较弱,导致远海环境中的单点定位性能显著下降。综合分析远海环境中载波相位平滑抑径算法对低成本RTK接收机单点定位性能的影响。结果表明,远海环境中RTK接收机的多路径效应为陆地环境的2~3倍,E5频点的抗多路径性能最强;平滑抑径效果与伪距多路径效应大小有关,采用平滑抑径算法后,RTK接收机SPP定位精度在远海环境提升62%,在陆地环境提升24%;平滑抑径后GPS/Galileo/BDS-3多系统SPP定位精度优于1 m,可满足海上较精细作业的需求。

BDS-3不同频点双频组合伪距单点定位性能分析

北斗卫星导航系统(BDS)在进行双频单点定位时通常固定使用B1I和B3I频点组合。为充分探究BDS-3系统的定位潜力,针对BDS-3不同频点双频伪距单点定位(SPP)性能展开研究。推导了卫星差分码偏差(DCB)改正公式,并建立了BDS-3任意双频组合SPP数学模型。利用全球35个多模GNSS实验(MGEX)跟踪站121 d的实测数据,采用改进的RTKLIB软件进行了全球范围内BDS-3双频无电离层组合SPP解算实验。首先,对BDS-3的6种频点信号质量进行了全面评估,包括信噪比、多路径效应和数据可用率等指标。其次,对基于DCB改正的14种BDS-3双频伪距组合进行了性能对比。研究发现,在多路径误差、信噪比及数据完整率等多项指标上,B2ab信号质量最高,B2b与B2a其次,B3I与B1C次之,B1I表现较差。在BDS-3的14种不同双频组合SPP性能比较中,基于DCB改正的定位精度明显优于未加DCB改正的情况。DCB改正相对未改正可以将三维精度由14.9~31.2 m显著减小到1.7~15.5 m。受无电离层双频组合模型噪声放大系数的影响,最优组合为B1C&B2a,最差组合为B2a&B2ab,两者数值分别为1.7 m与15.5 m。以上结论可以为BDS-3伪距定位在车载导航等方面的应用提供参考。

虚拟星座伪卫星和双泄漏电缆覆盖的室内定位

为增强室内卫星导航信号,提出了一种双泄漏电缆覆盖的虚拟星座伪卫星室内二维定位方法。采用卫星导航模拟器产生多路虚拟轨道卫星信号,同时激励相互垂直的双泄漏电缆的末端,信号沿泄漏电缆轴向传输的同时,通过外导体上的一系列槽孔向室内空间辐射卫星导航信号,使卫星导航接收机能直接定位,输出概略位置和伪距观测量,再利用卫星间伪距差的二维定位算法对接收机位置进行二次解算。通过搭建硬件系统进行实地测试,证明能达到室内伪距定位的米级精度。

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。

基于实测数据信噪比随机模型的智能手机相对定位性能分析

传统观测噪声随机模型存在经验参数缺乏灵活性和通用性的问题,文中提出一种基于实测数据信噪比随机模型。首先,基于双差伪距观测量,结合站点已知坐标,提取双差伪距观测噪声;其次,根据误差传播定律,依次估计测地型接收机、智能手机终端观测噪声中误差;最后,结合智能手机对每颗卫星的观测噪声中误差与相应的信噪比推算随机模型参数,建立信噪比实测模型。算例分析表明,无论在不同观测模式还是不同环境下,基于实测数据信噪比随机模型的定位效果优于传统信噪比随机模型,在N、E、U方向上精度提升可达5%~20%,总体上空旷环境下的提升效果优于遮挡环境,且不同终端基于实测模型提升的定位效果也各有不同。

区域GNSS高精度电离层建模研究与应用

为了更精确地描述电离层变化,实现区域性实时电离层建模,基于区域连续运行参考系统(CORS),通过对比分析载波相位观测值直接计算的电离层延迟和相位平滑伪距计算的电离层延迟的精度,将精密单点定位(PPP)事后计算的电离层延迟当作真值,以穿刺点代替格网点,提出基于向量基(VIM)和GIMM的内插方式。将电离层产品和相位平滑伪距电离层产品进行约束PPP,并与传统无电离层组合进行比较分析,结果显示VIM的内插精度最高,在不同区域范围内的稳定性更强。与传统PPP进行对比,区域性实时电离层产品对收敛速度有很大提升,E方向的收敛速度提升了90%,相对相位平滑伪距电离层产品提高12%,在E定位精度上提高7%,有效改善了实时高精度电离层延迟模型,可用于提高精密单点定位PPP的收敛速度。

基于北斗短报文的低成本远海伪距差分定位方法

受通信距离限制,伪距差分定位技术多用于有无线通信网络的陆地地区或近海区域,在远海区域目前基本无法实现伪距差分。本文基于北斗短报文提出了空间相对定位技术与时间基线法相结合的新方法,实现了远海伪距差分定位技术,并探讨了伪距改正数据的简化和编码方法。根据实测海洋数据,测试了流动站距离参考站约1700 km的伪距差分定位性能。试验结果表明,其水平方向定位误差基本小于1 m;竖直方向基本小于2 m。由于北斗短报文的年通信费用目前仅约800元,因此本文方法可满足远海低成本伪距差分定位的需求。

BDS-3观测评估及其PPP随机模型构建

针对北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)精密单点定位(PPP)数据处理中传统随机模型存在局限性的问题,在评估BDS-3观测值精度的基础上,提出一种构建BDS-3 PPP随机模型的方法:采用单站BDS-3观测进行其相位、伪距观测精度评估;然后根据评估结果设定BDS-3 PPP中观测的权重比,并考虑BDS-3观测时空差异以及BDS-3不同类卫星观测精度差异;最后利用100个国际全球卫星导航系统(GNSS)服务组织(IGS)测站的观测数据进行了实验验证。结果表明,应用该方法的精密单点定位收敛时间平均可缩短8~10 min,1 h平均三维定位精度可提升4.6 cm,2 h平均三维定位精度可提升3.4 cm,能够有效提高BDS-3静态精密单点定位的性能。

GPS单频精密单点定位软件实现与精度分析

建立了半和改正单频精密单点定位的数学模型，利用单频载波相位与C／A码伪距观测值，综合考虑各种误差改正模型，开发了单频精密单点定位解算模块TriP—SF，利用不同运动状态的实测数据进行了静态、静态模拟动态、车载动态及机载动态定位试验。试算结果表明，单天静态平面与高程定位精度均达到cm级，略低于当前双频精密单点定位的精度；动态定位平面位置精度为0．2～0．3m，高程方向为0．5m，能够满足dm级的定位要求。另外，动态定位精度与载体机动性的强弱有一定的相关性。

基于改进粒子滤波算法的GPS非高斯伪距误差修正

针对城市环境中由于受到多径效应影响,GPS伪距误差呈非高斯分布的问题,本文通过对实测数据进行分析,在建立正确的伪距误差分布模型的基础上,提出了一种改进粒子滤波修正算法,用于优化PVT解算结果,提高了GPS在城市环境中定位的精度。并通过与卡尔曼滤波定位优化算法结果进行比较,验证了此算法的有效性。

COMPASS伪距单点定位精度分析

通过实测COMPASS数据处理,分析COMPASS伪距观测值精度与卫星高度角的关系,以及当前4GEO+5IGSO导航星座COMPASS伪距单点定位的精度。结果表明,COMPASS伪距多路径效应和观测噪声在0～3 m之间变化,其精度为0.3～0.7 m;卫星高度角越大,多路径效应和观测噪声越小;GEO卫星受到的多路径效应和观测噪声要明显小于IGSO卫星;COMPASS伪距单点定位精度(RMS)在N、E、U方向上分别为3.33、3.45、8.84m。

BDS、GPS及其组合系统伪距单点定位精度分析

为研究北斗卫星导航系统(BDS)和BDS/GPS组合系统的定位性能,根据实测数据对比分析了GPS、BDS及BDS/GPS组合系统的可见卫星数、空间位置精度因子(PDOP)和伪距定位结果,以及BDS地球静止轨道(GEO)和中圆轨道/倾斜轨道(MEO/IGSO)卫星的定位结果;针对BDS与GPS观测值之间的精度差异,分别采用等权模型、高度角模型和Helmert模型研究组合系统的最优随机模型。研究表明:组合系统卫星的空间几何分布优于单系统;BDS定位的平面精度低于GPS,高程精度高于GPS,而BDS/GPS组合系统平面和三维精度高于单个系统;Helmert验后估计模型能够提高BDS/GPS组合定位的高程和三维定位精度。

高度角定权模型的BDS/GPS伪距单点定位分析

为了提高BDS/GPS组合定位的精度,分别采用不同高度角定权模型计算BDS/GPS组合定位结果,论述BDS/GPS组合系统的伪距单点定位解算模型、重要误差改正方法及高度角定权和单位阵定权的理论模型,探讨BDS、GPS和BDS/GPS组合系统在卫星观测数量、PDOP值及伪距单点定位精度上的差异,比较分析应用不同定权模型的BDS/GPS组合定位结果。实验结果表明:BDS/GPS组合定位的精度高于BDS的定位精度,GPS伪距单点定位的精度略优于BDS;采用不同高度角定权模型的BDS/GPS组合定位结果精度不同。

北斗与GPS组合伪距单点定位精度分析

主要介绍了北斗与GPS组合单点定位时的原理和模型,根据自编程序,利用同济大学TJA站的数据进行计算及分析比较GPS伪距、北斗伪距、北斗/GPS组合伪距单点定位的精度。结果表明:北斗伪距单点定位的精度平面方向上达到3m以内,高程方向优于8m,满足普通导航定位的需求。北斗/GPS组合伪距单点定位精度明显优于单系统。在单系统观测条件差时,组合系统可以减少对单一系统的依赖性,而且还可以增强卫星定位的稳定性和可靠性。

GPS单点定位观测值的精度分析与改进

通过实验分析单点定位中常用的消电离层组合伪距观测值精度与P码伪距精度的关系,得出:当P1、P2码伪距精度相差较大时,消电离层组合伪距观测值精度降低,从而导致定位精度低于P1码伪距的定位精度。针对以上问题,提出一种改进GPS单点定位观测值的方法:当P1、P2码伪距精度相近时,采用消电离层组合伪距观测值,反之采用P1码伪距。最后,通过实验数据验证了此方法在提高单点定位精度上的有效性。

GPS伪距动态定位计算模型

介绍ＧＰＳ伪距动态定位的计算模型，包括一般的差分定位模型、卡尔曼滤波定位模型、由几个历元的观测值同时求位置和速度的模型、由多个历元的观测值求轨迹的模型、以高斯平面坐标和高程为参数的模型和固定高程的定位模型．最后讨论了定位粗差的控制方法．

提高GPS载波相位平滑伪距定位精度的算法研究

对载波相位平滑伪距的原理和数据预处理进行了探讨,给出提高其定位精度的处理方法和流程。通过两个算例得到如下结论:对C1和P2码进行相位平滑可有效提高伪距定位精度,较长时间观测定位精度可达1 m左右,利用精密星历改进后,平滑伪距的定位精度可达0.5 m左右;对P1和P2码进行相位平滑对定位精度提高不大,较长时间观测平滑前后的定位精度均可达到0.6 m,利用精密星历改进后,精度可达0.3 m;在动态测量后处理中,绝大部分历元利用精密星历结合相位平滑的定位精度可达2 m。

利用GPS计算TEC的方法及其对电离层扰动的观测

在总结用ＧＰＳ研究电离层电子总量ＴＥＣ的数据处理方法基础上，分析了利用伪距观测量和载波相位观测量计算电离层ＴＥＣ的特点及误差来源．在处理过程中考虑了卫星的硬件延迟偏差，分析了应用ＩＲＩ模型进行接收机硬件延迟偏差修正的可能性，发现利用少量ＧＰＳ数据和ＩＲＩ模型修正接收机硬件延迟偏差有一定的困难．最后，利用一些ＧＰＳ观测数据有针对性地研究了电离层对若干次扰动事件的响应．包括一次大的太阳耀斑期间的电离层ＴＥＣ变化、一次较典型的电离层行扰以及日食期间的电离层ＴＥＣ的相对变化等电离层物理问题．结果表明，利用该方法计算ＴＥＣ的精度可满足电离层扰动现象的研究．

BDS多频非组合伪距单点定位方法

针对北斗卫星导航系统多频伪距单点定位研究较少的现状,利用北斗卫星导航系统B1、B2和B3频率伪距观测值,提出了一种基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位方法,将三频伪距观测值作为相互独立的观测值信息进行最小二乘参数估计.采用单历元多频伪距单点定位和多历元多频伪距单点定位的数据处理模式进行用户的单点定位,多历元多频伪距单点定位采用参数消去法消掉接收机钟差,并进行法方程叠加.利用实测数据进行算法实验,结果表明基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位能达到米级至亚米级的定位精度,较北斗卫星导航系统标准定位服务的精度有明显改善.