GNSS空间信号精度评估方法

空间信号(SIS)精度是卫星导航系统的性能之一。针对目前精度评估模型存在的问题,提出了分段式SIS用户测距误差(URE)评估模型,并研究了SIS用户测速误差(URRE)、用户测加速度误差(URAE)评估模型,利用广播星历和精密星历评估了GPS和BDS的SIS精度性能。结果表明,除BDS C02卫星的URE以及GPS PRN10卫星的URAE略大以外,其余GPS和BDS卫星的SIS URE,URRE和URAE均符合各自系统的指标,验证了所提精度评估方法的有效性。     

GNSS空间信号连续性监测与评估

针对全球卫星导航系统GNSS（Global Navigation Satellite System）连续性指标性能评估对民航领域的用户的重要影响,本文以GPS（Global Position System）为代表,从可靠性原理出发提出了一种空间信号SIS（Signal-In-Space）连续性的基本评估模型;然后,对联邦航空局FAA（Federal Aviation Administration）发布的从1999年到2015年的GPS故障报告进行统计分析,得到每颗卫星的连续性概率;最后,与GPS 2008年版的标准定位服务性能标准（GPS SPS PS）发布的连续性指标进行对比,验证了GPS SIS的连续性的符合性。另外,文中针对我国北斗卫星导航系统的现状,提出了北斗卫星导航系统连续性性能监测与评估的建议。本文对北斗导航系统关于连续性的研究具有重要的参考价值。     

GPS空间信号可用性评估算法

在民航等应用领域,卫星导航系统的可用性是决定其能否作为唯一或主要导航系统的关键性能指标。主要对GPS卫星导航系统的空间信号(SIS)可用性进行评估分析,研究一种基于马尔可夫过程的卫星导航单星可用性算法模型,并研究对卫星导航星座可用性的评估模型。结合GPS实测数据和GPS标准定位服务性能标准(GPS SPS PS)中的可用性指标,证明提出的空间信号评估模型有效且符合GPS SIS可用性指标要求。研究结果对我国北斗卫星导航系统可用性的评估具有一定的参考价值。     

北斗卫星导航系统URE与定位精度分析

北斗卫星导航系统已具有区域无源导航能力,为了研究当前可用星座情况下的系统定位精度,首先分析用户等效测距误差(UERE)结合精度因子(DOP)值的精度评估方法计算模型,然后利用上述方法采用实际数据对比分析了北斗卫星导航系统和GPS系统一段时间内的静态定位精度。通过分析得出,在该段时间内北斗系统定位精度在水平方向上误差优于5 m,在高程方向上误差优于15 m。     

BDS RTK定位性能分析

目前,我国北斗三号基本系统已经建成并向全球提供公开服务,随着北斗卫星导航系统服务范围的扩大,北斗定位技术的应用正在逐渐增加,因此北斗的定位性能显得尤为重要。采用扩展卡尔曼滤波（EKF）和MLAMBDA算法基于天津地区实测数据,从卫星可见性、PDOP值、定位误差等方面对BDS及GPS、BDS/GPS的RTK定位性能进行较全面的对比分析。试验结果表明:?静态基线下,BDS RTK平面定位精度约为3.25cm,垂直定位精度约为5.98cm;?动态基线下,速度对定位精度有一定影响,BDS RTK最差定位精度不超过9cm。说明BDS在不依赖于其他卫星系统的情况下定位精度可达厘米级,足以满足日常测绘定位需求。以上研究内容为BDS用户提供了相关参考信息。      

北斗卫星导航系统B1信号伪距偏差问题研究

目前各大卫星导航系统均存在伪距偏差问题,该现象不但不能通过差分的方式进行抵消,在进行双频电离层误差修正时还会被进一步放大,对卫星导航系统服务精度的提高已构成严重危害。然而目前国内对北斗系统伪距偏差产生机理研究甚少,为了最大程度降低伪距偏差对我国北斗卫星导航系统影响,该文首先深入并详细研究了伪距偏差产生机理及特点,在此基础上设计了试验验证方案,利用国内昊平观测站40 m大口径天线,准确测试并评估了所有北斗卫星导航系统(BDS)在轨可视卫星伪距偏差结果。最后根据试验测试结果,提出针对北斗卫星导航系统的接收机主要参数设置建议,从而能够最大程度上减小伪距偏差问题带来的测距误差和定位误差。该文的研究成果可为GNSS信号设计及实现、GNSS监测评估及用户终端参数设置提供有价值的参考依据。     

北斗三号卫星伪距测量误差特征分析

随着卫星导航系统广播星历和钟差参数的精度提升,下行导航信号伪距测量误差对于用户定位授时精度的提升益发显著。由于独特的卫星星座和系统体制,北斗二号卫星伪距测量与仰角呈现线性相关的变化特征,且幅度显著于 GPS 卫星,是北斗二号服务性能提升的关键瓶颈。 随着北斗三号系统的建设,空间星座逐步以 MEO 卫星为主。本文利用 iGMAS 公开数据全面评估北斗卫星下行伪距测量的多路径误差特征,结果表明,北斗三号卫星伪距多路径误差随仰角变化的趋势已得到明显改善,峰峰值为±1m,分布较为随机,与 GPS 卫星特征类似。     

基于北斗卫星导航系统非组合精密单点定位算法的精密授时精度研究

全球导航卫星系统(GNSS)精密单点定位(PPP)技术具有操作简单、成本低廉、定位精度高等优点,在精密授时领域得到了广泛应用。针对现有研究中消电离层PPP模型的组合噪声大、卫星系统多采用全球定位系统(GPS)及实时动态场景少等问题,该文采用非组合PPP模型对北斗卫星导航系统(BDS)精密授时精度开展了研究,并利用Kalman滤波静态模型和动态加速模型进行参数估计。给出了静态和实时动态场景PPP处理策略,并利用超快速预报星历保证动态实时性。结果表明：在静态和实时动态条件下,非组合PPP模型精密授时精度均优于消电离层组合PPP模型;在静态条件下,考虑到BDS和GPS定位精度相当,且亚太地区BDS定位精度更高,BDS授时精度略高于GPS;在实时动态条件下,BDS和GPS精密授时精度在2 ns以内,但BDS授时精度略低于GPS,这是由于空间位置精度因子(PDOP)、载体速度突变和环境因素等的影响,而当完成收敛后,两种系统的授时精度相当,其钟差项中误差均在0.3 m以内。     

北斗及其与GNSS组合的定位性能分析

结合我国北斗全球卫星导航系统BDS的建设需求,对现阶段北斗区域服务系统BD2和未来BDS以及多星座GNSS组合的定位性能进行分析是十分必要的。针对BD2,通过仿真和实测数据两种方法分别对BD2,GPS/BD2和GPS/BD2/GLONASS进行了分析,分析结果表明BD2完全满足北斗公开服务性能规范中的定位性能要求,而且随着星座数的增加,定位性能逐渐增强,加入GLONASS后对高纬度区域定位性能的改善尤为明显。针对BDS,主要通过仿真的方法,对BDS和未来四大全球导航系统组合进行了分析,分析结果表明,未来BDS仍然对亚太地区的定位性能有明显的增强效果,而且未来BDS在其他地区的位置精度因子(PDOP)平均值也达到1.2~1.6,此外,未来四大导航系统组合对极区的定位性能改善较为明显。     

BDS/GPS组合导航RAIM可用性分析

采用RINEX数据实验比较了北斗卫星导航系统(BDS)和全球定位系统(GPS)电离层Klobuchar模型在BDS/GPS组合导航中的性能。选择相对较优的电离层模型分析了基于卫星星座类型和卫星类型两种加权情况下,单一北斗、单一GPS与BDS/GPS组合导航系统在非精密进近(NPA)阶段和一类垂直引导进近(APVⅠ)阶段的RAIM可用性。实验表明,在BDS/GPS组合导航中,BDS的Klobuchar模型在中国区域内能修正大量的电离层误差,相比于GPS的Klobuchar电离层模型,电离层延迟修正有0-3.4364 m左右的提高。对于两种加权RAIM算法,在NPA阶段,单一导航RAIM可用性为90%左右,BDS/GPS组合导航的RAIM可用性达到100%。而在APVⅠ阶段,单一导航不具备APVⅠ能力,组合导航APV I阶段RAIM可用性达到100%,具有提供APV I应用的能力。      

基于BDS/GPS数据的中国及周边地区电离层暴层析成像研究

随着我国BDS的逐步建成,其在电离层监测上的应用也在逐步拓展. 凭借卫星类型多样性的特点,BDS卫星数据在电离层监测上可能比GPS卫星带来更多的优势,但能否改进电离层层析成像结果仍值得进一步研究. 文中基于GPS数据电离层层析算法,把BDS中的地球同步轨道（geosynchronous orbit, GEO）卫星、倾斜地球同步轨道（inclined geosynchronous orbit, IGSO）卫星和中轨轨道（medium earth orbit, MEO）卫星数据与GPS数据融合,对2017-09-07—09电离层暴期间中国及周边地区（15～55°N, 70～140°E）上空电离层进行重构. 首先借助SA418和WU430测高仪数据分别讨论了单星座（GPS）与双星座（GPS+BDS）层析对电子密度反演的精度结果;其次对2017-09-08两个扰动最强烈时段的电离层成像结果,包括电子密度剖面图与总电子含量（total electron content, TEC）分布图进行深入研究. 研究结果表明:BDS卫星数据不仅可以改进垂向精度,还可以提高对电离层异常结构的反演精度,融合了BDS数据的电离层层析技术能较为准确地重构出本次电离层暴期间出现在中低纬度的等离子体泡.     

“北斗”卫星导航系统仿真与全球覆盖分析

为了解“北斗”卫星导航系统( BDS)的星座分布及其正式运行后卫星在全球范围内的覆盖情况,依据BDS卫星轨道参数,使用卫星工具包( STK)构建了完整的BDS空间星座,对BDS卫星轨道信息、可见性以及对地覆盖品质进行分析。在对可见性及覆盖品质的分析中,分别仿真分析了在4个不同的城市和全球范围进行观测得到的几何精度因子( GDOP)和导航精度等参数性能。研究结果对分析BDS系统的服务性能以及提高BDS的导航精度有一定的参考意义。     

BDS/GPS伪距单点定位的精度对比分析

本文主要介绍了 BDS/GPS 伪距单点定位的数学模型和算法分析，然后对 BDS/GPS 接收机接收到的单点定位的数据进行仿真实验分析。通过比较 BDS 与 GPS 在同一时段内 X、Y、 Z 三个方向上的 RMS 值，PDOP 值以及可见卫星数的变化，来比较 BDS/GPS 的伪距单点定位的性能。实验结果表明：北斗与 GPS 伪距单点定位性能相差不大，GPS 的 PDOP 值约为 1.8，BDS 的 PDOP 值约为 2.5，GPS 的 RMS 定位精度在 4m 以内，北斗的 RMS 定位精度优于 9m。     

面向低轨通信星座的导航定位方法比对研究

当前基于低轨卫星的导航定位方法研究成为国内外热点,其中基于低轨通信卫星的导航定位技术更是当前研究的重点方向。然而低轨通信星座较低的时空基准精度给导航定位带来了较大的挑战,针对弱时空基准约束的低轨卫星导航定位体制设计还处在研究的初级阶段。本文针对低轨通信星座的导航定位服务需求,基于LEO通信卫星的伪码测距信号与多普勒测频信号,开展精度因子（Dilution of Precision,DOP）及定位精度均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）分析,并对两类测量体制下的低轨通信星座导航定位服务性能进行分析论证。理论分析与仿真结果表明,在设定低轨通信卫星10 m～30 m弱时空基准误差的约束下,多普勒测频体制具有更优的导航定位精度,其周期平滑后的三维RMSE值为1.28 m,相比伪码测距体制下的三维RMSE值优化了86.8%;二维RMSE值为0.99 m,相比于伪码测距体制提升了52.9%。本文提出了一种较为可靠的低轨通信星座多普勒定位方案,为未来低轨通信卫星用于导航定位服务提供了有益参考。     

厘米级“北斗”相对定位的试验验证

随着我国"北斗"卫星导航系统的发展,"北斗"精密相对定位的应用市场日益拓展.在动态对动态环境中,将基准站与移动站分别设在不同的车辆载体上,验证了"北斗"实时动态相对定位的精度.平台跑车和省道跑车结果显示水平相对定位误差和天向相对定位误差都在厘米级,表明"北斗"系统性能完全满足高精度应用的需求,能替代相应应用领域的全球定位系统(GPS).