三频电离层延迟改正中多路径误差和观测噪声的削弱算法

多频测距系统可以借助多频观测数据削弱电离层延迟的影响,但多频改正算法在改正电离层延迟项的同时会不同程度地放大多路径误差、观测噪声等伪距误差的影响。其中利用三频数据可以将电离层延迟改正至二阶项,也可以只改正至一阶项,分别称为三频二阶改正和三频一阶改正。首次推导了利用三频观测数据削弱伪距中多路径效应和观测噪声等误差的算法,使三频电离层延迟改正中伪距误差的影响大大减小。通过对三频实测数据的处理和分析验证了算法的有效性并给出了一些有益的结论和建议:在利用三频观测数据进行电离层改正时,首先改正伪距中的多路径误差和观测噪声,然后采用三频二阶改正算法将电离层延迟改正至二阶项,将有效提高伪距改正精度。如果不能有效削弱这些误差的影响,宜采用三频一阶改正或双频改正。     

BDS三频双差载波相位组合平滑伪距算法

针对现有的载波相位平滑伪距算法多基于GNSS双频观测值且在伪距平滑过程中易受电离层延迟累积干扰的问题,提出一种基于北斗三频观测值的载波相位平滑伪距算法。首先通过构建北斗三频优选线性组合,进一步削弱双差载波相位观测值的电离层延迟以及观测噪声;接着通过经典Hatch滤波平滑器,用优选三频双差载波相位观测值代替原始载波相位观测值对组合伪距观测值进行平滑,得到最终伪距平滑解用于伪距定位。最后采用0.004、14.4、61.7和131.6 km这4组不同基线长度的北斗三频实测数据对算法进行验证,给出了平滑前后伪距历元差对比图及算法对4组基线观测值的平滑率。结果表明,所提算法对短基线和中长基线三频观测值的平滑率均能达到90%以上。通过对4组基线条件下平滑效果进行比较分析,验证了本文中的理论推导及算法的有效性。     

超宽巷组合下的北斗三频TurboEdit方法研究

在传统的宽巷TurboEdit方法的基础上,结合北斗三频组合观测值中的长波长、弱电离层延迟和弱噪声特性,提出了一种基于超宽巷组合的TurboEdit方法。新方法不仅能够快速准确地同时对3个频率的周跳进行探测和修复,而且能有效地降低单个频率的伪距噪声对周跳检验量的影响,增强了算法的可靠性。     

三频载波相位伪距平滑算法分析与比较

针对现代化卫星导航系统的三频新特点,本文推导了利用多频载波相位平滑单频伪距及组合伪距的一般算法,提出通用的计算方程和解析表达式,比对了三频GNSS系统中的3种平滑算法,并进行实测数据验证和分析。理论分析表明三频二阶伪距平滑算法噪声方差性能最差,三频一阶伪距平滑算法噪声方差性能与双频伪距平滑算法相当。     

多频载波相位混合伪距组合解算模糊度研究

基于多频载波相位混合伪距组合原理,根据无几何消电离层的限制条件,以组合后噪声最小为目标提出了优选模型,搜索得到适用于GPS中长基线模糊度解算的典型组合;进而研究了利用电离层延迟平滑改进的多频模糊度解算方法,对GPS三频仿真中长基线数据进行了实验。结果表明,采用实时平滑电离层延迟,只需几min的数据便可以使双差电离层延迟影响削弱到cm级,而利用十几min的观测数据可以快速正确固定基础载波相位模糊度,具有一定的实用价值。     

北斗三频周跳探测方法研究

三频观测量能形成更多优良组合,有利于提高周跳探测和修复的成功率。针对目前北斗已经实现三频观测数据播发,为周跳探测与修复提供了新方法和新途径的现状,该文基于多频伪距相位组合法对北斗三频实测数据进行了数据预处理。结合北斗三频载波相位组合的特性,给出了组合观测量的选取标准,并且利用一组实测数据进行了验证。实验结果表明,在数据采样率较高、历元间电离层延迟变化可忽略时,根据该方法选取的最优伪距相位组合可探测和修复观测数据中的所有周跳。     

基于BDS三频数据的周跳探测与修复

三频载波组合观测值能获得更多长波长、低噪声的优化组合。首先利用伪距与相位差法分析了组合观测值的电离层延迟和噪声影响;再使用能降低电离层延迟和观测噪声的3组线性无关组合(1,4,-5)、(-1,-5,6)和(-3,6,-2)对BDS三频数据进行处理;然后对BDS的3个不同星座进行周跳探测与修复。实验证明,该组合方法可准确探测并修复一周以上的所有周跳。     

基于伪距相位组合实时探测与修复GNSS三频非差观测数据周跳

三频观测量能形成具有更长波长、更小噪声、更小电离层影响等优良特性的组合观测量,有利于提高周跳探测和修复的精度。本文推导了伪距相位组合探测周跳的阈值条件;提出了周跳确定成功率的概念;并从提高周跳确定成功概率出发,给出了伪距相位组合选取的标准和方法;最后利用一组实测GPS三频数据进行了验证。结果表明,在数据采样率较高、历元间电离层延迟变化可忽略时,根据文中提出原则选取的最优伪距相位组合可实时探测和修复三频非差观测数据中的所有周跳。     

北斗/GPS多频实时精密定位理论与算法

<正>本文对北斗/GPS多频实时精密定位理论与算法进行了深入研究,重点研究了三频线性组合观测量理论、周跳实时探测与修复方法、三频无几何模糊度解算方法和多系统多频非组合几何模糊度解算模型及其计算优化算法等内容,并对北斗/GPS多频RTK定位性能进行了初步评估。论文的主要贡献概括如下:(1)提出了一种求解特定波长与电离层延迟影响系数条件下噪声最优三频整系数线性组合的解析方法。通过分析得到了3种适合于周跳探测与模糊度解算的特殊三     

北斗三频消电离层伪距差分定位及其精度分析

我国的北斗系统（BDS）是目前唯一全系统卫星播发三频信号并能提供区域成熟导航定位服务的卫星定位系统。相比双频信号,利用三频信号有望获得更好的导航定位结果。本文基于实测BDS三频数据,主要测试分析了双频消电离层组合和三频模式下的最小噪声消电离层组合的伪距差分定位性能。首先利用历元间观测值差分的方法,获取了实测BDS数据3个频点的伪距精度;其次应用最小范数法求解了三频最小噪声消电离层组合系数。理论分析结果表明,三频伪距噪声最优组合相比双频情况有所改进,但幅度不大;基于实测北斗三频数据的定位结果也显示出相同的结论,即定位精度略有提升,但幅度不大。     

削弱电离层影响的三频TurboEdit周跳处理方法

针对电离层活跃期或磁暴发生时,现有三频周跳探测方法难以正确探测与修复周跳的问题,借鉴双频TurboEdit思想,提出了能够削弱电离层延迟影响的三频TurboEdit方法。该算法中的三频无几何无电离层码相组合和两次历元差分后的相位无几何组合,均能有效削弱电离层延迟对周跳探测的影响。随后利用三频实测数据对本文算法进行了验证,试验结果表明该方法能够消除电离层延迟影响,实现电离层活跃观测条件下动态非差周跳的实时探测与修复。     

GPS现代化后电离层折射误差高阶项的三频改正方法

研究了电离层对GPS观测信号的主要影响及电离层折射误差模型,总结了电离层双频改正模型。针对GPS现代化中增加的第三频率,系统推导了三个频率的电离层改正模型及相位观测值无电离层组合(LC组合)模型。该模型将电离层折射误差模型改正至二阶项,可进一步提高GPS定位精度,同时,为GPS定位中其他误差的改正及分离、周跳的探测等提供了有力的技术手段。     

一种基于平面不等式约束法的北斗三频数据组合选取方法

GNSS现代化的标志之一是三频或多频数据的广泛使用,文中在研究北斗三频数据组合原理、优化选取准则的基础上,推导出一种基于平面不等式约束法的三频数据组合选取方法。该方法将长波长条件转化为组合系数的线性关系,将弱电离层条件转化为平面域,将低噪声条件转化为椭圆域,依此建立模型并给出模型的几何解释,最后应用该方法选取特性较优的北斗三频数据组合,并总结了一些组合系数的特点。结果证明,该方法组合系数选取效率大于枚举法等常规方法,从而为多频数据组合理论的研究提供参考。     

Benefits of the third frequency signal on cycle slip correction

Cycle slip detection and correction are important issues when carrier phase observations are used in high-precision GNSS data processing and have, therefore, been intensively investigated. Along with the GNSS modernization, the cycle slip correction (CSC) problem has been raised to deal with more signals from multi-frequencies. We extend the geometry-based approach by integrating time-differenced pseudorange and carrier phase observations to estimate the integer number of triple-frequency cycle slips together with the receiver clock offset, ionospheric delay variations and receiver displacements. The Least-squares AMBiguity Decorrelation Adjustment method can be employed. The benefit of the third frequency observation on the cycle slip estimate is first investigated with simulation tests. The results show that adding the third frequency observation can significantly improve the model strength and that a reliable triple-frequency CSC with a theoretical success rate of higher than 99.9 % can still be achieved, even under the condition that the range or ionosphere delay variation is poorly defined. The performance of triple-frequency CSC is validated with real triple-frequency BDS data since all BDS satellites in orbit are transmitting triple-frequency signals. The results show that the fixing rate of CSC can reach 99.1 % in static precise point positioning (PPP) and 98.8 % in the kinematic case. PPP solutions with cycle slip-uncorrected and cycle slip-corrected data sets are compared to validate the correctness of triple-frequency CSC. The standard deviations of the PPP solution in east, north and vertical component, respectively, can be improved by 31.1, 30.7 and 37.6 % for static, and by 42.0, 53.8 and 39.7 % for kinematic after cycle slips are corrected. The performance of dual- and triple-frequency CSC is also compared. Results show that the performance of dual-frequency CSC is slightly worse than that of triple-frequency CSC. These results demonstrate that the performance of CSC can be significantly improved with triple-frequency observations.     

An analytical study on the carrier-phase linear combinations for triple-frequency GNSS

The linear combinations of multi-frequency carrier-phase measurements for Global Navigation Satellite System (GNSS) are greatly beneficial to improving the performance of ambiguity resolution (AR), cycle slip correction as well as precise positioning. In this contribution, the existing definitions of the carrier-phase linear combination are reviewed and the integer property of the resulting ambiguity of the phase linear combinations is examined. The general analytical method for solving the optimal integer linear combinations for all triple-frequency GNSS is presented. Three refined triple-frequency integer combinations solely determined by the frequency values are introduced, which are the ionosphere-free (IF) combination that the Sum of its integer coefficients equal to 0 (IFS0), the geometry-free (GF) combination that the Sum of its integer coefficients equal to 0 (GFS0) and the geometry-free and ionosphere-free (GFIF) combination. Besides, the optimal GF, IF, extra-wide lane and ionosphere-reduced integer combinations for GPS and BDS are solved exhaustively by the presented method. Their potential applications in cycle slip detection, AR as well as precise positioning are discussed. At last, a more straightforward GF and IF AR scheme than the existing method is presented based on the GFIF integer combination.     

BDS网络RTK参考站三频整周模糊度解算方法

北斗卫星导航系统是目前唯一一个全星座提供三频观测数据的卫星导航定位系统,三频观测值有助于载波相位整周模糊度的快速、准确固定。本文提出了一种BDS网络RTK参考站三频整周模糊度解算方法。首先利用B2、B3频率的观测值及严格的模糊度固定标准确定超宽巷整周模糊度,将固定的超宽巷整周模糊度与其他宽巷整周模糊度的线性关系作为约束条件,然后估计宽巷整周模糊度、相对天顶对流层延迟误差和电离层延迟误差,并搜索确定宽巷整周模糊度。利用固定的宽巷整周模糊度与三频载波相位整周模糊度的整数线性关系,将线性关系加入载波相位整周模糊度参数估计观测模型中,然后确定载波相位整周模糊度。使用实测的CORS网BDS三频观测数据进行算法验证,结果表明,该方法可正确有效地实现参考站间三频载波相位整周模糊度的快速解算。     

利用GPS三频观测值监测电离层TEC及其变化率

三频观测数据为监测电离层总电子含量提供了更多的观测值选择。在双频观测值估算电离层总电子含量的原理基础上,利用不同纬度地区的三频GPS观测资料计算获得了电离层总电子含量值及其变化率。分析结果表明：由于GPS接收机码间偏差的影响,不同频率间组合获得的电离层总电子含量结果出现较大的系统差异,使用不同频率组合获得的电离层TEC变化率有很好的一致性。     

Potentialities of multifrequency ionospheric correction in Global Navigation Satellite Systems

The first-order ionospheric error is reduced in the dual-frequency Global Navigation Satellite Systems (GNSS). In this paper, the possibility of eliminating ionospheric higher-order errors in the multifrequency GNSS is explored. Since the second-order error associated with the geomagnetic field effect on the refractive index can be eliminated in dual-frequency measurements, we explore the possibility of eliminating third-order errors in triple-frequency GNSS in view of phase scintillations. A connection between the possibility of improving the multifrequency GNSS accuracy and diffraction effects in radio signal propagation through the randomly inhomogeneous ionosphere is shown. The numerical simulation has revealed that the systematic, residual ionospheric error is considerably reduced when we pass on from dual-frequency to triple-frequency measurements. The change in the residual error variance during such a transition depends however on the relationship between the inner scale of the turbulent spectrum of ionospheric irregularities and the Fresnel radius. Given the inner scale larger than the Fresnel radius, not only the systematic error, but also the standard deviation reduces when we pass on from dual-frequency to triple-frequency measurements. Otherwise, when the Fresnel radius exceeds the inner scale, the variance increases with increasing number of frequencies in use.     

BDS参考站三频整周模糊度单历元确定方法

参考站载波相位整周模糊度的准确确定是实现BDS网络RTK定位的关键。本文研究了BDS参考站三频载波相位整周模糊度单历元确定方法。首先推导了参考站三频载波相位整周模糊度之间的多个整数线性关系,根据双频载波相位整周模糊度的整数线性关系,以及B1载波相位整周模糊度备选值,确定B1/B2和B1/B3载波相位整周模糊度的备选组合。然后利用不受误差影响的三频载波相位整周模糊度间整数线性关系,对整周模糊度备选值进行约束和确定。根据大气误差的空间相关性,采用以卫星高度角和方位角为依据的基准卫星选择方法,降低了对流层延迟误差残差对多频载波相位整周模糊度之间线性关系约束能力的影响。试验结果表明,本文方法能够实现参考站三频载波相位整周模糊度的单历元准确确定,且计算效率高,算法简单。