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。      

BDS/GPS精密单点定位性能分析

北斗特殊的卫星星座布局导致不同地域用户的卫星观测结构存在差异,基于XMIS、POHN和MAYG站的数据讨论了北斗星座结构对精密单点定位(PPP)技术定位性能的影响,分析了BDS观测数据对BDS/GPS联合PPP定位的改善。分析表明,北斗卫星几何结构和卫星频繁升降是导致北斗动态PPP定位精度差的重要原因,因此,对于北斗系统地面观测条件较差的用户站而言,无法基于单北斗动态PPP实现高精度定位,但是可将北斗系统作为有效补充,采用BDS/GPS联合PPP动态定位方式进行高精度定位,虽然该方式对定位精度改善不明显,但是可有效改善收敛速度(约为20%~45%)。     

区域大气增强伪距单点定位算法及性能验证

传统的伪距单点定位模型,受限于模型噪声、轨道钟差精度和大气误差修正精度等因素,难以获得高精度的定位结果,已经无法满足现代化应用场景的需求。提出了一种区域大气增强的伪距单点定位方法,能够显著改善伪距单点定位的定位性能。算法采用精密轨道钟差产品削弱卫星轨道钟差误差,使用区域大气参数削弱对流层电离层误差,采用双频非组合模型降低观测模型噪声。实测数据的验证结果表明,区域大气增强伪距单点定位方法的定位精度均方根(RMS)在水平方向优于0.2 m,高程方向优于0.25 m,定位精度的提升非常显著,同时亚米级的伪距单点定位精度在实际工程应用中也具备重要的参考价值。     

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。     

GPS/BDS实时精密单点定位技术实现

为给各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时等服务，设计了一款基于 ARM+FPGA 的 GPS/BDS 双模双频接收机，嵌入基于 GPS/BDS 双系统的实时精密单点定位软件。 简单介绍了接收机的硬件设计中的电源和射频模块，针对实时改正数差分龄期过大和 IODE 与广播星历不匹配造成实时 PPP 定位中断的问题，给出了相应解决办法。最后通过对实时 GPS/BDS 组合 PPP 长时间测试表明：静态条件下，水平方向偏差 RMS 为 2.1cm，高程方向偏差 RMS 值为 3.6cm；动态条件下，水平方向偏差 RMS 值为 12.6cm，高程方向偏差 RMS 值为 14.7cm。     

一种改进EKF的双模导航系统的定位算法

针对提高GPS/BDS双模导航系统的伪距单点定位精度问题,研究了GPS/BDS双模导航系统定位的解算方法,并对组合系统构建数学模型,引入扩展卡尔曼滤波(EKF)器进行定位解算,初始化权矩阵时通过牛顿迭代法改进矩阵求逆运算,并通过使用分段函数改进EKF中的权矩阵P,提出一种基于EKF的GPS/BDS导航定位解算方法。理论分析和实验结果表明,通过对比单GPS系统和最小二乘解算方法,利用双模系统并通过EKF能将定位精度在水平方向提高10%,高程方向提高43%,并极大地减小了运算量,提高系统的可靠性和完好性。     

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/GAL智能手机RTK动态定位算法

针对Android智能手机GNSS信号脆弱、抑径能力较差、观测值易出现粗差和周跳的问题，为了实现智能手机BDS/GPS/GAL高精度定位，提出一种不确定度联合高度角的随机模型确定观测值噪声矩阵的卡尔曼滤波参数估计算法和观测数据质量控制方法，采用验前与验后联合检测的手段进行数据预处理。静态试验结果表明，小米8及华为P40智能手机GPS/GAL/BDS组合定位模式E/N/U单方向精度均优于0.3 m。小米8智能手机GPS/GAL/BDS组合定位模式的平面定位精度相较于GPS、BDS和GPS/BDS分别提升了33.5%、80%和27.5%。与小米8智能手机相同，华为P40智能手机GPS/GAL/BDS组合定位模式的平面定位精度相较于其余3种定位模式分别提升了42.3%、27.5%和12.8%。动态试验结果表明，GPS/GAL/BDS组合定位模式平面定位精度为0.72 m,相较于GPS和GPS/BDS提升了24%以上。     

BDS实时精密单点定位性能分析

以GFZ事后精密轨道与钟差产品为参考,评估CNES实时轨道与钟差精度。基于CNES实时轨道和钟差,对18个MGEX地面站进行了实时精密单点定位(Real-Time Precise Point Positioning, RT PPP)测试,以GPS为参考分别对比分析了BDS3、BDS2+3的RT PPP的性能。结果表明,GPS实时轨道三维精度优于11 cm,实时钟差精度约为0.02～0.06 ns, BDS非GEO卫星实时轨道三维精度优于33 cm,钟差精度约为0.05～0.29 ns。BDS与GPS三维定位精度基本相当,约为5～6 cm。GPS平均收敛速度约为59 min, BDS平均收敛时间约为124 min。相对于BDS3、BDS2+3在E、N、U三方向的定位精度分别提升9.9%、6.7%、2.6%,3D定位精度提升5.8%,收敛速度提升20.2%。     

GPS伪距双差相对定位技术试验研究

通过差分技术能够消除 GPS 伪距中大部分公共误差，同时能够较为准确的计算出基线两端的 GPS 接收机间的相对位置关系。本文介绍了基于 GPS 伪距双差的相对定位方法，在此基础上开展了 GPS 伪距差分相对定位试验分析，比较了单频伪距双差与窄巷伪距双差的相对定位精度。试验表明，窄巷伪距双差相对定位具有更高的相对定位精度。     

干扰对GPS接收机伪距测量精度的影响

本文根据GPS接收机伪距测量的原理,以GPS接收机的载波噪声功率密度比(C/N0)为基础,分析压制干扰对GPS接收机伪距测量精度的影响。若要在干扰环境下提高GPS的定位精度,必须采取措施提高GPS接收机的抗干扰能力,如采用外部导航辅助等。     

GPS双频接收机单点定位算法研究

为了提高单点定位的精度,利用GPS双频接收机接收到的双频码伪距和相位伪距测量值进行组合,消除了卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟和对流层延迟等误差因素,求出了双频的整周模糊度,并对周跳进行了探测和修复,应用消除了电离层效应的相位伪距值对码伪距进行了平滑,得到了更高精度的伪距值,进而求出接收机坐标.最后,进行了实例分析,理论值与测站的标准坐标值进行了比较,精度较高,并且具有很好的稳定性.     

BDS/GPS组合导航系统选星算法研究

针对双系统组合导航模式下常用的最佳选星法存在运算量大、硬件设计复杂、实时性差等缺点,提出了基于 BDS/GPS 双系统组合导航模式的模糊选星算法。首先说明了靶场试验中采用 BDS/GPS 双系统组合导航模式的必要性,然后对组合导航系统定位精度的关键影响因子、 可用星数量及选择方式进行了分析,并给出了基于 BDS/GPS 双系统组合导航模式的模糊选星算法的详细解算步骤。实验结果表明,该算法简单易行,定位精度高,实时性好,对靶场试验品的导航定位具有重要参考价值。     

多基站GPS差分定位在航标遥测遥控中应用

为了提高航标遥测遥控系统中GPS单频伪距定位精度,提出多基站GPS差分伪距定位方法。该方法以单基站定位为基础,先通过单基站伪距改正数消除对流层、电离层的影响,再根据基站与测量站之间的距离关系建立基于距离的线性内插模型,从而得到综合改正数。利用综合改正数修正测量站的数据,提高了定位精度。实验结果表明,此方法能够有效地减少基站与测量站之间距离带来的误差,大大提高了航标遥测遥控的定位精度。     

一种GNSS多星座的抗差伪距单点定位算法

为抑制因导航星座间差异和故障卫星对多星座伪距单点定位产生的负面影响,通过分析多星座与单星座伪距单点定位的异同和多星座粗差探测方法,提出了在不同伪距质量下选择不同方法对伪距偏差状况进行估计,再基于平差理论、M估计和核函数构造三段式权值,实现能在不同环境下选择较优模型的对不同卫星赋予不同权值的新型抗差伪距定位算法。通过国际GPS服务组织（IGS）站点实测数据验证,该算法在不同情况下均能实现较高精度的定位结果,具有较优的抗差性能和定位精度。与传统抗差定位算法比较进一步验证了所提算法的优越性。相关结论对未来多星座定位算法的研究具有较大意义。