BDS/GPS双系统软件接收机实现与性能分析

在经典的MATLAB GPS软件接收机的基础上,针对快速比特跳变的BDS信号给出了捕获跟踪和解帧策略,提出了BDS/GPS双系统伪距、载波相位、多普勒和载噪比观测量提取算法,推导了双系统定位定速的迭代式。采用NSL-STEREO射频前端采集实际的BDS B1和GPS L1双系统数字中频信号,设计了楼顶静态和动态实验,比较分析了实际场景下BDS/GPS双系统及各单系统的定位轨迹、定位定速误差和精度因子,验证了接收机性能并得到系统差异结论。     

北斗三号PPP-B2b信号精度及精密单点定位性能评估

PPP-B2b是北斗三号系统首次对外发布的高精度信号,可为中国和周边地区用户提供实时的精密单点定位(PPP)服务.本文围绕PPP-B2b改正信息精度、服务范围、PPP定位性能等问题进行了研究.结果表明:在改正信息精度方面,PPP-B2b将广播星历的轨道精度在径向、法向和切向上平均提升了4.3％、6.2％和16.1％;钟差误差从1.18ns降至0.22ns,精度提升了1个数量级.在服务覆盖范围方面,PPP-B2b服务在中国的可用性优于80％,在亚洲地区基本达到70％以上.在定位性能方面,使用PPP-B2b信号进行PPP解算,静态PPP精度达到厘米级,动态PPP精度为分米级;动态PPP收敛时间平均为22.9min.     

BDS/GPS/Galileo多频观测值精度评估及随机模型精化

随机模型的优劣直接影响GNSS精密定位的精度以及可靠性.通过MEGX观测网CUT0、CUT2和CUTA测站连续10d观测数据,基于短基线单差模型方法求解各系统单差残差的时间序列,并推导出BDS/GPS/Galileo卫星观测值噪声.统计观测值噪声随高度角变化的情况,通过最小二乘拟合方法确定精化的随机模型.结果表明:Galileo的4个频点的伪距观测值精度约20~50cm,E5频点的精度最高,E1最低,E5a和E5b基本相当;载波相位观测值精度约1~3mm,E5频点的精度明显高于E1、E5a和E5b.BDS载波观测值精度约1~3mm,B1、B2、B3精度基本相当,其伪距观测值精度约30~50cm,B1精度最低,B2和B3相差不多.GPS L1伪距观测值精度约63cm,L2伪距观测值精度约42cm,载波相位精度约3mm.基于单差模型对各系统观测值进行精度估计,在短基线情况下,BDS/GPS/Galileo载波相位观测值精度基本相当,而Galileo E5伪距观测值精度明显优于其他卫星系统伪距观测值精度.各类型卫星观测值的残差分析可为定位中随机模型的建立提供依据.     

广域实时亚米级单点定位算法

针对传统的单点定位方法无法满足应用需求日益提高的实时定位精度问题,提出一种新的广域实时亚米级单点定位算法。基于单频接收机提供的卫星原始观测值,通过网络获得由国际GPS服务(international GPS service, IGS)播发的GNSS卫星精密轨道和钟差以及格网电离层改正数据,在终端嵌入式软件或APP软件程序中,通过载波平滑伪距的定位模型进行定位解算得到用户精确位置。大量试验结果统计分析表明:该算法在全天候任意时段内均可实现平面方向优于0.8 m、高程方向优于2 m的静态定位精度,以单频接收机的硬件成本,快速收敛实现了实时亚米级定位精度,能够满足大量应用场景对连续稳定可靠的高精度实时定位要求。提出的广域实时亚米级单点定位技术,能够在无需大量建设地基增强基准站的情况下,提供广域范围内大部分应用场景下的实时亚米级高精度位置服务。     

广域实时亚米级单点定位算法研究

针对传统的单点定位方法无法满足应用需求日益提高的实时定位精度问题,提出了一种新的广域实时亚米级单点定位算法。基于单频接收机提供的卫星原始观测值,通过网络获得由国际GPS服务(international GPS service, IGS)播发的GNSS卫星精密轨道和钟差以及格网电离层改正数据,在终端嵌入式软件或APP软件程序中,通过载波平滑伪距的定位模型进行定位解算得到用户精确位置。大量试验结果统计分析表明:该算法在全天候任意时段内均可实现平面方向优于0.8 m、高程方向优于2 m的静态定位精度,以单频接收机的硬件成本,快速收敛实现了实时亚米级定位精度,能够满足大量应用场景对连续稳定可靠的高精度实时定位要求。提出的广域实时亚米级单点定位技术,能够在无需大量建设地基增强基准站的情况下,提供广域范围内大部分应用场景下的实时亚米级高精度位置服务。     

GPS/Galileo双系统三频实时PPP固定解性能分析

针对实时精密单点定位模糊度解算方法未能较好兼容多频多系统GNSS观测数据这一问题，提出了一种双系统三频GNSS实时PPP模糊度解算方法，实现了GPS/Galileo双系统三频实时PPP固定解.实验结果表明，GPS/Galileo双系统三频实时PPP固定解平均首次固定时间为19.3 min,首次固定时在E、N和U方向上定位精度分别可达到3.0、2.5和3.2 cm,相比单GPS三频实时PPP固定解，首次固定时间可缩短23.2%,首次固定时E、N和U方向上定位精度可分别提高约11.8%、13.8%和13.5%.     

航标灯多基站GPS伪距差分定位新方法

针对由于航海环境的复杂性,导致传统的航标灯定位精度不高,容易偏离航道或发生碰撞的问题,根据其定位精度要求提出了一种伪距改正数的线性组合模型。该模型以单基站伪距差分定位为基础,选取3个参考站和一个移动站并将其误差源理想化,在各参考站上利用高精度GPS定位模块测量其概略坐标,通过各参考站的位置关系建立模型。测试结果表明,该方法能有效提高单GPS模块伪距差分定位的精度,且随着参考站数目的增加定位精度大幅提高。     

长距离GNSS网络差分定位系统服务性能评估

介绍了GNSS网络差分定位系统覆盖区域、定位精度、服务可用性的测试方法,利用多模卫星实测数据,对长距离GNSS差分定位系统的服务性能进行了评估测试.测试结果显示:系统动态RTK定位平面精度优于2 cm,高程精度优于6 cm;动态伪距差分定位精度优于1 m;可用性指标优于97.7%.本研究验证了长距离GNSS网络差分定位系统在多模GNSS融合定位技术支持下,具备厘米级实时精密定位以及亚米级导航服务能力,可为同类系统的建设与应用提供技术积累和基本参考.     

基于载波相位的GPS码伪距平滑算法设计

文中给出了全球定位系统接收机可获取观测量的误差估计,基于此讨论了平滑算法的性能。平滑算法的精度与接收机性能,权重因子和平滑递归的次数有关。给出了载波相位平滑伪码伪距的具有最快的噪声对消的递归算法结构,并且对其性能进行了评估。当递归次数大于100,码伪距和载波相位的测量精度分别为5.6m和5mm时,具有最优加权系数的平滑算法可提供优于30cm的伪距测量精度。     

提高定位精度及完好性增强的GBAS实验系统开发

针对GBAS地面系统的增强技术提出一种提高定位精度及完好性增强的改进算法。首先通过载波相位数据预处理,修正和去除周跳及残差,并引入无码载偏离平滑技术来解决电离层误差加剧问题,使平滑伪距的定位精度得到提高。在完好性方面,引入示警阈值辅助法,能够有效地避免较大偏差卫星伪距修正量的误差估计对接收机的整体剔除。在地面发射VDB报文前,验证了所发射伪距修正量的正确性。实验表明,新算法可有效减少电离层误差和较大伪距修正量误差对星基导航精密进近的精度影响。     

一种短基线单频差分GPS接收机

利用单频GPS-OEM板,配合碟型接收天线,设计了一种成本低,并具有较高测量精度、适用于短基线差分工作模式的GPS接收机。测试表明,系统稳定良好,在基线长度小于3km时,10分钟的快速静态差分测量获得的平面定位和高程测定精度均可达到厘米级水平。同时,对气候条件对测量结果的影响进行了评价。     

基于多载波定位系统的模糊度算法研究

采用了多载波定位技术提高定位精度的原理,建立了系统的数学模型,在此基础上模拟仿真了静态情况下GPS系统采用2和3个载波,G alileo系统采用2、3和4个载波定位时,模糊度的平均建立时间和均方差随基线长度变化的关系。证明了采用多载波定位的效果优于双载波定位的效果,给出了仿真结果。     

GPS／捷联惯性组合导航系统的性能研究

采用卡尔曼滤波器进行最优组合的GPS/捷联惯性组合导航系统是一种精度高、成本效益好、功能可靠的导航系统。它既能增强GPS接收机的抗干扰能力又能抑制惯导的积累误差。机动飞行和干扰环境下所进行的模拟计算表明,采用C/A码GPS接收机和低精度(0.1°/h陀螺,1×10~(-3)加速度计)捷联惯导所组成的系统,定位精度可达20m(1σ),速度精度约为0.1m/s(1σ)。与纯惯导相比,性能精度约提高2个数量级。系统具有对惯性元件进行测漂补偿,对GPS用户钟差进行估计校正和实现惯性平台空中对准的功能,能缩短地面准备时间,提高飞行器的快速反应能力,是一种在航空、航天等领域中有着广阔应用前景的导航定位系统。     

GNSS多星定位数据的质量分析

重点对北斗卫星(BDS)、双星(GPS/GLONASS)和多星(BDS/GPS/GLONASS)定位数据的多路径效应、电离层延迟、数据利用率与信噪比、卫星可见数和精度因子PDOP值等几个方面进行比较分析.试验分析表明:多星融合的平均mp1和mp2相比BDS单系统分别减小了18%和8%,多星融合增加的卫星在一定程度上可以相互补偿从而削弱多路径效应对定位结果的影响;当高度截止角大于40°时,单系统无法满足导航定位的需求,而多星融合因其可见卫星数增多,仍然可以得到较低且比较稳定的PDOP值,提供了高精度的定位服务.     

附有约束的BDS单频单历元改进型Par Lambda算法

根据建筑物变形监测的特点,在部分模糊度解算(Par Lambda)算法基础上提出了一种基于北斗卫星导航系统(BDS)的单频单历元附有基线约束的改进型Par Lambda算法,该方法采用BDS单历元测码伪距和单频载波相位观测值组成的双差观测方程与基线长度约束方程进行最小二乘解算,获得模糊度浮点解方差-协方差阵,根据模糊度浮点解精度对双差模糊度进行(2,1,1,…,1)分级处理,基于Lambda算法分批次固定双差模糊度.采用该方法对BDS系统的B1和B2频段的1,5和10s短基线数据进行单频单历元解算.结果表明:采用BDS单频单历元模糊度解算时采用该方法的成功率较传统方法高,其成功率达到98%以上.     

GNSS超快速网络RTK算法及精度分析

针对GNSS数据解算流程和GPS/BDS/GLONASS多系统网络RTK定位算法,利用C#、C++编程开发GNSS超快速网络RTK解算软件,该软件可在短时间内快速解算用户三维坐标。以地形复杂、主要为山区的广西河池为实验对象,选取广西8个CORS站作为基准站参与计算,采用超快速解算软件解算6个流动站3天不同观测时长的实测数据,并与TBC+COSA_GPS软件作对比分析,结果表明:在流动站观测时长为30 min以内,超快速软件比TBC+COSA_GPS软件解算的坐标值与真值符合较好;当流动站观测时长达到45 min后,超快速软件的解算精度在平面上优于±3 cm,高程上优于±5 cm,但TBC+COSA_GPS软件在各观测时长的解算精度较为稳定。     

提高手持GPS定位精度的方法研究

通过对仪器参数的2种设置方法的比较,提出提高手持GPS定位精度的方法．由内符合稳定性试验可知,实时和3,5min定位剔除粗差点后的精度分别是10．1,6．7,4．6m,说明实时定位稳定度不可靠,定位时长应在3min能保证有稳定的观测结果．由参数设置法对比试验可知,标准五参数设置法平面中误差为3．6m,三维中误差为5．6m;简易五参数设置法平面中误差为4．9m,三维中误差为11．0m．因此,为了提高定位精度,应尽量采用标准五参数法．     

基于北斗B3频点的低轨卫星实时定轨性能评估

基于自主研制的搭载于浙江大学皮星三号（ZDPS-3）任务的星载GPS/北斗双模接收机,在北斗B3频点上开展低轨卫星实时定轨仿真试验,对基于北斗（特别是B3频点）的实时定轨性能进行评估. 结果表明：B3频点的测距伪码码速率高,其抗噪声性能优于B1频点,有利于提升北斗导航系统下的低轨卫星定轨精度. 在建立观测模型和定轨算法模型并检验接收机实测数据质量的基础上,利用导航信号模拟器建立半物理仿真实验平台. 实验结果表明,在仅使用北斗二号14颗导航卫星的条件下,利用B3频点能获得明显优于B1频点的实时定轨精度,并且与基于处于完全运行状态的GPS的定轨精度相当.     

伪距、伪距率、航向角观测模型的AHRS/GPS QEKF算法

以微小型航姿参考系统/GPS紧耦合导航系统为研究对象,建立了基于伪距、伪距率、航向角的组合观测数学模型.针对微惯性传感器漂移过大的缺点,引入二阶EKF(QEKF) 方法,代替传统的EKF算法.根据Taylor展开原理,通过对Hessian矩阵的求解,补偿系统观测方程线性化的二阶截断误差.仿真表明,QEKF所建模型符合实际导航系统要求,可使姿态角、位置误差均方差分别控制在90 s和3 m以内,优于相同条件下标准EKF所解算的导航参数.     

GNSS信号体制抗干扰性能分析

以干扰等效载噪比和码跟踪误差为干扰效果评估指标,对当前GPS和Galileo卫星导航信号体制受单频、带限高斯噪声和匹配谱干扰的影响程度分别进行了理论推导和仿真分析,得到信号调制方式和接收机参数设置与增强抗干扰性能的内在联系。在此基础上,将北斗卫星导航系统(BDS)信号体制与GPS和Galileo进行比较,得出BDS的B1-C可优化为CBOC(6,1,1/11)的调制组合方式、B2可设计为导频通道伪随机调制序列相同的TD-AltBOC(15,10)调制、B1-A和B3-A可分别采用TDDM-BOC_c(15,2.5)和BOC_c(15,2.5)调制的信号抗干扰性能增强建议。