北斗二号伪距偏差特性分析及其对定位的影响

伪距偏差是指因卫星下行导航信号非理想状态,导致不同技术状态的终端在接收同一卫星导航信号时产生不同的测距偏差,而现有伪距改正手段尚未考虑该偏差,甚至在双频定位时还会被进一步放大.基于Curtin GNSS研究中心设置的零基线接收机,使用接收机零基线差分解算多组观测终端下北斗二号卫星的伪距偏差,分析其特性,并采用标准单点定...     

Android智能手机双频GNSS伪距差分动态定位性能分析

随着智能手机全球导航卫星系统(GNSS)天线和芯片从单频单模向多频多模快速发展,基于其所衍生出来的位置服务(LBS)应用极大地便利了大众用户的日常生活.然而受限于低成本、低功耗的信号接收与处理单元,手机在无增强信息的情况下仅依赖伪距单点定位难以为用户提供稳定、高精度的导航服务.因此,基于小米8手机(Mi8)的GNSS双频原始数据,采用非组合的双频伪距观测值、载波历元差分观测值和多普勒观测值构建了滤波定位模型,并引入伪距差分数据,以提升手机定位的连续性和精度.在较复杂环境下开展了行人和车载实验,实测结果表明:双频定位精度与单频相比提升了15％～30％,伪距差分定位精度和单点定位相比提升了5％～20％,行人和车载双频伪距差分定位的平面位置误差分别为0.65m和1.03m,基本满足手机用户在城市复杂环境下的高精度定位服务需求.     

GPS移动基准站差分定位算法

相对导航定位技术在空中加油任务中起着至关重要的引导作用。针对传统差分定位模式受限于基准站位置固定、覆盖范围有限等问题,研究了一种无固定基准站差分定位方案,实现了短基线高精度动态相对定位。该方案首先基于实时伪距单点定位求得移动站近似坐标,结合载波信息进行站间差分,求得单差模糊度浮点解及更高精度的移动站坐标。之后,再利用双差观测方程,并采用扩展Kalman滤波(Extended Kalman Filtering,EKF)算法获得移动站精确坐标和双差模糊度浮点解。最后,采用LAMBDA算法进行模糊度快速固定,获得最终定位结果。实验结果表明,所采用的无固定基准站差分定位方案使得基线长度均方差小于5cm,达到了较高的动态相对定位精度。     

欺骗环境下GNSS信号估计与定位修正技术

欺骗信号以其极强的隐蔽性使卫星导航接收机难以察觉并迅速定位到错误位置,严重影响了卫星导航的安全性。现有抗欺骗技术需要其他导航系统辅助来修正受欺骗影响的定位解算,针对该问题,本文提出了一种GNSS欺骗信号参数估计与辨识方法,能够在欺骗干扰环境下估计并辨识出真实信号所对应的伪距,进而解算出接收机真实位置。该方法通过研究欺骗干扰下接收机相关值模型,在信号跟踪阶段建立真实与欺骗双信号状态模型与基于九路相关器输出的观测模型,利用扩展卡尔曼滤波（EKF）估计真实信号与欺骗信号的伪码延时与信号相关幅值,进而获得真实与欺骗伪距,在定位解算阶段利用改进观测量残差检测方法辨识出真实与欺骗伪距,最终使用真实伪距定位获得真实位置。仿真结果表明对相对码延时介于0.3~0.9 chip之间且欺骗/真实信号幅度比介于1~5之间的隐蔽欺骗攻击,所提方法的码延时估计误差约0.1 chip,可有效估计真实信号与欺骗信号参数,辨识出真实伪距,并使被欺骗的定位结果重新回到真实位置结果,改善GNSS接收机抗欺骗能力,提高卫星导航安全性。     

GNSS接收机时间管理模型的设计与实现

为了满足卫星接收机对多个时间系统统一管理的需求,设计了一种适用于多系统GNSS接收机的时间管理模型,用于维持和处理接收机内部时间.详述了接收机时间初始化、维持、钟差估计的方法与修正策略.基于DSP6671平台对模型进行了实验验证,并分析了不同定位模式下的钟差变化特性,以及两种钟差调整策略对伪距、载波相位的非差和双差的影...     

GPS精度控制措施对差分修正的影响

第二批新型GPS卫星能控制标准定位信号(C/A码)的精度,其方法是抖动卫星时钟和扰乱星历数据相结合。这种能力就称精度控制(可用性选择,SA)。差分GPS工作除了能为基准站周围的用户消除电离层、对流层和其它慢变化误差的影响,还能大大减小SA的影响。设计基准站的一项主要技术问题是修正值的更新速率。直到最近还认为要保证5-10米的定位精度,需要每10秒更新一次GPS差分修正值。最近第二批新型GPS卫星发射入轨,就没有把握说这一更新速率已足够。本文介绍了从第二批GPS卫星最近获得的数据进行统计分析的结果,特别是位置、速度变化和相关时间。将差分基准站设备接收这些信号得到的伪距修正值加到导航接收机的伪距上,得到修正值更新速率对差分GPS性能影响的估值。     

天线整流罩对GNSS观测值与定位精度影响研究

当前大部分城市为保护卫星连续运行参考站(CORS)系统基准站天线安装了整流罩,但天线整流罩对观测值以及基准站坐标影响的研究仍显不足。为解决基于广州CORS(GZCORS)的网络RTK高程测量存在较大偏差的问题,基于2016—2021年观测站数据,以及拆除基准站天线罩前后的观测数据质量与定位效果相关分析,对天线整流罩对GNSS观测值与高程定位精度的影响进行了深入探究,并分别进行了静态仿动态和城市车载动态定位测试验证。研究结果显示,天线整流罩在一定程度上会增加原始观测值的多路径效应影响,降低约10%的数据可用率,并对基准站高程定位结果产生1～14 cm的系统性偏差,进而影响用户RTK高程定位效果。定位结果显示,拆除基准站天线罩后,基于GZCORS的RTK水平定位均方根误差(RMS)为1 cm左右,高程定位精度RMS为2 cm左右;城市场景下车辆动态定位精度RMS为15～20 cm,满足车道级定位性能。     

船用低成本GNSS测向系统研究

GNSS导航星座主要由GPS、GLONASS、Galileo、BDS四大系统卫星组成,到2020年,用户有望同时观测到40多颗导航卫星,大幅提升导航性能的同时,也扩展了其应用领域。针对靶船、渔船对航向测量的需求,基于GNSS接收机应用现状,设计了低成本GNSS测向系统,使用2块Ublox LEA-M8T模块和STM32F407处理器搭建原理样机硬件平台,开展基于Kalman滤波器的载波相位差分姿态测量算法研究和基于Kalman滤波器的伪距差分姿态测量算法研究。静态实验表明,在8.5m基线的情况下,航向角测量标准差为0.0396°,俯仰角测量标准差为0.0889°。使用伪距差分算法,纬度方向上测量误差标准差为0.5923m,经度方向上测量误差标准差为0.4609m,高度方向上测量误差标准差为1.0766m。     

基于相位平滑伪距的GNSS时差监测评估

随着全球卫星导航系统进一步的发展和完善,在系统层面上对各个GNSS进行实时时差监测是必要的。为了降低时差监测中伪距观测值的观测噪声及多径误差对时差监测的影响,采用相位平滑伪距的方法对伪距观测值的噪声及多径误差进行平滑,该方法可以实时地对伪距观测值进行处理,并且具有较好的平滑效果。利用平滑后的伪距观测值进行时差监测可以将时差监测值的标准差由2~4ns降低到1~3ns,噪声降低比率平均在20%以上。在与BIPM公布的时差数据相比,GPS-GLONASS实测值也具有较好的一致性,可以满足GNSS时差监测与预报的需求。     

GNSS实时卫星钟差估计技术进展

不依赖实体基准站增强信息的GNSS实时精密单点定位服务将逐渐成为主流定位模式。实时卫星钟差产品作为实时精密单点定位的关键先决条件之一，其精度直接决定实时精密定位服务的性能。计算实时卫星钟差的GNSS实时卫星钟差估计技术成为实时精密定位的核心技术之一，其主要包括两种解算模式：非差解算模式和差分解算模式。由于对卫星模糊度等未知参数处理策略的不同，卫星钟差估计技术又可细分为非差、历元差分、星间差分、混合差分等策略类型。针对不同实时卫星钟差估计技术的原理方法、算法效率、适用性等问题，综合目前已有相关研究成果的基础上，对GNSS实时卫星钟差估计的研究现状、关键技术和面临的挑战进行了较为系统的总结综述，并对未来卫星钟差预报产品和实时估计产品的关系进行了展望。     

Precise orbit determination for TH02-02 satellites based on BDS3 and GPS observations

The Tianhui-2 02 (TH02-02) satellite formation, as a supplement to the microwave mapping satellite system Tianhui-2 01 (TH02-01), is the first Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) satellite formation-flying system that supports the tracking of BeiDou global navigation Satellite system (BDS3) new B1C and B2a signals. Meanwhile, the twin TH02-02 satellites also support the tracking of Global Positioning System (GPS) L1&L2 and BDS B1I&B3I signals. As the spaceborne receiver employs two independent boards to track the Global Navigation Satellite System (GNSS) satellites, we design an orbit determination strategy by estimating independent receiver clock offsets epoch by epoch for each GNSS to realize the multi-GNSS data fusion from different boards. The performance of the spaceborne receiver is evaluated and the contribution of BDS3 to the kinematic and reduced-dynamic Precise Orbit Determination (POD) of TH02-02 satellites is investigated. The tracking data onboard shows that the average number of available BDS3 and GPS satellites are 8.7 and 9.1, respectively. The carrier-to-noise ratio and carrier phase noise of BDS3 B1C and B2a signals are comparable to those of GPS. However, strong azimuth-related systematic biases are recognized in the pseudorange multipath errors of B1C and B3I. The pseudorange noise of BDS3 signals is better than that of GPS after eliminating the multipath errors from specific signals. Taking the GPS-based reduced-dynamic orbit with single-receiver ambiguity fixing technique as a reference, the results of BDS3-only and BDS3 + GPS combined POD are assessed. The Root Mean Square (RMS) of orbit comparison of BDS3-based kinematic and reduced-dynamic POD with reference orbit are better than 7 cm and 3 cm in three-Dimensional direction (3D). The POD performance based on B1C&B2a data is comparable to that based on B1I&B3I. The precision of BDS3 + GPS combined kinematic orbit can reach up to 3 cm (3D RMS), which has a more than 25% improvement relative to the GPS-only solution. In addition, the consistency between the BDS3 + GPS combined reduced-dynamic orbit and the GPS-based ambiguity-fixed orbit is better than 1.5 cm (3D RMS).     

低成本GNSS接收机芯片载波相位测量技术

当前具备载波相位测量的GNSS接收机能够实现高精度定位,但其成本高、体积大,难以广泛应用于大批量的手机、平板电脑等消费电子产品。针对ST公司的STA8090接收机芯片并改进其软件和晶振以获得载波相位信息,采用双差和三差方程测试评估载波相位测量的精度,与测绘型接收机进行对比。基于改进的STA8090接收机芯片构建双天线定姿系统原型样机,静态测试评估了相对定位和定向精度。研究结果表明,千米级静态相对定位精度优于0.01m,在1.23m基线条件下定向精度优于0.1°。因此,采用低成本GNSS接收机芯片实现高精度载波相位测量的技术方案是可行的,具备广阔的市场应用前景。     

A New Optimal Hatch Filter to Minimize the Effects of Ionosphere Gradients for GBAS

At present, the main problem faced by ground-based augment system （GBAS） is that though carder smoothing filter and local differential global positioning system （LDGPS） improve the accuracy of the pseudorange by reducing the noise in it and eliminating almost all the common errors between the user and the reference station, they also cause extra errors on account of the effects of the ionosphere temporal and spatial gradients. Based on the analysis of these errors as well as the smoothing noise, this article suggests a new algorithm to design the optimal Hatch filter, whose smoothing window width varies real-time with the satellite elevation, ionosphere variation, and distance from the user to the reference station. By conducting the positioning process in the GBAS emulation platform for several hours and after its comparison with the performances of traditional Hatch filters, it is found that the errors in the differential correction become smaller and the positioning accuracy gets heightened with this new method.     

载波相位平滑伪距在GPS/SINS紧组合导航系统中的应用

针对GPS/SINS紧组合导航系统中伪距噪声大从而引起组合导航系统精度低的问题,提出了将载波相位平滑伪距方法引入到组合导航系统中,利用具有较高精度的载波相位对低精度伪距进行平滑滤波,在建立观测方程的同时,为了减小Kalman滤波器计算量,选用最佳4颗卫星的伪距与伪距率作为观测值,并提出了一种四面体选星法,该方法不需要进行矩阵求逆运算,减小了运算量。利用光纤陀螺捷联惯导系统与GPS接收机搭建了实验验证系统,通过车载实验对所提出的方法进行了验证,实验结果表明,经过载波相位平滑后的伪距噪声得到了降低,从而能够进一步提高GPS/SINS组合导航系统的定位精度,其位置误差均方根值相比无载波相位平滑减小近40%。     

电离层对单频卫星导航系统伪距差分定位的影响

用计算机仿真方法 ,给出了单频卫星导航系统伪距差分后 ,定位误差受电离层影响的一些结果。伪距差分定位能够校正电离层时延误差 ,但校正精度随用户与基准站到同一颗卫星倾斜因子的不同而不同。为此 ,提出了一种改进的伪距差分方法。仿真结果表明 ,改进后有明显效果