不同尺度范围的监测网对星基增强服务性能的影响分析

区域监测站提供的星基增强完好性监测服务在民用航空等生命安全领域发挥着重要作用。为了分析利用不同尺度监测网估计的完好性信息对用户服务性能影响,使用等效钟差方法分别实现三种不同尺度的监测网完好性参数估计,并进行增强定位验证。从增强卫星数目、用户测距误差、定位精度和保护级包络特性方面研究不同尺度的监测网对用户服务性能评估的影响,结果表明:与小尺度和中等尺度区域相比,大尺度区域增强卫星数目分别增加了50.7%、33.7%。与广播星历伪距单点定位相比,基于小、中等和大尺度区域监测网估计的改正数增强定位在水平方向定位精度分别提升了33.08%、33.59%和32.54%,垂直方向定位精度分别提升了36.56%、41.07%和43.86%。三种尺度估计的平均用户测距误差均优于0.3 m,保护级水平对定位误差的包络均能达到95%。研究成果可为区域星基增强监测网的选择提供理论支撑和应用依据。     

利用改正数信息的北斗三号实时精密单点定位及性能分析

北斗三号全球卫星导航系统已正式建成并开通服务。为了利用实时改正数信息系统地揭示北斗三号精密单点定位性能，并为用户提供理论依据和应用参考，首先解算了卫星实时精密轨道、钟差及其改正数，分析了其精度。然后基于实时改正数信息，利用监测站广播星历和观测数据，分别进行了双频静态、双频仿动态、单频静态和单频仿动态仿实时精密单点定位，以评估其性能。结果表明：北斗三号MEO卫星实时轨道和钟差精度均值分别约为12cm和0.2ns，满足实时精密单点定位需求。静态实时精密单点定位精度优于动态，双频优于单频，均可达到分米级。对于定位收敛时间，双频静态最短，约为40min；双频动态和单频静态均约为85min；单频动态最长，约为120min。     

GPS/GLONASS/GALILEO实时服务（RTS）产品性能评估分析

目前,不同机构提供的GNSS实时服务产品性能存在差异。为了全面揭示实时服务产品的性能，为系统服务和用户应用提供参考，统计了各实时服务产品的历元完整率及卫星数量，基于实时轨道和钟差恢复方法，比较分析了产品精度，并评估了产品定位性能。研究结果表明：正常情况下，实时服务产品的历元完整率较高，基本可保持在95%以上，所提供系统的卫星数量保持稳定且充足。对于GPS，各机构卫星实时轨道平均精度基本一致，约为3cm，实时钟差精度略有差别。对于其他GNSS，不同机构产品精度存在差别。利用实时服务产品进行GPS实时精密单点定位的平面精度优于10cm，高程精度优于20cm。相对于GPS单系统，多系统联合定位精度基本一致，但收敛速度明显提升。     

北斗三号系统PPP-B2b信号定位服务模型及性能分析

给出了PPP-B2b信号定位的观测模型和随机模型，详细阐述了PPP-B2b增强改正模型和参数估计模型，并进行了静态和动态定位实验。结果表明：对于单系统，在30min的收敛时间内，北斗三号定位精度可以达到水平0.118m（静态）、0.176m（动态），高程0.208m（静态）、0.423m（动态）以内，GPS定位精度可以达到水平0.113m（静态）、0.163m（动态），高程0.206m（静态）、0.377m（动态）以内；对于北斗三号/GPS双系统，在20min的收敛时间内，定位精度可以达到水平0.092m（静态）、0.122m（动态），高程0.158m（静态）、0.312m（动态）以内。无论是收敛性还是定位精度，均能满足北斗三号精密单点定位服务指标的要求。     

双频Android手机GPS/BDS伪距单点定位增强方法与性能评估CSCD

针对双频GNSS手机不同运动状态下的定位性能,从原始观测值质量入手进行分析,设计并比较了多种定位算法的有效性。首先,采集了华为mate30、荣耀20pro、小米10三款双频手机的原始观测数据,从DOP值、信噪比、伪距残差等方面对观测数据质量进行了分析评估。其次,设计了静态和动态实验,利用最小二乘法(LSM)、加权最小二乘法(WLS)(高度角定权、信噪比定权)、Kalman滤波法进行单点定位解算。静态测试结果表明,基于LSM的三款手机定位精度在E、N方向上分别优于2.04m和2.24m,信噪比定权相比高度角定权可使平面定位精度平均提高8.5%;动态测试结果表明,Kalman滤波可有效提高精度性能,平面定位精度平均提高7.2%,但三款手机的动态测试表现明显低于静态测试。     

低轨导航星座增强BDS精密单点定位技术验证CSCD

首先介绍了低轨增强北斗精密单点定位(PPP)的观测模型、参数估计与数据处理策略。然后对低轨导航增强仿真验证系统及误差仿真配置进行了说明,基于验证系统仿真了全球20个监测站的北斗及低轨导航数据,并通过单北斗及低轨增强北斗静态PPP试验,给出了低轨增强北斗的高精度定位测试评估结果。结果表明,加入150颗低轨卫星观测量后,20个测站PPP精度收敛到10cm之内只需约1min;低轨增强北斗实现静态收敛后,定位精度东方向均值为1.5cm,北方向均值为0.3cm,高程方向均值为2.2cm。相较于北斗单独精密定位,20个监测站收敛后组合定位精度从5cm左右提升到3cm左右。加入低轨卫星可大大加快PPP收敛速度,提升定位精度,验证了低轨卫星在增强PPP精度和收敛速度上的优越性,同时仿真验证系统可支持全链路闭环仿真验证。     

低成本U-blox模块的单频GPS/BDS增强PPP定位性能分析

以U-blox单频接收机采集数据,在GPS与GPS/BDS两种解算模式下进行局域增强精密单点定位(PPP)解算,并进行模糊度固定,对其在不同环境下的定位性能进行实验研究和分析。实验结果表明:在静态环境下,GPS/BDS浮点解收敛至cm级需3min左右,较GPS缩短64%,GPS/BDS定位精度RMS在平面与高程方向分别为(3.2cm,2.7cm),较GPS提升(47%,59%);GPS/BDS在30s左右可固定模糊度,固定后定位精度为(0.4cm,1.0cm),较GPS/BDS浮点解提升(88%,63%)。在动态环境下,GPS/BDS浮点解收敛至cm级需4min左右,较GPS提升59%,定位精度为(3.1cm,5.9cm),较GPS提升(34%,43%);GPS/BDS获得固定解需2min左右,固定后定位精度为(0.7cm,1.0cm),较GPS/BDS浮点解提升(77%,83%)。     

基于民航校验飞机的星基增强服务性能评估CSCD

为了进一步拓展全球卫星导航系统(GNSS)在民用航空等高生命安全领域的应用,世界各国争相发展星基增强系统(SBAS),美欧等SBAS已正式向民用航空领域提供了决断高度200英尺(约60.96m)的垂直导航信标性能(LPV-200)服务。我国的BDSBAS也已经完成系统建设,将向中国及周边区域提供满足国际民航组织(ICAO)一类垂直引导进近(APV-I)指标要求的单频增强服务。重点针对单频增强服务性能评估开展研究工作,首先从定位精度、完好性、可用性和连续性四个方面对星基增强服务评估方法进行了论述;再通过多次航空飞行试验对BDSBAS单频增强服务性能进行了验证,结果表明,航空飞行试验期间可满足APV-I设计指标要求;最后对BDSBAS单频增强服务在全国301个中大型机场的可用性进行了分析,非精密进近(NPA)可用性、APV-I可用性、LPV-200可用性在全国机场的覆盖率分别达到了97%、89.7%和83.1%。     

基于原始观测值的UWB增强GNSS精密单点定位方法研究

全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)可提供全球范围内全天候高精度导航、定位和授时服务。以精密单点定位(precise point positioning,PPP)为代表的绝对定位技术凭借定位精度高且全球一致、作业范围灵活等优势受到广泛关注,但是较长的收敛时间,限制了其在实时、快速精密定位应用中的使用。为解决上述问题,提出了超宽带(ultra-wideband,UWB)增强PPP方法,在多星座PPP中紧密集成UWB测距信息,以提高GNSS PPP性能。实验结果表明,在动态场景下,融合UWB量测使GPS/GAL双系统PPP在东、北、天3个方向的位置均方根(root mean square,RMS)值分别减少了76.99%、21.46%、64.53%,GPS/GAL/BDS三系统PPP减少了69.69%、37.21%、61.32%,并且收敛时间分别加快62.78%和57.75%。关于锚点数(几何构型)的评估表明,仅利用4个锚点就能将双系统和三系统3D误差RMS值减少67.98%、59.35%,收敛时间加快76.14%、62.68%,达到成本和性能综合最优的增强效果。     

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.     

Performance evaluation of GPS augmentation using Quasi-Zenith Satellite System

The current global positioning system (GPS) provides limited availability and capability for a country like Japan where mountainous terrain and urban canyons do not allow a clear skyline to the horizon. At present, the Japanese Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) is under investigation through a cooperative effort between the government and the private sector. QZSS is considered a multi-function satellite system, as it is able to provide communication, broadcasting, and positioning services for mobile users in a specified region with a high elevation angle. The additional GPS compatible signals from QZSS can remarkably improve the availability, accuracy, and capability of GPS positioning. This work focuses on the performance of GPS augmentation using the proposed QZSS. The QZSS satellite constellation and signal structure are briefly reviewed. Positioning with pseudo-range and carrier phase are discussed. The performance of GPS augmentation using QZSS in the Asian-Pacific and Australian area is studied using software simulations. The results are presented using the number of visible satellites as a measure of availability, GDOP as a measure of accuracy, and ambiguity success rate as a measure of capability of carrier-phase-based positioning with spatial and temporal variations. The results show that the QZSS will improve not only the availability and accuracy of GPS positioning, but will also enhance the capability of the GPS carrier-phase-based positioning in Japan and neighboring regions.     

基于低轨通信星座的导航增强技术发展概述

在我国北斗三号卫星导航系统全面完成组网建设的背景下,世界卫星导航步入新时代。各卫星导航大国均瞄准更高服务精度、更加多样功能、更加可靠服务,正在着手开展新一代系统建设和技术迭代。随着各国对于大型低轨通信星座的积极开发与广泛部署,应用低轨卫星技术实现导航增强与PNT系统备份能力,因其易与GNSS协同,具有提高全球自主导航精度、拓展全球卫星导航应用市场的巨大潜力而成为研究热点。面向低轨导航增强技术,首先总结了低轨卫星的最新态势,梳理了卫星导航增强服务模式,并详细分析了低轨通信星座导航精度增强及导航信号增强两方面的技术动向。在此基础上,重点针对导航增强频率的兼容互操作、通信/导航信号一体化设计、高动态导航增强信号捕获与跟踪等方面,对低轨卫星导航增强体系未来的发展机遇以及面临的技术挑战进行了展望。此外,还基于美国铱星系统实收采集信号开展了定位服务性能试验分析,结果表明600个历元内收敛定位精度优于100m,相关分析成果可为我国低轨导航增强建设提供参考和借鉴。     

面向Android智能终端的多模GNSS实时非差精密定位

Android操作系统中全球导航卫星系统(GNSS)原始数据的开放为大众高精度位置服务的应用带来了重要机遇。在对Android系统GNSS原始数据特性分析的基础上,利用智能终端GNSS原始数据实现了实时非差精密定位,研制了面向Android平台的实时精密单点定位(PPP)软件PPPAnd,并开展了实际环境下的定位测试。测试结果表明:基于Android终端GNSS原始数据的实时静态伪距单点定位精度(RMS)为1.16m(水平方向)和1.51m(垂直方向),较其自身位置速度和时间(PVT)解算结果分别提高了70%和76%;实时静态精密单点定位解算结果的精度(RMS)为0.62m(水平方向)和0.66m(垂直方向),较PVT结果分别提高了87%和82%,精度收敛至1m以内所需时间约8min,并且收敛后的精度可达亚米级;城市环境中车载实时动态精密单点定位的水平和垂直精度(RMS)分别约为1.32m和0.81m,较PVT结果分别提高了39%和65%。     

北斗星基增强系统双频多星座服务覆盖范围评估

双频多星座（DFMC）服务已成为星基增强系统（SBAS）未来能力提升的重要方向之一，相关国际标准也将在2023年11月正式发布。北斗星基增强系统（BDSBAS）是全球范围内唯一持续播发DFMC增强服务测试信号的星基增强系统。在详细介绍SBAS DFMC服务可用性和保护级计算方法的基础上，利用实测的BDSBAS B2a增强电文对BDSBAS DFMC增强服务的一类垂向引导进近（APV-I）/垂向导航信标性能（LPV）和决断高度200英尺垂向导航信标性能（LPV-200）等级的服务覆盖率进行了初步评估。评估结果表明，当前BDSBAS DFMC增强服务能够实现对中国及周边广大区域的服务覆盖，且双系统（BeiDou navigation satellite system和global positioning system，BDS+GPS）增强服务的APV-I和LPV-200等级99%可用性覆盖率比单系统（BDS）增强服务的覆盖率分别提升16%和32%。     

天象一号低轨导航增强系统研究与在轨试验验证

如何实现GNSS全球瞬时高精度服务一直是GNSS领域的迫切需求和研究热点.采用低轨导航增强技术体制,利用低轨卫星运动几何变化快的特点,解决GNSS精密单点定位快速收敛问题和性能提升问题,是GNSS高精度定位服务未来发展的重要方向.从全球瞬时高精度服务内涵出发,阐述了天象一号低轨导航增强试验系统的技术体制,包括系统工作模...     

GNSS广域差分改正数估计方法研究

随着我国北斗三号基本系统的正式运行，基于地面监测站的广域差分增强系统成为进一步提升卫星导航定位精度的手段之一。在码噪声多径误差修正（CNMC）的基础上，使用等效钟差方法实现GNSS卫星轨道与钟差误差的解耦，并依据卫星轨道运动的动力学特性，引入希尔差分方程描述卫星轨道误差变化，实现对轨道误差的实时卡尔曼滤波估计。基于GPS实测数据，对改正前后的用户等效测距误差（UERE）和定位精度进行了对比研究。实验结果表明，采用该方法，UERE标准差由改正前的0.456 m减小至0.227 m，降幅达到50.22%；整体水平定位误差（95%置信区间）由0.981 m减小至0.782 m，垂直定位误差（95%置信区间）由1.991 m减小至1.131 m，分别提升了20.29%和43.19%，差分改正效果明显。     

北斗三号系统精密单点定位服务解析与应用

为提高北斗三号系统在高精度应用领域的竞争力,规划并设计了精密单点定位服务.基于精密单点定位服务信号接口控制文件,对北斗三号精密单点定位服务的信号设计进行解析,并提出了一种用户应用算法,最后给出了北斗三号精密单点定位服务的试验验证结果.试验结果表明,北斗三号精密单点定位服务水平定位精度优于0.3m,高程精度优于0.6m,收敛时间小于30min.