北斗单点定位的误差补偿方法

北斗是我国自主研制的卫星导航定位系统,当前北斗的单点定位精度优于10m。为提高该系统的定位精度,必须对由其误差源引起的定位误差进行修正。基于对北斗卫星导航系统的组成、定位算法及定位误差的认识,对导航系统定位中星历误差、电离层误差和对流层误差进行了深入分析,提出了减小星历误差的曲面模型、减小电离层误差的双频组合消电离层模型和减小对流层误差的高精度区域融合模型的单点定位误差补偿方法,并应用Matlab软件对修正模型方法进行仿真计算。对比修正前后的定位结果,修正后的定位误差更小,证明了所提出的修正模型是可行的。     

基于北斗三号PPP-B2b轨道的实时精密共视时间传递

面向精密可靠的远程时间传递需求,提出一种基于北斗三号PPP-B2b轨道的实时精密共视时间传递方法。该方法利用北斗三号精密单点定位(precise point positioning,PPP)服务提供的精密轨道改正数,根据实时载波相位单差技术估算异地接收机的相对钟差,实现高精度时间传递。基于中国及周边地区6个跟踪站连续多天的北斗三号系统观测数据开展试验,验证了该时间传递方法的性能。试验结果表明:零基线时间传递结果的标准差优于0.03 ns。与事后PPP时间传递相比,长基线时间传递结果差值的标准差优于0.3 ns,时间传递天边界连续性更好。基于北斗三号PPP-B2b轨道的实时精密共视时间传递方法,不依赖精密卫星钟差,能实现亚纳秒量级的时间传递精度,具有易于实现、连续性好的优势。试验结果可为北斗精密时间服务提供一定的参考。     

几种电离层模型折射修正效果检验

航天工程任务对航天器外弹道测量数据的精度需求不断提高,电离层折射误差已成为影响航天高精度测量的主要误差源之一。目前国际上基于多种观测数据建立了多种电离层模型,由于模型使用的数据和算法不同而有不同的修正精度。通过分析国内外常用的Klobuchar(克罗布歇)模型、国际参考电离层模型和中国参考电离层模型的特点,利用3个电离层模型对S频段多颗在轨卫星50多跟踪圈次的实测外测数据进行修正,以星载GPS(Global Positioning System,全球定位系统)数据获取的精密星历经过坐标变换、测站与卫星的几何关系计算可得到测站到卫星的距离,将其作为标准值,采用微波辐射计修正对流层折射误差后对3个电离层模型的修正结果进行比较检验,结果表明中国参考电离层模型在中国区域的修正结果优于其他2个模型,可为航天测控实时修正提供参考。     

基于BDS-2/BDS-3联合处理的北斗超快速钟差预报优化策略

针对北斗卫星导航系统(BDS)钟差预报产品无法满足高精度快速服务需求的现状，提出了一种基于BDS-2/BDS-3联合估计的超快速卫星钟差预报优化策略。区别于传统两步法预报模型，利用稀疏建模方法一步求解所有模型项，并通过BDS-2/BDS-3星间相关性实现了模型系数解的增强；为进一步降低模型残差的影响，基于残差序列时空相关性，利用半变异函数重构了模型估计的权阵。为验证提出的钟差预报模型，设计了12套对比方案，实验结果表明：基于稀疏建模的钟差模型参数一步估计可略微提高钟差预报精度；通过引入星间相关性对随机模型进行精化，钟差序列一步建模可分别将BDS-2与BDS-3卫星钟差18h预报精度提升28.6%与27.2%；基于半变异函数建模的模型残差相关性提取，可实现BDS-2与BDS-3预报钟差精度8.0%与11.1%的提升。因此，提出的优化策略对当前北斗超快速卫星钟差预报产品精化具有重要意义。     

北斗星基增强电离层模型精度评估与分析

针对如何有效地对北斗星基增强系统(SBAS)电离层在模型精度、模型时效性等方面进行综合评估,提出了一种修正的CODE格网模型,通过增加国内陆态网监测站观测数据,提升了CODE格网模型精度。以此模型为基准,利用2020年近一个月的数据分析了北斗区域格网电离层模型和北斗SBAS电离层模型的延迟误差、改正比例的变化以及在全球的覆盖范围,并从全球不同纬度带比较了北斗基本导航和星基增强电离层模型的精度。结果表明修正的CODE模型精度符合评估要求,且与我国电离层实际变化情况更吻合,北斗区域格网电离层模型和北斗SBAS电离层模型精度相当,优于0.3m,改正比例均优于80%,但北斗SBAS电离层模型覆盖范围明显更大。     

基于3σ法的卫星共视时间传递算法设计

卫星共视算法作为高精度时间传递技术之一,具有设备简单、成本低廉和可连续运行等优点.在详细分析卫星共视时间传递设备中的数据工作过程的基础上,提出了利用莱特准则对数据进行处理,以解决由模型所带来的残差问题,同时减轻系统数据处理的负担.通过对实测数据的验证,该算法简单实用,大大减低了站间钟差的均方根值,提高了时间比对精度.     

北斗星基增强电离层模型精度评估与分析

针对如何有效地对北斗星基增强系统(SBAS)电离层在模型精度、模型时效性等方面进行综合评估,提出了一种修正的CODE格网模型,通过增加国内陆态网监测站观测数据,提升了CODE格网模型精度。以此模型为基准,利用2020年近一个月的数据分析了北斗区域格网电离层模型和北斗SBAS电离层模型的延迟误差、改正比例的变化以及在全球的覆盖范围,并从全球不同纬度带比较了北斗基本导航和星基增强电离层模型的精度。结果表明：修正的CODE模型精度符合评估要求,且与我国电离层实际变化情况更吻合,北斗区域格网电离层模型和北斗SBAS电离层模型精度相当,优于0.3m,改正比例均优于80%,但北斗SBAS电离层模型覆盖范围明显更大。     

基于伪距观测的SINS/北斗紧耦合方法

针对现阶段北斗卫星导航系统的星座布局与GPS 有较大不同的现实,提出 了一种基于北斗伪距观测量的SINS/北斗紧耦合方法。首先,模拟了北斗卫星导航系统 5GEO+5IGSO+4MEO 的星座,之后利用模拟的北斗星座以及SINS 输出进行了仿真。仿真 结果表明,在当前北斗星座布局下,在我国东部某地区可见卫星数目大部分时候为7～ 8 颗,紧耦合方法的位置精度优于10m,速度精度优于0.05m/s,北斗钟差估计精度优于 10ns,钟漂估计精度优于1×10-10。     

中国科学院国家授时中心“高精度时间传递与精密测定轨”研究室简介

正研究方向和平台:主要研究高精度时间频率传递与精密测定轨技术,以及相关的科学问题。具体包括:1)双向卫星时间频率传递(TWSTFT)与转发式测定轨。研制了国内多站分布的双向卫星时间传递与转发式测定轨系统平台,开展双向卫星时间频率传递技术研究,开展卫星转发式测定轨技术(ODTT)研究;2)北斗/GNSS精密测定轨与时间服务。研制了国际GNSS监测评估系统(iGMAS)国内跟踪网、数据中心和分析中心平台,开展北斗/GNSS卫星及低轨卫星精密轨道与钟差确定、电离层延迟和对流层延迟解算建模、GNSS卫星精密定位授时与时间频率传递等技术研究,以及日长变化和极移等相关科学研究;     

双向比对高精度物理时间同步方法

提出一种面向未来卫星在轨应用的闭环物理高精度时间同步方法。比较了所提方法与其他时间同步方法的区别与优势，建立了远程系统时间同步基本模型与误差传递模型，基于双向测距和时间传递技术分析了高精度钟差获取原理，给出了时钟调整环路的时域频域参数依赖关系。完成了高精度时间同步地面试验系统构建，测试了开环非调钟状态下钟差测量精度误差、闭环调钟状态下时间同步准确度误差以及长时运行情况下的时间同步监测结果。测试结果表明，该方法能够实现优于1 ns量级的时间同步，为高精度时间同步技术研究提供了新的途径。     

GPS/BDS组合定位精度分析

随着定位技术的不断发展及多系统导航定位技术的逐步推广，多系统组合导航定位已经成为了GNSS导航定位领域中的主要发展趋势。主要阐述了GPS/BDS组合相对定位的观测方程和数学模型，并根据实测数据对比分析，从卫星可见性、精度因子、定位精度和均方根误差等方面对GPS、BDS及GPS/BDS组合定位系统的定位性能、定位精度进行了比较。研究结果表明，较单一的GPS和BDS系统定位，采用GPS/BDS组合定位可有效提高卫星可见数目和DOP值，且稳定性更好。GPS/BDS组合定位的定位精度也明显优于单一系统，这对GNSS高精度导航定位具有重要的参考价值。     

卫星授时与时间传递技术进展

近年来,卫星导航技术发展迅速.卫星导航系统以精密时间测量技术为基础,实现了伪距测量,进而实现定位.同时,卫星导航系统还提供了高精度授时功能.综述了卫星导航系统的授时和时间频率传递技术、基于通信卫星的授时技术以及双向卫星时间频率传递(TWSTFT)技术等.随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的建成和提供服务,BDS授时应用研究正在快速发展.基于BDS/GNSS多系统的精密单点定位(PPP)时间传递技术已成为重点研究方向,未来将会应用于国际时间比对.同时,随着卫星通信技术尤其是低轨通信卫星技术的快速发展,低轨通信卫星授时会成为一个有潜力的研究方向.     

北斗高精度高可信PPP-RTK服务基本框架

北斗高精度高可信定位是实现无人系统自动驾驶的重要基础。近年来发展的实时动态精密单点定位（PPP-RTK）技术，融合了网络RTK和PPP的技术优势，逐渐成为学术和工业界关注的焦点。PPP-RTK以状态域改正信息为核心，可同时提供精准可信的时空信息服务，因而获得了自动驾驶等高生命安全领域应用的一致青睐。然而，目前国内外对PPP-RTK技术的研究主要聚焦于高精度技术，在高可信方面尚未形成可行的理论基础和服务框架。针对此，以PPP-RTK高精度定位理论体系为基础，探讨了北斗/GNSS PPP-RTK高精度高可信服务的用户需求、基本概念、理论方法与技术框架，同时给出了部分关键技术的代表性解决思路，为北斗/GNSS高精度高可信PPP-RTK技术体系和服务架构的建立奠定基础。     

基于RTS滤波的GPS+BDS非差非组合PPP/INS紧组合模型

GPS高精度定位技术在动态复杂环境中,其定位精度、可靠性和连续性因卫星信号频繁失锁而变差。为此,提出了采用基于RTS滤波(Rauch-Tung-Striebel Filter)的GPS+BDS非差非组合PPP(Precise Point Positioning)与INS(Inertial Navigation System)紧组合模型的策略来克服GPS在动态定位中的弱点。其中,采用GPS+BDS双系统观测数据,可提高PPP解算中的可用卫星数,改善星站间定位几何强度和提高PPP收敛速度;采用PPP/INS紧组合,利用INS的自主定位特性和短期高精度特性,可有效改善复杂环境下的定位精度和连续性;采用RTS滤波,可进一步提高PPP/INS紧组合性能。首先推导了GPS+BDS非差非组合函数模型、PPP/INS紧组合函数模型和RTS滤波函数模型,然后利用一组车载动态数据,对动态GPS PPP、GPS+BDS PPP、GPS/INS紧组合、GPS+BDS PPP/INS紧组合和基于RTS的GPS+BDS PPP/IMU紧组合的定位、测速和定姿性能进行分析。实验结果表明,该方案可有效提高定位(58%～72%)、测速(74%～82%)和定姿(4%～23%)精度,特别是对卫星失锁期间的定位性能改善尤为明显。     

北斗实时精密轨道和钟差产品解算策略及精度评定

随着北斗卫星导航系统全球星座部署即将完成，其应用领域不断扩大，实时精密服务性能受到了极大关注。基于动力学精密定轨方法，设计了北斗卫星实时轨道、钟差算法流程和解算策略。利用不同频点信号，分别计算了BDS-2和BDS-3卫星的实时精密轨道和钟差，建立了完整的轨道和钟差精度评定方法，重点对解算的实时产品的精度进行了评定。结果表明：BDS-2和BDS-3实时精密轨道和钟差产品精度均可满足大部分实时用户的需求。对于B1IB3I频点，BDS-3 MEO卫星的实时轨道精度约为26cm，径向精度约为6cm，实时钟差精度约为0.45ns，且相较于BDS-2，性能更加稳定；对于B1CB2a频点，BDS-3 MEO卫星的实时轨道精度优于20cm，精度和稳定性较高。     

北斗空间信号误差统计特征及描述方法研究

通过对比北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)广播星历与事后精密星历,提取了轨道和卫星时钟误差。基于北斗轨道误差及北斗卫星时钟误差统计特征分析,构建区别于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的BDS空间信号用户测距误差(Signal-In-Space User Range Error,SISRE)描述方法,对BDS广播星历中用户测距精度(User Range Accuracy,URA)进行了验证。6个月的北斗数据测试结果表明,北斗GEO、IGSO和MEO卫星的URA分别为3.0m、1.9m和1.6m。     

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。     

多模多频卫星导航系统码偏差统一定义与处理方法

精确处理和修正观测量偏差（OSB）是有效发挥多模多频优势,提升GNSS服务和应用效能的前提和基础，已成为国内外卫星导航高精度定位领域研究的热点问题之一。国际GNSS服务组织（IGS）和国际大地测量协会（IAG）专门成立了工作组推动相关工作。然而，目前有关观测量偏差处理的方法仍存在着定义不统一、求解不严密、使用不便捷等突出问题，给实时高精度定位应用带来诸多不利因素。针对此，首先阐述了中国科学院（CAS）电离层分析中心码偏差产品的定义、估计策略和使用方法，然后给出了部分精度评估和分析。结果表明：CAS、CODE和DLR发布的码偏差参数一致性优于0.30ns，CAS码偏差月稳定性优于0.15ns。相关工作对于推动多模多频GNSS在电离层监测、高精度定位和授时定时等领域的应用具有重要参考价值。     

基于参考站误差估计的GNSS区域增强技术

研究了应用于民航航路、铁路、内河水运等领域的分布式卫星导航区域增强系统的定位方法,分析了参考站误差、单参考站电离层和对流层误差,提出了一种基于参考站误差估计的多站差分GNSS区域增强技术。仿真结果表明,该方法可减小参考站误差对多站差分的影响,解决现有技术中单差分系统用户与地面站的距离增加定位误差增大的问题,并增加了定位精度,同时提高了系统的可靠性和覆盖效率。     

原子钟性能对卫星导航系统定位精度的影响分析

星载原子钟是卫星导航系统的关键设备,原子钟主要通过影响卫星钟差对定位精度产生影响,分析了GNSS星载原子钟性能对定位精度的影响.通过原理分析,建立了原子钟稳定度与卫星导航系统定位精度的关系.在不考虑控制段对星钟校准误差的前提下,将原子钟噪声与星上工作环境因素作为主要因素,分析了GPS-IIF铷钟和铯钟对钟差/定位误差的影响,并给出了分析结果.最后,利用iGMAS提供的钟差产品数据,对比了北斗和GPS部分原子钟的稳定度及其对定位精度的影响,为后续星载原子钟的发展与选择提供了一定参考.