基于CNES实时产品的精密单点定位性能评估

实时精密单点定位(PPP)技术是全球卫星导航系统(GNSS)技术发展的重要方向。为进一步推动实时PPP技术的应用,考虑到法国国家空间研究中心(CNES)是全球领先的实时产品播发机构,从轨道和钟差产品精度、观测值偏差(OSB)产品数据可用率和模糊度残差、定位精度及收敛时间等方面,综合分析了CNES实时精密产品的质量及精密单点定位模糊度固定(PPP-AR)的定位性能。同时,提出了利用一次多项式进行拟合推估,解决了短期OSB产品中断的问题。实验结果表明：GPS/Galileo/BDS的轨道和钟差产品精度分别为3 cm,5 cm,13 cm和0.10 ns,0.13 ns,0.34 ns;宽巷模糊度残差在±0.25周以内的百分比分别为97.36%,95.67%,81.05%,而窄巷为88.01%,88.63%,75.38%。与GPS和Galileo相比,BDS的实时产品质量较差,限制了其提供的定位服务。在PPP-AR定位性能方面,与无电离层组合模型相比,非差非组合PPP的性能提升较为显著。GPS和Galileo双系统动态非差非组合PPP-AR定位误差在东、北及天顶方向分别为1.45 cm,1.51 cm,4.16 cm,模糊度固定率约为97%,收敛时间比PPP缩短了37%以上。最后,采用一次多项式模型推估缺失的OSB产品,可提高实时PPP-AR定位的稳定性和可靠性。     

GPS精密单点定位收敛性分析及改善措施

目前卫星定位技术中常用的高精度定位方法主要是相对定位和非差相位精密单点定位。非差相位精密单点定位无法像相对定位那样使用差分方式来消除定位中的某些误差,因而如何对影响定位的各个误差源进行准确地建模修正是提高非差相位精密单点定位精度和收敛速度的关键。本文从非差相位精密单点定位的3个关键环节入手,对影响定位收敛速度的因素进行简要分析,讨论了改善措施,并结合实际数据进行了相关验证。     

基于SSR改正的实时精密单点定位精度分析

通过IGS分析中心实时播发的SSR(State Space Representation)信息修正广播星历轨道和钟差,使用扩展Kalman滤波数据处理方法仿真实时精密单点定位。结果表明:经过实时SSR修正后的广播星历钟差与IGS最终钟差产品相比,精度优于0.15ns。广播星历SSR修正的实时精密单点定位单天解ENU方向RMS优于20cm,其优于超快速预报星历的实时精密单点定位结果,低于基于IGS最终精密星历的动态精密单点定位精度。     

全球精密单点定位性能评估

随着中国北斗三号卫星导航系统（BDS-3）全面建成与开通,北斗卫星导航系统已步入了新发展阶段,基于BDS-3实现全方位、多层次、高精度应用已成为地学研究中一项基本任务。利用全球最新均匀分布的10个MGEX跟踪站,分别从24 h内接收到的卫星数、卫星位置精度因子（PDOP）、卫星数据解算完整率和双频非组合精密单点定位（PPP）静态/动态定位精度等方面系统深入地评估了BDS-3在全球范围内的可用性。结果表明,测站对卫星跟踪能力与配备的接收机类型和区域位置有强相关性,单BDS-3卫星在全球范围内具有较强的连续定位能力,当使用SEPT POLARX5和JAVAD TRE_3接收机的情况下,数据解算完整率可达100%。此外,水平方向和高程方向定位精度分别优于2 cm和3 cm,并且在联合使用BDS-2和BDS-3定位的条件下,可使得静态定位精度在东、北和高程方向进一步提升37.6%,25.3%和38.9%。     

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,...     

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...     

低轨导航星座增强BDS精密单点定位技术验证

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。     

多系统混频非差非组合精密单点定位方法研究

多系统多频精密单点定位(PPP)因具有增加观测冗余信息、提高系统性能可靠性和提升导航性能指标等优势而被广泛研究.非差非组合PPP模型直接使用原始伪距和载波相位观测值,不做任何线性组合,适合多系统多频率的PPP数据解算.目前,各个系统虽已提供3个或更多频率,但除北斗系统外,其余系统无法保证全星座都提供三频信号,使得多系统多频PPP的性能分析多采用多系统双频或单系统三频模型,没有充分利用多系统多频的观测信息.因此,采用多系统混频模型进行非差非组合PPP,该模型的具体表述为北斗三频+GPS双频+GLONASS双频PPP模型,充分利用可用的观测信息,提升了冗余度.利用CUT0、JFNG、NNOR、SIN1这4个测站的观测数据以及MGEX的精密轨道和钟差产品进行仿真实验,实验结果表明,多系统混频非差非组合PPP相较多系统双频非差非组合PPP的平均静态解RMS在东向提高了9.6％,北向相当,天向提高了11％;平均动态解RMS在东向提高了7.3％,北向相当,天向提高了5.7％.     

三轴惯性平台式航空重力仪机载重力测量试验研究

介绍了自主研制的GIPS-1A三轴惯性平台式航空重力仪的组成、工作流程及技术指标,并给出了机载重力测量试验系统的集成方法和数据处理方法.经实际机载航空重力重复线精度测试和试生产测试,重复线内符合精度优于0.6mGal@0.01Hz;与国际上性能优异的GT-2A重力仪相比,重复线符合度好,试生产交叉点总精度相当,且异常形...     

基于惯性辅助的GPS相对定位算法

针对GPS信号易受干扰遮挡以及利用载波相位差分进行相对定位时整周模糊度浮点解精度差、搜索空间大的不足,提出INS辅助的GPS相对定位算法.首先采用INS/GPS深组合方式,实现伪距、伪距率的滤波平滑;然后利用校正后的惯性信息、伪距、载波相位集中滤波得到高精度的浮点解和协方差阵;最后利用LAMBDA算法得到模糊度固定解和相对位置信息.文中使用GPS实测数据和仿真惯导数据进行相对定位试验,结果表明在GPS信号受到短时遮挡时,有惯性辅助和没有惯性辅助相比,东北天3个方向的平均误差分别下降66.45％、82.32％、85.66％;且该算法可改善模糊度指标,压缩整周模糊度搜索空间,提升整周模糊度求解效率.     

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%。     

基于自适应遗传算法的DGPS整周模糊度快速解算

 鉴于遗传算法(GA)所具有的全局搜索特性,也为了更快速准确地解算差分全球定位系统(DGPS)整周模糊度,将自适应遗传算法(AGA)引入DGPS整周模糊度的搜索中。首先根据全球定位系统(GPS)载波相位双差方程求解出双差整周模糊度的浮点解,并以基线长度作为约束条件确定整周模糊度的搜索范围;然后利用白化滤波的方法对整周模糊度进行降相关处理,降低整周模糊度各分量之间的相关性;最后将自适应遗传算法应用在整周模糊度的解算过程中,搜索整周模糊度的最优解。仿真计算结果表明,与LAMBDA算法和简单遗传算法相比,自适应遗传算法能够快速地求解整周模糊度,也具有较好的可靠性和鲁棒性。     

基于改进型UDVT分解的单频整周模糊度快速解算

 基于全球定位系统(GPS)快速定位中观测矩阵的病态性特点和Tikhonov正则化原理,研究了单频整周模糊度快速解算的改进方法.基于奇异值扰动理论,研究了改进型UDVT分解算法,即利用病态观测矩阵构造新的矩阵,然后化为上Hessenberg形式的三对角矩阵,利用移位QR算法得到精确的奇异值,避免了因较小奇异值发生较大抖动而使正则化矩阵出现不稳定的情况;在分析法矩阵病态性特点的基础上,设计了改善正则化矩阵的构造方法.实验结果表明,与传统最小二乘降相关平差(LAMBDA)算法和Tikhonov正则化-LAMBDA法相比,新算法能更有效地改善法矩阵的病态性,只利用3～5个历元即能实现模糊度浮点解的快速解算及其固定,且结果可靠,浮点值更加接近真实值.     

一种改进的模糊度子集选取方法及其性能评估

模糊度固定(ambiguity resolution, AR)能在一定程度上加快精密单点定位收敛并提高定位精度。但是模糊度固定率和计算效率会随模糊度数量的增加而降低,因此部分模糊度固定(partial ambiguity resolution, PAR)备受关注。PAR技术的关键在于模糊度子集选取,提出了一种改进的模糊度子集选取法,将高度角、信噪比以及模糊度方差联合作为模糊度子集选取的指标。实验结果表明：静态模式下,相比于全模糊度固定(full ambiguity resolution, FAR)和基于高度角的PAR方法,该方法的固定率分别提升9.65%和2.56%,首次固定时间分别缩短6.86%和3.43%,收敛时间分别缩短15.57%和5.13%,当三种方法固定率大致相同时,定位精度分别提升4.74%和5.39%;动态模式下,该方法的固定率分别提升22.75%和0.92%,首次固定时间分别缩短12.44%和0.44%,当三种方法固定率大致相同时,定位精度分别提升3.50%和4.89%。总体而言,无论是在静态还是动态模式下,该方法相比于FAR和基于高度角的PAR方法,性能均有所提升。     

压电陶瓷微位移系统的变参数PID闭环控制方法

针对压电陶瓷器件在精密定位控制中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足,本文采用压电陶瓷直接粘贴应变片组成测量电桥作为位置反馈环节,设计了带上下限位的变参数PID闭环控制微位移系统,达到了预期的控制精度和效果.     

GPS载体姿态测量中的LAMBDA方法研究

研究了采用双基线方案测量载体的姿态,利用 GPS载波相位干涉测量基线矢量,引入 LAMBDA法解算整周模糊度,由 CPU时间图可以看出这种方法能快速而准确地解算整周模糊度,对于实时姿态测量(RAD)系统具有很好的应用价值。     

Aiming at a 1-cm Orbit for Low Earth Orbiters: Reduced-Dynamic and Kinematic Precise Orbit Determination

The computation of high-accuracy orbits is a prerequisite for the success of Low Earth Orbiter (LEO) missions such as CHAMP, GRACE and GOCE. The mission objectives of these satellites cannot be reached without computing orbits with an accuracy at the few cm level. Such a level of accuracy might be achieved with the techniques of reduced-dynamic and kinematic precise orbit determination (POD) assuming continuous Satellite-to-Satellite Tracking (SST) by the Global Positioning System (GPS). Both techniques have reached a high level of maturity and have been successfully applied to missions in the past, for example to TOPEX/POSEIDON (T/P), leading to (sub-)decimeter orbit accuracy. New LEO gravity missions are (to be) equipped with advanced GPS receivers promising to provide very high quality SST observations thereby opening the possibility for computing cm-level accuracy orbits. The computation of orbits at this accuracy level does not only require high-quality GPS receivers, but also advanced and demanding observation preprocessing and correction algorithms. Moreover, sophisticated parameter estimation schemes need to be adapted and extended to allow the computation of such orbits. Finally, reliable methods need to be employed for assessing the orbit quality and providing feedback to the different processing steps in the orbit computation process. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.