时钟偏差辅助的GPS完整性监测算法

对伪距残差最小二乘的接收机自主完整性监测(RAIM)算法进行了分析.在此基础上,通过对接收机时钟偏差的建模,将模型预测的时钟偏差引入伪距残差最小二乘的RAIM算法中,保证了在可见星仅为4颗的情况下,仍能利用χ2检验法对全球定位系统(GPS)进行完整性监测,从而达到提高完整性监测算法有效性的目的.计算机仿真的结果显示,这种辅助方式不仅计算简单,而且有效可行.      

差分改正数的更新率对定位精度的影响分析

介绍了GPS(Global Positioning System)定位的误差来源及差分的具体形式,描述了伪距定位及伪距差分定位的数学模型.分析了差分修正后的用户伪距残差和SA(Selective Availability)信号的关系,并从SA的时间相关特性出发,分析了伪距差分中差分改正数的更新率对定位精度的影响.最后,利用RTCM SC 104格式的电文1进行了不同更新率的实验,得出了具有实践意义的结论.     

GNSS信号模拟器通道群时延标定方法

传统的全球导航卫星系统(GNSS)信号模拟器通道群时延标定方法有相位翻转点法和相关峰法两种,两者均在零伪距或固定伪距的特殊仿真场景下进行测量,且在通道传输特性非理想的情况下测得的群时延均存在偏差.提出了基于闭环伪距测量的模拟器通道群时延标定方法,并设计实现了GNSS信号模拟器通道群时延标定系统.首先,采用高速直接射频采样存储系统对模拟器正常星座动态仿真场景下输出的导航信号和秒脉冲(1 PPS)信号同时进行记录.其次,使用软件接收机对信号进行捕获跟踪,利用三次样条插值判定1 PPS上升沿位置作为伪距观测历元时刻,对软件接收机的伪距观测量和模拟器仿真的伪距记录值做数据比对,得到模拟器的群时延标定值.最后,分别利用上述方法对两种商用模拟器的群时延进行了标定,实验结果表明,闭环伪距测量法有效可行,测量不确定度优于0.7 ns.      

适用于单频GPS用户的周跳探测方法

针对单频GPS(Global Position System)用户的载波相位周跳探测问题,在传统的载波相位和伪距组合方法的基础上提出了一种新的周跳探测方法.该方法将载波相位和码伪距的组合观测量在历元间做差形成差分序列,以此构造实时的周跳探测量,由于该探测量易受观测噪声的影响,因此使用仰角指数模型作为经验模型对于测距噪声进行估计,基于假设检验的方法,通过对该探测量是否超过相应的检测门限来判断是否存在周跳.在实测的GPS观测数据基础上,对这一方法进行了验证,结果表明:相对于传统的周跳探测方法,该方法可以更加及时、准确地发现较小的周跳,对于单频的GPS用户具有较好的适应性.      

射频接收机系统级建模中的噪声谱分析

提出了一种在有限的系统参数下进行射频接收机系统建模时,各子电路噪声参数的分析和计算方法.从噪声功率谱的等效计算出发,给出了加性高斯白噪声通过有噪线性电路的分析方法.以一通信电台为例进行了分析计算,在给定有限的系统参数(信噪比,灵敏度,增益等)下分析出合理的各子电路的噪声参数,并进行建模仿真验证,理论结果与仿真结果较好吻合,表明了分析方法的有效性.该噪声功率谱的等效分析计算方法对射频系统建模有很好的指导作用.      

时标偏差对站间双向时间比对的影响分析

基于站间双向时间比对的基本原理,讨论了时标偏差对站间双向时间比对精度的影响,并利用实测的站间双向测距值,计算比较了存在不同时标偏差情况下站间双向时间比对的结果和精度。结果表明:时标偏差影响体现的是伪距变率项和伪距径向加速度项;当时标偏差不大于1 s时,时标偏差影响主要体现的是伪距变率项;时标偏差符号相反时,对站间双向时间比对结果的影响大小一致,符号相反;时标偏差越大,对站间双向时间比对结果的影响越大。     

基于GPS对地球同步轨道自动转移飞行器进行导航的可行性分析

研究利用GPS对地球同步轨道自动转移飞行器进行导航的方法,分析了飞行器在转移过程中可用的GPS卫星数目,在地心惯性坐标系下建立了惯导误差和GPS的伪距、伪距变率模型,采用渐消因子的自适应卡尔曼滤波对飞行器进行组合导航.仿真结果表明,可用GPS卫星的数目随着飞行器高度的增高而减少,因此无法利用单一历元观测信息直接对飞行器导航.但采用多历元观测信息和动力学模型相结合的滤波方法可对飞行器进行组合导航,当飞行器初始位置偏差为1 km,初始速度偏差为1 m/s,伪距及伪距变率观测均方差分别为10 m和0.05 m/s时,地球同步轨道自动转移飞行器的最终位置偏差小于50 m,速度偏差小于0.02 m/s.      

GPS多径信号建模及接收机测试评估

多径信号误差是GPS(Global Positioning System)及其它卫星导航系统的重要误差源之一,有关多径建模与多径消除技术一直是卫星导航领域的研究热点.根据多径信号特性,推导了对GPS定位精度影响最大的镜面反射多径信号模型.基于这一多径模型,利用GPS软件接收机测试了多径对接收机伪距测量精度的影响.测试结果验证了所建立的多径模型的有效性,所获得的多径误差曲线为窄相关多径抑制技术提供了实验支持.     

基于伪距和观测量的地球同步卫星动力学定轨研究

利用伪距和观测量对同步卫星进行了动力学定轨的研究，给出了伪距和观测量的测量方程和修正方法，采用国内4个监测站的模拟数据进行了仿真计算．结果表明，采用7天弧长伪距和数据进行轨道改进及轨道外推的精度，与5天弧长数据的计算结果相当，但远优于3天数据的计算结果．在观测随机误差为3m时，7天弧长数据定轨精度约为5m，预报7天径向精度优于20m．     

基于经验加速度的低轨卫星轨道预报新方法

研究将定轨过程中的经验加速度应用于地球低轨卫星轨道预报的新方法. 利用GPS伪距观测数据和简化动力学最小二乘批处理方法对地球低轨卫星定 轨, 其中卫星位置、速度及大气阻力系数和辐射光压系数可以直接用于轨道预报. 作为简化动力学最重要特征的经验加速度呈现准周期、余弦曲线特点, 可通过 傅里叶级数拟合建模. 确定性动力学模型与补偿大气阻力模型误差的切向经验 加速度级数拟合模型组成增强型动力学模型用于提高轨道预报精度. 应用 GRACE-A星载GPS伪距观测数据和IGS超快星历定轨并进行轨道预报, 结果表明 轨道预报初值位置精度达到0.2m, 速度精度达到1×10-4m·s-1, 预报3天位置精度优于60m, 比只利用确定性动力学模型进行预报精度平 均提高2.3倍. 先定轨后预报的模式可用在星上自主精确导航系统中.      

Kalman滤波估算电离层延迟的一种优化方法

频间偏差（Inter Frequency Bias，IFB）通常会给电离层延迟的解算带来误差.目前从电离层延迟中消除频间偏差的方法是基于GPS双频观测数据建立垂直电离层模型，利用卡尔曼滤波实时估算电离层模型系数和频间偏差.然而滤波过程中的测量噪声协方差矩阵没有考虑系统观测量之间的相关性，这会导致滤波模型不准确，进而影响最后求解的电离层延迟的准确性.本文选取了美国19个参考站的GPS双频观测数据，利用卡尔曼滤波实时估算电离层模型系数以及频间偏差.在滤波过程中，通过将先验频间偏差的估计方差引入测量噪声方差，实现对测量噪声协方差矩阵的优化.计算结果表明，优化后得到的卫星频间偏差与欧洲定轨中心（Center for Orbit Determination in Europe，CODE）得到的频间偏差更接近.将优化后的电离层延迟代入伪距解算，得到的位置误差的标准差在东向和天顶向分别下降了12.5%和15.4%，天顶向误差平均值下降了17.6%，定位精度得到提高.      

Dual-frequency carrier smoothed code filtering with dynamical ionospheric delay modeling

In GNSS applications, carrier-smoothed-code is a widely used technique to combine code pseudo-range and carrier phase measurements. A dynamical ionospheric delay modeling method is proposed based on Kalman filter and least-squares theory. The level of the process noise is adaptively tuned along with the real-time KF state estimation, based on the online variance component estimation method. Meanwhile, the correlations of the time differenced carrier phase measurements are considered. This approach avoids overly optimistically evaluating the estimate and improves the transient accuracy of the estimates. A real GPS dataset is employed to check the performance of the proposed method under different conditions. The results show that the new algorithm can model the ionospheric delay variation well with different sampling intervals or even in ionospheric abnormal environment. The positioning accuracy can be confirmed, about 21%, 35% and 16% better are obtained in the N, E, and U direction than raw dataset.     

SINS／GPS组合系统的蒙特卡洛仿真

以考虑位置误差相关项的伪距率观测模型，对遥感中使用的SINS/GPS为距、伪距率组合系统进行了蒙特卡洛仿真。结果表明，组合系统的长期位置精度能达到5m以内；GPS数据更新率低于SINS，在GPS测量时间间隔内，组合系统的性能仅由SINS决定，虽然SINS的误差随时间积累，但在GPS测量时间间隔为秒数量级的情况下，即使采用中等精度的惯性的误差随时间积累，但在GPS测量时间间隔为秒数量级的情况下，即使采用中等精度的惯性仪表，其相对位置精度可达到厘米级（这里相对位置精度指组合系统在GPS测量时间间隔内位置误差的变化范围）。     

电离层TEC日落阶段涨落异常增强现象研究

重点报道了一种TEC信距测量的夜间抖动异常现象，分析了这种现象的观测特征，指出了夜间GPS伪距观测是的异常抖动，特别是日落后时段GPS伪距观测量的散开十分严重的乐是个别的偶然现象，在考察了周围环境之后初步排除了这种现象是由周围地物引起的可能性，而进一步与电离层不均匀体（Spread-F)的特征，特别是它发生率最大的地方时进行比较，认为这是一种电离层效应，由大尺度的电离层不规则结构造成的散射很可能是这种夜间散开的主要原因。本文仅就单站GPS观测资料认证了这种夜间强烈抖动的存在，分析了北京上空电离层中发生的不均匀体或各种扰动对GPS信号的可能影响及其观测特征，指出了夜间GPS伪距观测量的异常抖动，特别是日落后时段GPS伪距观测量的散开十分严重的现象，可以用于电离层不规则结构的研究。由于GPS设备比较简便，数据量大，精度高，适用于各种环境等特点，我们发展的单站数据分析方法可能会对研究电离层TEC夜间涨落异常增加现象，包括地域，时间上的统计特性比较有利。     

基于北斗GEO卫星双频观测值连续监测电离层延迟

利用北斗GEO卫星观测数据直接计算电离层延迟。由于GEO卫星具有固定穿刺点和静地的特性,使得观测站监测电离层变化时可不考虑空间变化,并可进行连续不间断监测。通过分析北斗GEO卫星三种频率码伪距和载波相位观测值不同组合,选取B1&B2双频计算电离层延迟为最优组合,采用相位平滑伪距的方法计算电离层延迟TEC,相较其他电离层模型,该方法的优点是不会引入模型误差,可得到连续的高精度的电离层延迟监测结果。     

Precision orbit determination for TOPEX/Poseidon using TDRSS doppler tracking data

Precision orbit determination on the TOPEX/Poseidon (T/P) altimeter satellite is now being routinely achieved with sub-5cm radial and sub-15 cm total positioning accuracy using state-of-the-art modeling with precision tracking provided by a combination of: (a) global Satellite Laser Ranging (SLR) and Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite (DORIS), or (b) the Global Positioning System (GPS) Constellation which provides pseudo-range and carrier phase observations. The geostationary Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS) satellites are providing the operational tracking and communication support for this mission. The TDRSS Doppler data are of high precision (0.3 mm/s nominal noise levels). Unlike other satellite missions supported operationally by TDRSS, T/P has high quality independent tracking which enables absolute orbit accuracy assessments. In addition, the T/P satellite provides extensive geometry for positioning a satellite at geostationary altitude, and thus the TDRSS-T/P data provides an excellent means for determining the TDRS orbits. Arc lengths of 7 and 10 days with varying degrees of T/P spacecraft attitude complexity are studied. Sub-meter T/P total positioning error is achieved when using the TDRSS range-rate data, with radial orbit errors of 10.6 cm and 15.5 cm RMS for the two arcs studied. Current limitations in the TDRSS precision orbit determination capability include mismodeling of numerous TDRSS satellite-specific dynamic and electronic effects, and in the inadequate treatment of the propagation delay and bending arising from the wet troposphere and ionosphere.     

Correction model of BDS satellite-induced code bias and its impact on precise point positioning

There are code biases on the pseudo-range observations of the Beidou Navigation Satellite System (BDS) that range in size from several decimeters to larger than one meter. These biases can be divided into two categories, which are the code biases in the pseudo-range observations of Inclined Geo-Synchronous Orbit (IGSO) satellites and Medium Earth Orbit (MEO) satellites and the code biases in the pseudo-range observations of Geosynchronous Earth Orbit (GEO) satellites. In view of the code bias of the IGSO/MEO satellites, the code bias correction model is established using the weighted least square curve fitting method. After the correction, the code biases of the IGSO and MEO satellites are clearly mitigated. A methodology of correcting GEO code bias is proposed based on the empirical mode decomposition (EMD)-wavelet transform (WT) coupled model. The accuracies of the GEO multipath combination of the B1, B2 and B3 frequencies are improved by 39.9%, 17.9%, and 29.4%, respectively. Based on the corrections above, the ten days observations of three Multi-GNSS Experiment (MGEX) stations are processed. The results indicate that the convergence time of the precise point positioning (PPP) can be improved remarkably by applying a code bias. The mean convergence time can be improved by 14.67% after the IGSO/MEO code bias correction. By applying the GEO code bias, the mean convergence time can be further improved by 17.42%.     

辅助型GPS接收机中伪码相位延时及其不确定度估计算法研究

快速捕获卫星信号是研制辅助型GPS (A-GPS)接收机所必须解决的一项关键技术. 针对A-GPS接收机能从辅助数据中获取有效星历的特点, 本文提出了一种伪码相位延时及其不确定度估计算法. 该算法在对建立的信号发射时刻方程泰勒展开的基础上, 利用辅助信息建立了伪码相位延时及其不确定度估计方程. 分析和仿真表明, 提出的算法能有效压缩剩余卫星伪码相位延时不确定度, 加快A-GPS接收机的捕获速度.      

Preliminary analysis of the quality and positioning performance of BDS-3 global interoperable signal B1C&B2a

BeiDou-3 Navigation Satellite System (BDS-3) satellites are equipped with the new generation GNSS signals B1C and B2a, which support the interoperability with GPS and Galileo systems. In this study, the pseudo-range multipath error and carrier phase observation noise of the BDS-3 B1C and B2a signals were evaluated based on zero baseline measurements from the day of year (DOY) 113 to 116, 2020. Further, the precision and performance of the single point positioning (SPP) and precise point positioning (PPP) are assessed at 9 stations. This assessment manifests that the standard deviations (STDs) of the pseudo-range multipath error are about 0.09 ~ 0.22 m, while STDs of the carrier phase observation noise are about 0.075 mm. For the single-frequency SPP, its positioning precision is about 2.03 ~ 4.85 m and 3.29 ~ 10.73 m at the 99.99% confidence level in horizontal and vertical directions, respectively, while the dual-frequency SPP precision is about 1.92 ~ 8.02 m and 4.81 ~ 12.77 m in horizontal and vertical directions, respectively. For the daily static PPP, the convergence time is about 20 ~ 30 min, while the daily positioning precision can reach 1.38 ~ 4.42 cm and -1.31 ~ 4.34 cm in horizontal and vertical directions, respectively. In general, the quality and the SPP and PPP performance of the BDS-3 B1C&B2a signals are comparable to the GPS and Galileo.