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％.     

GNSS实时卫星钟差估计在地震监测中的应用

为快速、有效地获取地震发生阶段震源周边地区站点的动态位移,为地震预警系统提供高可靠性的地表形变信息,利用全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)高频观测数据,基于非差估计法对多模GNSS卫星钟差进行实时估计及性能分析,并将其应用于精密单点定位(precise point positioning, PPP)实时计算2021年漾濞M_w6.4地震和玛多M_w 7.4地震的地面动态形变。结果表明,GNSS四系统实时估计卫星钟差的标准差(standard deviation, STD)均值为0.142 ns,其多系统组合PPP动态解的平均标准差在水平方向达到0.5 cm,高程方向达到1.0 cm,计算得到的地震动态位移波形相对GPS单系统更为稳定,而且能够获得较为准确的同震形变。     

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。     

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。     

多模GNSS IFCB产品特点分析及精密单点定位性能评估

随着多模全球卫星导航系统（GNSS）高精度应用需求的日益增长,频间钟偏差（IFCB）问题近年来得到广泛研究。基于2023年年积日（DOY）（130～136）澳大利亚地区18个多模实验跟踪网（MGEX）观测数据的无几何无电离层（GFIF）组合,分别估计了北斗卫星导航系统（BDS）、伽利略卫星导航系统（Galileo）和全球定位系统（GPS）卫星的 IFCB 产品。对比分析了BDS-2,BDS-3,Galileo和GPS卫星的IFCB的特点。评估了相位相关的IFCB（PIFCB）误差对GPS BLOCK IIF卫星超宽巷（EWL）未校准相位硬件延迟（UPD）和非组合（UC）三频精密单点定位（PPP）性能的影响。实验结果表明,PIFCB误差对Galileo卫星的影响最小,对GPS BLOCK IIF卫星的影响最大;对BDS-3卫星的影响低于BDS-2卫星;不同信号频率对IFCB产品的估计结果会产生一定的影响。实验结果进一步表明,IFCB产品可以显著提高GPS BLOCK IIF卫星EWL UPD的稳定性和UC三频PPP的定位性能。EWL UPD的平均标准差（STD）从0.064周减小到0.021周,提高了67.2%。UC三频PPP在东（E）、北（N）、天顶（U）三方向分别从4.63 cm,3.04 cm和8.76 cm减小到3.08 cm,2.00 cm和5.85 cm,平均定位精度分别提高了31.5%,34.2%和33.2%。收敛时间小于20 min的比例从66.3%提高到71.8%,提高了5.5%。平均收敛时间从21.13 min缩短到17.24 min,减少了18.4%。     

GNSS卫星钟差估计与结果分析

探讨了GNSS卫星钟差估计的基本原理、处理方法及数据处理中的一些关键技术,利用全球56个IGS跟踪站的观测数据进行钟差估计,比较分析了钟差产品的精度与定位性能。以GPS系统解算结果为例,其钟差产品与IGS最终精密卫星钟差符合较好,精度优于0.04ns(约0.012m),多系统钟差解算结果互差优于亚纳秒级。基于钟差产品进行精密单点定位解算试验,试验结果表明,在定位收敛之后,静态PPP在东、北、天3个方向上精度为0.0582m、0.0466m、0.1188m;动态PPP在东、北、天3个方向上精度为0.0671m、0.0640m、0.3200m。定位结果与IGS最终精密钟差解算结果符合较好,表明两者之间差异较小,进一步验证了解算得到的卫星钟差产品的定位性能。     

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。     

顾及轨道误差的GNSS卫星钟差实时估计策略优化

为提高GNSS卫星钟差实时估计精度，针对GNSS各卫星系统的轨道差异，分析各系统卫星轨道误差对钟差估计的影响，基于距离函数线性化二阶残余项的思想，提出了一种顾及轨道误差的权函数模型，以优化实时卫星钟差估计策略。利用全球均匀分布的IGS和iGMAS跟踪站的实时观测数据进行实验，并与GBM的事后精密钟差进行对比分析。结果表明： GPS精度提高率为6.47%，BDS精度提高率为6.46%，GLONASS精度提高率为7.42%，Galileo精度提高率为7.62%。     

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。     

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.     

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。     

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。     

附加双差模糊度网解约束的GNSS相位延迟估计

针对现有相位延迟估计方法未利用双差模糊度网解约束的特点,提出了一种附加双差模糊度网解约束的相位延迟估计方法。首先以整周双差模糊度网解为真值更新精密单点定位(PPP)估计的非差浮点模糊度,再通过网平差法估计未校正相位延迟(UPD)。实验结果表明,PPP双差模糊度与双差模糊度网解一致性好,其宽、窄巷中误差分别为0.07周和0.11周,误差大于1周的PPP双差模糊度主要出现在卫星初升阶段。约束改变了非差浮点模糊度,从而改变了参与UPD网平差的测站,使14%新升起卫星的窄巷UPD在短时间内较无约束有大于0.2周的差异。附加约束/无约束的全天星间单差UPD差异在大于99.9%的置信水平下满足零均值假设,表明整周双差模糊度网解约束方法与无约束方法估计UPD相关产品具有等效性。研究结果可为参考网非差模糊度解算和PPP与网络实时动态定位(RTK)的融合工作提供参考。     

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%。     

全球卫星导航系统兼容性分析方法研究

根据全球卫星导航系统信号捕获、载波跟踪和数据解调的原理,优化了等效载波功率与噪声密度比模型。针对有多普勒频率时的情况,提出了C/A码自干扰时的捕获-频谱隔离系数。结果显示,随着多普勒频率的变化,频谱隔离系数有着明显的变化。通过对仿真结果的分析,验证了模型的有效性,也为后续卫星导航信号的优化设计提供了支持。     

Real-time modular dynamic modeling for compression system of altitude ground test facilities

Modeling of a centrifugal compressor is of great significance to surge characteristics and fluid dynamics in the Altitude Ground Test Facilities (AGTF). Real-time Modular Dynamic System Greitzer (MDSG) modeling for dynamic response and simulation of the compression system is introduced. The centrifugal compressor, pipeline network, and valve are divided into pressure output type and mass flow output type for module modeling, and the two types of components alternate when the system is established. The pressure loss and thermodynamics of the system are considered. An air supply compression system of AGTF is modeled and simulated by the MDSG model. The simulation results of mass flow, pressure, and temperature are compared with the experimental results, and the error is less than 5%, which demonstrates the reliability, practicability, and universality of the MDSG model.     

Highly reliable relative navigation for multi-UAV formation flight in urban environments

Formation flight of multiple Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is expected to bring significant benefits to a wide range of applications. Accurate and reliable relative position information is a prerequisite to safely maintain a fairly close distance between UAVs and to achieve inner-system collision avoidance. However, Global Navigation Satellite System (GNSS) measurements are vulnerable to erroneous signals in urban canyons, which could potentially lead to catastrophic consequences. Accordingly, on the basis of performing relative positioning with double differenced pseudoranges, this paper develops an integrity monitoring framework to improve navigation integrity (a measure of reliability) in urban environments. On the one hand, this framework includes a fault detection and exclusion scheme to protect against measurement faults. To accommodate urban scenarios, spatial dependence in the faults are taken into consideration by this scheme. On the other hand, relative protection level is rigorously derived to describe the probabilistic error bound of the navigation output. This indicator can be used to evaluate collision risk and to warn collision danger in real time. The proposed algorithms are validated by both simulations and flight experiments. Simulation results quantitatively reveal the sensitivity of navigation performance to receiver configurations and environmental conditions. And experimental results suggest high efficiency and effectiveness of the new integrity monitoring framework.     

Analytical long-term evolution and perturbation compensation models for BeiDou MEO satellites

The current paper establishes the analytical models of the long-term evolution and perturbation compensation strategy for Medium Earth Orbits(MEO)shallow-resonant navigation constellation,with application to the Chinese Bei Dou Navigation Satellite System(BDS).The long-term perturbation model for the relative motion is developed based on the Hamiltonian model,and the long-term evolution law is analyzed.The relationship between the control boundary of the constellation and the offset of the orbital elements is analyzed,and a general analytical method for calculating the offset of the orbit elements is proposed.The analytical model is further improved when the luni-solar perturbations are included.The long-term evolutions of the BDS MEO constellation within 10 years are illustrated,and the effectiveness of the proposed analytical perturbation compensation calculation approach is compared with the traditional numerical results.We found the fundamental reason for the nonlinear variations of the relative longitude of ascending node and the mean argument of latitude is the long-periodic variations of the orbital inclination due to the luni-solar perturbations.The proposed analytical approach can avoid the numerical iterations,and reveal the essential relationship between the orbital element offsets and the secular drifts of the constellation configuration.Moreover,there is no need for maintaining the BDS MEO constellation within 10 years while using the perturbation compensation method.