基于广播星历的北斗绝对位置基准建立与精度分析

军事反恐、远洋或偏远地区等区域由于条件受控或受限，无法快速自建基准站网框架，因此难以获取高精度的全球绝对位置基准。基于此，提出了利用广播星历中获取的开普勒轨道参数和钟差参数，联合伪距和载波观测值，对单站多天观测文件和导航文件进行静态序贯最小二乘解算，使其定位精度收敛，进而为该区域提供一个低成本的绝对位置基准。多天连续试验结果表明：1）在静态环境下，BDS广播星历单天解的平面和高程定位精度分别为30.0cm和20.0cm，若延长观测时长至7天左右，可获得收敛解，其平面和高程方向平均精度分别达到9.5cm和14.3cm；2）用超快速星历代替广播星历，则BDS单天解平面和高程精度分别为24.3cm和37.3cm，与广播星历结果相差不大；3）对比BDS和GPS定位结果发现，BDS与GPS定位精度结果基本相当，GPS/BDS组合可显著提升定位精度和稳定性。     

BDS-3 PPP模糊度固定实现及精度评估

精密单点定位(PPP)模糊度固定(AR)能够显著提升精密定位的收敛速度和精度。通过在BDS-2和BDS-3之间添加系统间偏差的方法实现BDS-3的模糊度固定,并基于全球MGEX测站静态、仿动态数据和车载实验数据全面评估了BDS-3模糊度固定的效果。结果表明,相对于浮点解,BDS-3 PPP模糊度固定能够显著提升PPP的精度,在东北天3个方向上静态解算精度提升依次为37.4%、26.2%和20.1%;仿动态解算精度提升依次为38.3%、27.2%和11.1%;车载动态实验BDS-3模糊度固定精度在三维方向上综合提升为40.4%。此外,模糊度固定后,以浮点解稳定后的两倍定位精度为基准,在东北天方向上,静态定位时间提升程度依次为63.5%、64.0%和40.3%;仿动态定位时间提升程度依次为58.7%、56.8%和25.4%;车载实验在三维方向的收敛时间为30.0 min。以上结果证明了所提方法的有效性及BDS-3模糊度固定的性能提升。     

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。     

北斗三频RTK定位算法研究

为了评估北斗三频观测值在短基线RTK应用中的定位性能,采用Kalman滤波模型进行动态环境下北斗三频模糊度固定,经实测数据验证,动态环境下北斗三频RTK只需1个历元即可得到固定解,模糊度成功率较GPS双频和BDS双频分别提高了15.0%和14.1%,验证了我国北斗三频信号在短基线RTK定位中的优越性能。     

GPS/BDS精密单点定位技术在滑坡变形监测中的应用研究

分别探讨了GPS精密单点定位技术、GPS/BDS精密单点定位技术及BDS精密单点定位技术在地形较为陡峭、有部分卫星被遮挡的滑坡体特殊环境中的应用能力。选用四川西山村8个监测站,总时长跨度16个月的观测数据进行试验及分析,结果表明:西山村滑坡体整体正以平均9.2mm/月的速度向南滑动,并伴随着垂向上的整体下沉。精度区间统计结果显示,平均5.93h时长的GPS精密单点定位的解算精度基本能达到较高水平且相对稳定,可以有效监测变形较缓慢的滑坡体。GPS/BDS的解算结果的精度接近于单GPS的水平,但由于BDS的数据可利用率整体上不稳定,拉低了GPS/BDS的解算结果的整体精度,表明了当前的单BDS精密单点定位的精度受地形等外界环境变化的影响更大。利用观测时长及数据的可利用率指标加权处理解算结果,降低了观测质量不高的结果对整体结果的贡献比,提高了定位结果的精度和容错率。     

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。     

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.     

基于多模PPP-AR技术的大气水汽探测性能分析

精密单点定位（precise point positioning，PPP）反演大气可降水量（precipitable water vapor，PWV）具有精度高、实时性强等优点，能够在灾害监测、降雨预报及探测降水信息等方面发挥重要作用。为评估整周模糊度固定模式下PPP-AR（PPP ambiguity resolution）反演PWV的性能，选取全球范围16个MGEX站2022年4个时段的观测数据，采用最终精密星历解算，设置不同星座组合（GPS,BDS-3,GPS+BDS-3,GPS+GLO+GAL+BDS-3）获取对流层延迟（zenith total delay，ZTD）估值，并转换为PWV。从PPP-ZTD与IGS-ZTD的相关性、PPP-ZTD收敛时间、ZTD估值精度和PPP-PWV估值精度4个方面评价多模PPP-AR探测水汽的性能。结果表明，与单（G、C）、双系统（GC）固定解相比，多系统（GREC）固定解获取ZTD估值更加精确，相关系数更高。相较于单、双系统，多系统具有更快的收敛速度，收敛时间分别缩短了27%,25%和20%，多系统固定解与浮点解相比收敛时间缩短11%。此外，对GNSS PPP反演的PWV与探空站PWV（RS-PWV）进行对比，结果表明，WUH2站与HOB2站单、双、多系统固定解、多系统浮点解（float-GREC）的平均均方根误差分别为6.40 mm,6.48 mm,6.19 mm,6.17 mm,6.19 mm和5.82 mm,5.77 mm,5.72 mm,5.62 mm,5.70 mm。多模下得到的PWV估值精度最高，可为高精度的水汽反演提供支持。     

GPS移动基准站差分定位算法

相对导航定位技术在空中加油任务中起着至关重要的引导作用。针对传统差分定位模式受限于基准站位置固定、覆盖范围有限等问题,研究了一种无固定基准站差分定位方案,实现了短基线高精度动态相对定位。该方案首先基于实时伪距单点定位求得移动站近似坐标,结合载波信息进行站间差分,求得单差模糊度浮点解及更高精度的移动站坐标。之后,再利用双差观测方程,并采用扩展Kalman滤波(Extended Kalman Filtering,EKF)算法获得移动站精确坐标和双差模糊度浮点解。最后,采用LAMBDA算法进行模糊度快速固定,获得最终定位结果。实验结果表明,所采用的无固定基准站差分定位方案使得基线长度均方差小于5cm,达到了较高的动态相对定位精度。     

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。     

GPS/BDS/INS tightly coupled integration accuracy improvement using an improved adaptive interacting multiple model with classified measurement update

An Extended Kalman Filter (EKF) is commonly used to fuse raw Global Navigation Satellite System (GNSS) measurements and Inertial Navigation System (INS) derived measurements. However, the Conventional EKF (CEKF) suffers the problem for which the uncertainty of the statistical properties to dynamic and measurement models will degrade the performance. In this research, an Adaptive Interacting Multiple Model (AIMM) filter is developed to enhance performance. The soft-switching property of Interacting Multiple Model (IMM) algorithm allows the adaptation between two levels of process noise, namely lower and upper bounds of the process noise. In particular, the Sage adaptive filtering is applied to adapt the measurement covariance on line. In addition, a classified measurement update strategy is utilized, which updates the pseudorange and Doppler observations sequentially. A field experiment was conducted to validate the proposed algorithm, the pseudorange and Doppler observations from Global Positioning System (GPS) and BeiDou Navigation Satellite System (BDS) were post-processed in differential mode. The results indicate that decimeter-level positioning accuracy is achievable with AIMM for GPS/INS and GPS/BDS/INS configurations, and the position accuracy is improved by 35.8%, 34.3% and 33.9% for north, east and height components, respectively, compared to the CEKF counterpart for GPS/BDS/INS. Degraded performance for BDS/INS is obtained due to the lower precision of BDS pseudorange observations.     

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。     

北斗/GPS双频载波相位单点定位模型及精度分析

针对海洋工程实时米级绝对定位需求,利用双频伪距、载波相位观测量和同时估计接收机位置、接收机钟差和载波相位模糊度,构建了一种双频载波相位实时单点定位方法.亚太区域14个测站试验结果显示:北斗水平和高程定位RMS分别为1.33m和1.81m,GPS为0.60m和0.85m,北斗/GPS组合为0.56m和0.72m;船载动态试验结果显示:北斗水平和高程定位RMS分别为1.40m 和2.46m,GPS为0.69m 和0.90m,北斗/GPS组合为0.65m和0.83m.     

智能手机广域精密定位研究

智能手机作为位置服务的重要载体，由于其天线结构等因素，导致利用手机原始观测值进行定位不能满足高精度定位的需求。针对这一问题，提出了利用广域增强技术，提高手机单频原始观测值实时定位精度的方法。首先，针对手机观测值周跳较为严重的问题，对单频载波相位观测值进行了周跳探测。然后，利用手机观测值获取的伪距、载波相位以及IGS站播发的轨道和钟差改正实现增强定位。实验结果表明，定位精度收敛到1m约需要20min，收敛后水平方向和垂直方向精度分别提高了66.7%和28.9%，平面精度达到1.5m。