北斗三频载波相位组合与相对定位研究

通过分析北斗二代一期三频载波相位观测量间误差的相关性,提出基于解算不定方程求解特定波长和电离层延迟下噪声最优的线性组合系数;分析了不同类型组合观测量的误差特性,鉴于由不同原始载波相位观测量组成的各种线性组合在模糊度解算、电离层延迟修正等方面的优势,选择了三组宽巷组合作为中长基线模糊度解算的推荐方案。在此基础上,利用北斗三频接收机进行了4次40km范围内的静态基线相对定位试验,分析了北斗三频组合观测在中长基线情况下模糊度固定的效率和相对定位的精度。结果表明,推荐的三组宽巷组合方案至多需要5次测量即可准确固定模糊度;在10km范围内采用北斗单频测量的相对定位精度与采用三频组合测量的精度相当;超过20km之后采用北斗多频消电离层组合的相对定位精度明显高于单频测量,最多能够提高71.4%。     

带有加权基线长约束的GPS/BDS单历元姿态解算算法研究

研究基于GNSS信号的实时载体动态姿态测量算法具有重要意义,多频多模姿态测量算法是目前的研究热点和难点。本文提出一种基于GPS L1/L2和BDS B1三频点观测数据进行联合定姿的新算法,可实现单历元整周模糊度解算,且该算法对周跳不敏感,克服了单频点定姿可靠性差、精度低的缺点。针对多频多模观测时天线相位中心的差异性问题,采用基于加权基线长度约束和上下边界函数的方法实现整周模糊度搜索空间的压缩,提高了整周模糊度解算的效率。最后基于实际测试数据评估定姿精度,实验表明,采用L1/L2/B1三频点联合估计,航向角和俯仰角的精度可达0.1?/m和0.2?/m,比单频观测的精度高约2倍。     

面向低成本GNSS接收机终端的周跳修复策略

载波相位周跳是影响低成本GNSS接收机观测质量的主要因素之一.提出了一种面向低成本GNSS接收机终端的周跳修复策略,通过两种不同观测结果的联合检测以避免时钟和星历突变导致的误修复,并利用载噪比和多项式拟合误差检测载波观测中的无效观测,旨在提升低成本接收机在多径等复杂场景下载波相位观测的可用性.该策略仅使用了单频载波相位和载噪比信息,适用于各类低成本的接收设备.分别在开阔场景和多径场景下使用小米8手机和F9P接收机进行观测试验,结果表明,所有的有效载波相位观测得到了正确修复,仅约0.7％的无效观测被误修复,验证了所提策略的有效性.     

基于值域的多约束GNSS单频单历元定姿新算法

多天线增强了全球卫星导航系统（GNSS）单频单历元姿态测量解算模型的强度,但随着天线数量增加,模糊度维数成倍增加,从模糊度域确定搜索空间的计算量将显著增长。基于此,提出了基于值域的多约束多天线GNSS单频单历元姿态测量新算法：该算法将姿态约束融入值域搜索模型,利用姿态约束条件推导搜索步长,通过姿态域三维搜索确定模糊度搜索空间,以基于最优条件姿态解非迭代近似估计的方法固定模糊度。实验结果表明,新算法中模糊度搜索效率较原方法提高约65.8%,固定模糊度效率较标准迭代算法提高约95.3%,且与标准迭代算法性能相当;所提算法能够实现GNSS单频单历元的模糊度固定和载体全姿态测量,具有较高的正确率。     

基于B1c/B2a/B3I北斗三频实时高采样率动态PPP分析

为了分析北斗三号新信号的三频实时动态PPP定位性能,首先推导了三频两两组合无电离层模型和三频非差非组合模型的观测方程。基于山东建筑大学CORS站观测得到的北斗三号B1c/B2a/B3I三频信号1s采样率数据,使用iGMAS提供的超快速精密星历预报部分,制定了基于B1cB3I-B2aB3I三频无电离层两两组合、B1cB2aB3I三频非差非组合以及用于对比分析的B1cB2a、B1IB3I两种双频无电离层共四种定位方案。然后利用Net_Diff软件进行实时动态PPP实验,对超快速精密轨道和钟差预报部分的精度和稳定度以及实验解算结果进行分析,对比不同定位方案的定位性能。实验分析表明,两种三频定位方案定位性能均优于B1cB2a双频定位方案,定位精度能达到0.462m和0.479m,收敛至分米所需时间能达到45.8min和62.8min;B1IB3I方案定位性能优于两种三频定位方案,定位精度和收敛速度能达到0.228m和6.6min。     

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。     

基于B1c/B2a/B3I北斗三频实时 高采样率动态PPP分析

为了分析北斗三号新信号的三频实时动态PPP定位性能，首先推导了三频两两组合无电离层模型和三频非差非组合模型的观测方程。基于山东建筑大学CORS站观测得到的北斗三号B1c/B2a/B3I三频信号1s采样率数据，使用iGMAS提供的超快速精密星历预报部分，制定了基于B1cB3I-B2aB3I三频无电离层两两组合、B1cB2aB3I三频非差非组合以及用于对比分析的B1cB2a、B1IB3I两种双频无电离层共四种定位方案。然后利用Net_Diff软件进行实时动态PPP实验，对超快速精密轨道和钟差预报部分的精度和稳定度以及实验解算结果进行分析，对比不同定位方案的定位性能。实验分析表明，两种三频定位方案定位性能均优于B1cB2a双频定位方案，定位精度能达到0.462m和0.479m，收敛至分米所需时间能达到45.8min和62.8min；B1IB3I方案定位性能优于两种三频定位方案，定位精度和收敛速度能达到0.228m和6.6min。     

一种适合单频GPS动态求解整周模糊度的方法

对于高精度测量和导航,GPS载波相位整周模糊度的快速求解仍然是一个难点,尤其对于单频接收机。本文提出一种动态快速求解整周模糊度的方法,其基本思想先对系数阵进行QR分解,然后通过矩阵变换使模糊度参数和位置参数分离,从而降低矩阵的维数,满足实时动态求解的要求,最后应用LAMBDA方法搜索模糊度。为验证该算法,我们用单频GPS接收机进行了两种实验(静态和动态),利用本文方法解算,静态误差小于1．5cm,动态误差小于4cm。实验结果表明：对于动态用户,该方法是快速和有效的。该方法可应用于高精度的导航和定位。     

对流层和电离层延迟残差对GPS飞行器定位精度影响

GPS(全球定位系统)飞行器定位中,飞行器起飞后,基准站与移动站的距离和高程差逐渐增大,对流层、电离层延迟残差对定位精度的影响也将越来越大。利用在短基线条件下,用Kalman滤波和LAMBDA(最小二乘模糊度降相关平差法)算法固定整周模糊度,并在随后保持固定。在此基础上研究对流层、电离层延迟残差参数估计对定位精度的影响。算例结果表明,短基线条件时,电离层延迟残差估计将使定位精度变差,高程定位误差小于10cm;中长基线时,电离层延迟残差估计将改善载波相位残差,从而改善定位精度,取得与消电离层组合定位一致的定位精度。而在视场内缺少低仰角卫星时,对流层延迟残差参数估计将使定位精度变差。     

一种GPS整周模糊度的解算方法

初始整周模糊度的求解是利用GPS载波相位进行测量的关键问题,文中提出了一种GPS整周模糊度快速解算方法。该方法：首先,对双差观测方程中指向卫星的方向阵进行QR分解;然后,通过比较估计出的基线长度和真实的基线长度建立起整周模糊度初始搜索范围;最后,综合利用快速剔除不合理模糊度解的检验方法以得到最终的模糊度解。文中对所提出的算法进行了理论推导,并进行了基于实测数据的实验与分析。实验结果表明,该算法计算量小,快速准确,适合整周模糊度的快速动态求解。     

Multipath mitigation method based on Gaussian mixture model in RF relative measurement

Radio Frequency (RF) technology represents a high-precision relative navigation solution that has significant potential for application to earth-orbiting satellites. In precision applications, multipath errors dominate the total error because observables, which are used to estimate carrier-phase integer ambiguity, are not always subject to a Gaussian distribution when dual-frequency ambiguity estimation methods are used in the presence of multipath. As it has been shown that ranging observables obey a Gaussian mixture distribution, this study proposes improvements to the accuracy of estimation based on multipath mitigation founded on the Gaussian mixture model. To this end, such a model is created for integer ambiguity resolution in the presence of multipath, using which the theoretical error in dual-frequency ambiguity estimation is derived. Expectation Maximization (EM), which aids dual-frequency ambiguity estimation, is subsequently proposed to reduce the effect of multipath errors. Finally, two experimental scenarios are implemented to test the performance of the proposed method. The results show that EM-aided dual-frequency ambiguity estimation reduces the range error to approximately 20% in comparison with simple dual-frequency ambiguity estimation. Therefore the proposed technique is effective for multipath mitigation in RF relative measurement.     

HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响

通常使用无电离层(IF)线性组合(LC)消除低地球轨道(LEO)卫星简化动力学精密定轨(POD)一阶电离层延迟误差,忽略了高阶电离层(HOI)延迟误差。随着LEO卫星POD技术的发展,计算不同轨道高度的HOI延迟并探索其变化已成为进一步提高POD精度的重要手段。首先,使用国际参考电离层-2016(IRI-2016)和国际地磁参考场第13代(IGRF-13)模型,计算电离层穿刺点(IPP)位置和地磁场强度。其次,使用平滑星载GNSS数据计算电离层斜路径总电子含量(STEC)。然后,分别计算GOCE、GRACE-A和SWARM-A/B卫星的二阶和三阶电离层延迟。最后,评估了HOI延迟对LEO卫星重叠轨道分析、卫星激光测距(SLR)检核和精密科学轨道(PSO)比较结果的影响。实验结果表明：HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响大约在毫米至厘米的数量级上;HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD外符合精度的影响分别达到0.92,0.22,0.21和0.18 mm;随着LEO卫星轨道高度的增加,HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响减小。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于场景检测的城市环境GNSS/INS组合定位方法研究

城市复杂环境下,采用GNSS/INS组合定位方法能有效提升GNSS信号部分或全部被遮挡情况下的车辆连续定位能力。GNSS信号受遮挡的程度具有随机性和突变性,给GNSS/INS组合算法的架构设计和参数设置带来了挑战。基于此,设计了一套基于场景检测的GNSS/INS组合定位策略与方法,提出了以多星GNSS观测量的八类特征为输入,利用支持向量机分类思想将定位场景分为室外开阔、室外遮挡和室内三种类型,并建立了与之相适应的组合滤波量测误差估计模型,进而实现了GNSS/INS组合定位。实测数据验证表明,提出的方法能够有效提升车辆组合定位精度。     

滑坡灾害GNSS监测技术研究进展与展望

滑坡灾害在我国分布广泛,严重威胁着人民生命财产和重大工程设施的安全,进行滑坡灾害监测是防灾减灾工作的重要环节。全球卫星导航系统(GNSS)因具有全天时、全天候及高精度等技术优势,目前已广泛应用于滑坡灾害的地表三维形变监测中,且在监测理论与技术方法等方面取得了长足进展。首先综述了GNSS监测设备、高精度监测技术和监测结果时间序列处理等方面的研究进展;然后,总结分析了滑坡灾害GNSS监测技术所面临的弱信号低成本接收机研制、遮挡环境下模糊度可靠固定及长基线大高差环境下GNSS大气误差处理等关键问题与挑战;最后,对GNSS滑坡监测应用中的监测设备部署、大范围滑坡监测、多传感器位移融合预测及普适化监测云平台构建4个方面未来的发展趋势进行了展望。