不同尺度范围的监测网对星基增强服务性能的影响分析

区域监测站提供的星基增强完好性监测服务在民用航空等生命安全领域发挥着重要作用。为了分析利用不同尺度监测网估计的完好性信息对用户服务性能影响,使用等效钟差方法分别实现三种不同尺度的监测网完好性参数估计,并进行增强定位验证。从增强卫星数目、用户测距误差、定位精度和保护级包络特性方面研究不同尺度的监测网对用户服务性能评估的影响,结果表明:与小尺度和中等尺度区域相比,大尺度区域增强卫星数目分别增加了50.7%、33.7%。与广播星历伪距单点定位相比,基于小、中等和大尺度区域监测网估计的改正数增强定位在水平方向定位精度分别提升了33.08%、33.59%和32.54%,垂直方向定位精度分别提升了36.56%、41.07%和43.86%。三种尺度估计的平均用户测距误差均优于0.3 m,保护级水平对定位误差的包络均能达到95%。研究成果可为区域星基增强监测网的选择提供理论支撑和应用依据。     

Sigma-mean monitoring for the local area augmentation of GPS

The local area augmentation system (LAAS) is a ground-based differential GPS system being developed to support aircraft precision approach and landing navigation with guaranteed integrity. To quantitatively appraise navigation integrity, an aircraft computes vertical and lateral protection levels using the standard deviation of pseudo-range correction errors, /spl sigma//sub pr/spl I.bar/gnd/, broadcast by the LAAS ground facility (LGF). Thus, one significant integrity risk is that the true standard deviation (sigma) of the pseudo-range correction error distribution may grow to exceed the broadcast correction error sigma or that the true mean of the correction error distribution becomes excessive during LAAS operation. This event may occur due to unexpected anomalies of GPS measurements. To insure that the true error distribution is bounded by a zero-mean Gaussian distribution with the broadcast sigma value, real-time sigma and mean monitoring is necessary. Both direct estimation and cumulative sum (CUSUM) methods are useful to detect violations with acceptable residual integrity risk. For sigma monitoring, the estimation method more rapidly detects small violations of /spl sigma//sub pr/spl I.bar/gnd/ but the fast initial response (FIR) CUSUM variant more promptly detects significant violations that would pose a larger threat to user integrity. For the purposes of mean monitoring, the FIR CUSUM variant is superior to the estimation method in detecting any mean violations. The results demonstrate that real-time protection is achievable against all sizes of sigma/mean failures that can threaten navigation integrity.     

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%。     

GNSS用户端自主完好性监测研究综述

随着全球卫星导航系统的快速发展,对航空安全提出了挑战,完好性监测问题愈发凸显,用户端自主完好性监测(RAIM)是研究的重点之一。针对RAIM问题,首先介绍了所需导航性能的4个重要参数:精度、完好性、可用性和连续性。从单卫星故障下的RAIM、多卫星故障下的RAIM、高斯噪声下的RAIM 3个方面,综述了国内外相关的重要研究,主要涉及了3个层次内容:算法、计算保护限值和可用性,并指出了目前研究存在的不足。其次介绍了近期研究的新趋势与取得的成果。最后,展望了未来的研究方向。     

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%。     

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。     

北斗空间信号误差统计特征及描述方法研究

通过对比北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)广播星历与事后精密星历,提取了轨道和卫星时钟误差。基于北斗轨道误差及北斗卫星时钟误差统计特征分析,构建区别于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的BDS空间信号用户测距误差(Signal-In-Space User Range Error,SISRE)描述方法,对BDS广播星历中用户测距精度(User Range Accuracy,URA)进行了验证。6个月的北斗数据测试结果表明,北斗GEO、IGSO和MEO卫星的URA分别为3.0m、1.9m和1.6m。     

双轴转台误差对IMU标定精度的影响分析

转台误差影响惯性测量组件标定精度,从某种意义上讲,标定的精度就直接决定惯性器件的使用精度。研究双轴转台水平误差及非正交误差对标定结果的影响。首先,建立标定模型以及转台误差模型,通过余弦矩阵将转台误差引入标定模型中,从理论上分析了转台误差对加速度计及陀螺标定精度的影响,最后进行了仿真分析。分析表明：转台水平误差对加速度计及陀螺的标定系数的影响较小,可以忽略;而转台非正交误差对加速度计和陀螺标定影响较大,特别对加速度计和陀螺安装误差系数影响较大,能够导致同量级的误差。     

跑道拼接工程对道面的影响

以虹桥国际机场飞行区扩建工程为依托,通过对拼接区域进行跑道表面沉降及周边土体竖向位移、水平位移、孔隙水压力和地下水位等项目的监测．对新建联络道与既有跑道的拼接工程不停航施工对跑道道面性能的影响进行全面监测与分析。监测结果表明,拼接工程引起的道面沉降量较小,超过60％的测点竖向位移小于3mm;拼接工程对周边土体地下水位没有影响：拼接工程会引起周边土体产生超孔隙水压力。最大可达到正常孔隙水压力的2倍,工后1年基本消散;拼接工程会引起周边土体产生竖向和水平向位移．影响程度随深度增加而减少,影响深度不超过7m。研究表明,通过采取合适的施工方案及必要的防范措施．拼接段施工不会影响跑道的正常使用。     

Forward error correction for radiobeacon broadcast of differentialGPS data

Marine radiobeacon networks are being used to broadcast differential Global Positioning System (DGPS) corrections to marine users. The correction data digitally modulate signals from some of the existing marine radiobeacons, which operate in the 285 to 325 kHz band, creating DGPS/radiobeacons. The corrections improve the accuracy of the GPS fix from 100 m to 5-10 m, and provide position fixing service for many marine applications which are too demanding for the normal GPS service. Forward error correction can be used to improve the reliability or range of the DGPS/radiobeacon signal. The improvements made possible by channel coding are analyzed, and a code for DGPS/radiobeacons is recommended     

Differential GPS/inertial navigation approach/landing flight testresults

In November 1990, a differential GPS/inertial flight test was conducted to acquire a system performance database and demonstrate automatic landing using an integrated differential GPS/INS with barometric and radar altimeters. Flight test results obtained from postflight data analysis are presented. These results include characteristics of DGPS/inertial error, using a laser tracker as a reference. In addition, data are provided on the magnitude of the differential correlations and vertical channel performance with and without radar altimeter augmentation. Flight test results show one sigma DGPS/inertial horizontal errors of 9 ft and one sigma DGPS inertial vertical errors of 15 ft. Without selective availability effects, the differential corrections are less than 10 ft and are dominated by receiver unique errors over the time period of an approach. Therefore, the one sigma performance of the autonomous GPS (8-ft horizontal and 20-ft vertical) is very similar to the DGPS/inertial performance. Postprocessed results also demonstrate significant improvements in vertical channel performance when GPS/inertial is aided with radar altimeter along with a low-resolution terrain map     

天线整流罩对GNSS观测值与定位精度影响研究

当前大部分城市为保护卫星连续运行参考站(CORS)系统基准站天线安装了整流罩,但天线整流罩对观测值以及基准站坐标影响的研究仍显不足。为解决基于广州CORS(GZCORS)的网络RTK高程测量存在较大偏差的问题,基于2016—2021年观测站数据,以及拆除基准站天线罩前后的观测数据质量与定位效果相关分析,对天线整流罩对GNSS观测值与高程定位精度的影响进行了深入探究,并分别进行了静态仿动态和城市车载动态定位测试验证。研究结果显示,天线整流罩在一定程度上会增加原始观测值的多路径效应影响,降低约10%的数据可用率,并对基准站高程定位结果产生1～14 cm的系统性偏差,进而影响用户RTK高程定位效果。定位结果显示,拆除基准站天线罩后,基于GZCORS的RTK水平定位均方根误差(RMS)为1 cm左右,高程定位精度RMS为2 cm左右;城市场景下车辆动态定位精度RMS为15～20 cm,满足车道级定位性能。     

北斗星基增强系统双频多星座服务覆盖范围评估

双频多星座(DFMC)服务已成为星基增强系统(SBAS)未来能力提升的重要方向之一,相关国际标准也将在2023年11月正式发布。北斗星基增强系统(BDSBAS)是全球范围内唯一持续播发DFMC增强服务测试信号的星基增强系统。在详细介绍SBAS DFMC服务可用性和保护级计算方法的基础上,利用实测的BDSBAS B2a增强电文对BDSBAS DFMC增强服务的一类垂向引导进近(APV-Ⅰ)/垂向导航信标性能(LPV)和决断高度200英尺垂向导航信标性能(LPV-200)等级的服务覆盖率进行了初步评估。评估结果表明,当前BDSBAS DFMC增强服务能够实现对中国及周边广大区域的服务覆盖,且双系统(BeiDou navigation satellite system和global positioning system, BDS+GPS)增强服务的APV-Ⅰ和LPV-200等级99%可用性覆盖率比单系统(BDS)增强服务的覆盖率分别提升16%和32%。     

提高LAAS空间信号可用性的完好性监测新膨胀算法

局域增强系统(LAAS)地面主控站(LGF)广播的差分修正量所包含的非零均值高斯误差和非高斯误差对系统的可用性造成较大的威胁.为此,提出一种均值膨胀和非高斯膨胀相结合的算法以改进传统的sigma膨胀算法.通过恰当地选取各膨胀系数,采用改进算法可在满足各类型误差尾部覆盖的同时,还可有效提高系统的可用性水平.计算机仿真结果...     

Highly accurate, noncoherent technique for spacecraft Dopplertracking

A two-way, noncoherent spacecraft navigation technique has been developed to provide velocity accuracy comparable to that available from a deep space coherent transponder (0.1 mm/s). The technique is compatible with the normal tracking procedures of the Deep Space Network (DSN) ground stations and does not require the use of a highly stable oscillator on-board the spacecraft. The measurement technique, potential error sources, and test results obtained with prototype hardware are described     

广播星历旋转误差对低轨星载BDS-3/GPS实时精密定轨影响分析

基于LT-01A卫星星载BDS-3/GPS观测值进行了星载实时精密定轨研究,并重点分析了广播星历旋转误差对实时定轨精度的影响。通过赫尔默特转换评估了所选时段内GPS和BDS-3广播星历轨道旋转误差,显示BDS-3广播星历旋转误差可达-8.7 mas,平均量级较GPS大约2.5倍。BDS-3广播星历经旋转改正后,轨道切向、法向均方根(RMS)误差从25 cm左右提升至10 cm量级,提升幅度超过50%。因此,基于星载BDS-3以及BDS-3/GPS联合的实时定轨精度受BDS-3星历旋转误差影响严重,且主要作用于切向和法向。经过旋转改正后,单独BDS-3实时定轨在切向、法向、径向RMS分别为21.0 cm、10.7 cm及11.2 cm,其切向和法向精度比改正前分别提升15.0%和31.8%;BDS-3与GPS联合定轨进一步提升切向精度至19.4 cm。得益于BDS-3广播星历较高的精度,单BDS-3以及BDS-3/GPS联合的实时定轨在旋转改正前的三维RMS分别为31.9 cm和29.2 cm,较单GPS实时定轨分别提升9.1%和16.8%;添加旋转改正后,其定轨精度分别提升至26.7 ...     

基于民航校验飞机的星基增强服务性能评估CSCD

为了进一步拓展全球卫星导航系统(GNSS)在民用航空等高生命安全领域的应用,世界各国争相发展星基增强系统(SBAS),美欧等SBAS已正式向民用航空领域提供了决断高度200英尺(约60.96m)的垂直导航信标性能(LPV-200)服务。我国的BDSBAS也已经完成系统建设,将向中国及周边区域提供满足国际民航组织(ICAO)一类垂直引导进近(APV-I)指标要求的单频增强服务。重点针对单频增强服务性能评估开展研究工作,首先从定位精度、完好性、可用性和连续性四个方面对星基增强服务评估方法进行了论述;再通过多次航空飞行试验对BDSBAS单频增强服务性能进行了验证,结果表明,航空飞行试验期间可满足APV-I设计指标要求;最后对BDSBAS单频增强服务在全国301个中大型机场的可用性进行了分析,非精密进近(NPA)可用性、APV-I可用性、LPV-200可用性在全国机场的覆盖率分别达到了97%、89.7%和83.1%。     

空间信号完好性监测技术研究

星基增强导航系统(SBAS)通过向用户提供用户差分距离误差(UDRE:User Differential RangeError),来保证广播星历和星钟改正数的精度。本文设计了UDRE的一种改进算法,建立卫星导航系统星钟和星历误差的状态方程和量测方程,进行卡尔曼滤波计算星历与星钟误差改正数与改正精度,通过滤波误差估计精度矩阵计算UDRE,并做了相应的仿真分析和比较,结果表明:改进算法能够对UDRE做出更好的估计来满足星历及钟差改正误差相对应的伪距误差的置信限值。     

Inter-satellite link augmented BeiDou-3 orbit determination for precise point positioning

Precise Point Positioning(PPP) requires precise products, including high-accuracy satellite orbit and clock parameters. It is impossible to obtain an orbit solution that is sufficiently accurate for PPP services with a regional tracking network; therefore, satellite orbits are usually estimated by a global tracking network with a large number of ground stations. However, it is expensive to build globally distributed stations. Fortunately, BeiDou-3 satellites carry an InterSatellite Link(ISL) pay...     

基于北斗的ARAIM算法在LPV-200 下的可用性研究

随着全球卫星导航系统的发展和完善, 用户在飞机进近着陆阶段使用 GNSS 保障安全的要求已成为可能,而应用于航路阶段的常规接收机自主完好性监测已 不能满足如此高的完好性要求,因此,导致了高级接收机自主完好性监测(ARAIM)的出 现。在北斗区域导航系统下, 针对进近阶段最重要的垂直导航和ARAIM 算法理论分 析,通过优化配置危险误导性信息概率(PHMI),为较难检测的故障模式分配较大的值, 最小化垂直保护水平, 在保证完好性指标不变的条件下提高ARAIM 算法可用性。仿真 结果表明,在LPV-200 性能要求下,ARAIM 优化算法的可用性明显提高,所提方法是有 效的。