不同GNSS的单站时差监测评估

随着GPS、GLONASS导航系统的不断完善和更新,以及后续GALILEO、BDS等系统的逐步建立,多系统组合导航成为GNSS当前研究热点。为了实现不同GNSS系统之间的兼容和互操作,准确确定不同系统间时差是关键。基于此,利用天宝R9多模双频接收机输出的GNSS观测数据、导航电文以实现监测GNSS系统的时差。由于国际计量局(BIPM)T公报缺少BDS相关数据,只对GLONASS和GPS实测的时差数据和BIPM T公报中对应的时差数据进行评估,统计了BDS、GPS和GLONASS三系统时差数据的最大值、最小值、均值、标准差、均方根误差。利用2016年1月到10月的连续时差数据进行时差监测评估,结果表明:GLONASS与GPS时差与T公报结果的残差标准差为4.28ns,北斗与GPS、GLONASS系统时差的标准差最优可达到4ns和5ns。     

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。     

BDS-3时间频率传递方法及其性能分析

我国独立自主建设的全球卫星导航系统——北斗三号（BDS-3），在2018年底已完成基本系统建设，计划2020年底全面建成并正式为全球用户提供定位、导航和授时服务。考虑到BDS-3系统与BDS-2区域系统在覆盖范围、卫星载荷、信号设计等方面的差异，其远程时间传递的性能有待进一步分析研究。利用GNSS时间传递中的共视法和载波相位时间传递方法，基于国际时间实验室BDS-2和BDS-3的短基线、长基线时间传递链路，对其时间传递链路的噪声水平和频率稳定度进行定量分析。实验结果表明，对于共视法，在时间传递的噪声水平和频率稳定度方面，BDS-3都明显优于BDS-2；长基线链路的精度为1.48ns（BDS-3）和3.13ns（BDS-2），短基线链路的精度为0.65ns（BDS-3）和1.02ns（BDS-2）。对于载波相位方法，BDS-3和BDS-2时间传递的噪声水平相当，长基线链路的精度为0.20ns，短基线链路的精度为0.02ns；但在频率稳定度方面，BDS-3优于BDS-2。     

基于原始观测值的UWB增强GNSS精密单点定位方法研究

全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)可提供全球范围内全天候高精度导航、定位和授时服务。以精密单点定位(precise point positioning, PPP)为代表的绝对定位技术凭借定位精度高且全球一致、作业范围灵活等优势受到广泛关注,但是较长的收敛时间,限制了其在实时、快速精密定位应用中的使用。为解决上述问题,提出了超宽带(ultra-wideband, UWB)增强PPP方法,在多星座PPP中紧密集成UWB测距信息,以提高GNSS PPP性能。实验结果表明,在动态场景下,融合UWB量测使GPS/GAL双系统PPP在东、北、天3个方向的位置均方根(root mean square, RMS)值分别减少了76.99%、21.46%、64.53%,GPS/GAL/BDS三系统PPP减少了69.69%、37.21%、61.32%,并且收敛时间分别加快62.78%和57.75%。关于锚点数(几何构型)的评估表明,仅利用4个锚点就能将双系统和三系统3D误差RMS值减少67.98%、59.35%,收敛时间加快76.14%、62...     

不同GNSS在高纬度地区时间传递性能分析

全球卫星导航系统（GNSS）载波相位时间传递技术是高精度时间传递领域的主要研究方法之一，但目前关于该部分的研究主要集中在中低纬度地区，在高纬度地区并不多见。不同GNSS由于星座设计不同，在高纬度地区结构差异较大，因此需要对不同GNSS在高纬度地区的时间传递性能进行分析。实验结果表明，在高纬度地区时间传递中，Galileo稳定度最高，GPS和BDS次之，GLONASS最差。同时因在高纬度地区卫星的高度角普遍偏低，为合理平衡低高度角时可视卫星多和多路径误差大的矛盾，对不同截止高度角下获取的链路时间传递性能进行了分析。结果表明，在5°截止高度角下，高纬度地区的时间传递链路稳定性最好。     

低成本U-blox模块的单频GPS/BDS增强PPP定位性能分析

以U-blox单频接收机采集数据,在GPS与GPS/BDS两种解算模式下进行局域增强精密单点定位(PPP)解算,并进行模糊度固定,对其在不同环境下的定位性能进行实验研究和分析。实验结果表明:在静态环境下,GPS/BDS浮点解收敛至cm级需3min左右,较GPS缩短64%,GPS/BDS定位精度RMS在平面与高程方向分别为(3.2cm,2.7cm),较GPS提升(47%,59%);GPS/BDS在30s左右可固定模糊度,固定后定位精度为(0.4cm,1.0cm),较GPS/BDS浮点解提升(88%,63%)。在动态环境下,GPS/BDS浮点解收敛至cm级需4min左右,较GPS提升59%,定位精度为(3.1cm,5.9cm),较GPS提升(34%,43%);GPS/BDS获得固定解需2min左右,固定后定位精度为(0.7cm,1.0cm),较GPS/BDS浮点解提升(77%,83%)。     

中低纬地区混合LEO星座增强GNSS UPPP收敛性能评估

针对全球卫星导航系统(GNSS)精密单点定位(PPP)收敛时间过长的问题,提出了利用低轨卫星(LEO)几何结构变化快的优势,增强GNSS非差非组合PPP(UPPP)的收敛性能。选取中低纬度地区28个能接收GPS、GALILEO和BDS3信号的测站观测数据,比较了极轨和混合LEO星座的增强效果。结果表明：混合LEO星座增强GPS、GALILEO和BDS组合系统时,各测站收敛时间减少60%～80%,70%的测站收敛速度优于极轨星座。当混合LEO星座增强单BDS时,CL和GCL组合系统的收敛时间相当,ENU方向定位误差变化基本一致。收敛时间从10～20 min下降至3 min以内,原因是混合LEO增强BDS定位时,大大改善了卫星的空间结构。     

基于北斗卫星的纳秒级全球授时系统

北斗三号系统的基础服务可以为全球用户提供精度优于20ns的信号,更高精度的时间同步应用,需要如GNSS共视、全视、PPP或卫星双向时频传递等专用方法,成本高,并且需要专业维护,只适合小范围应用。在研究了各种高精度时间比对技术的基础上,基于国家授时中心的标准时间UTC(NTSC),提出了基于北斗卫星实时共视、实时全视和实时PPP多种技术互补融合的纳秒级全球授时方法。结合时延绝对标定与分段标定组合的设备时延标定,以及振荡器动态驯服等技术,建立了标准时间远程复现系统,由服务端和用户端两部分组成。服务端由国家授时中心维护,用户仅需要安装一台标准时间复现设备,并通过互联网或北斗短报文信道自动持续从服务端获取服务数据,即可在本地恢复出溯源至标准时间UTC(NTSC)的时间频率信号。系统可为全球用户提供与UTC(NTSC)偏差小于5ns的1PPS信号,以及万秒频率稳定度优于5×10^-13、相对频偏小于5×10^-14的10MHz信号,授时A类不确定度优于2ns。目前已经为多个行业提供服务。     

GNSS多系统RTK授时性能分析

RTK授时不依赖实时精密星历,精度高、实现简单,在短距离精密授时与时间同步中具有突出的应用潜力。针对城域环境下单系统RTK授时可能面临可用卫星数量较少、收敛时间较长等问题,验证分析了GNSS多系统RTK授时性能。基于中国科学院国家授时中心时间频率资源和3个GNSS跟踪站的BDS-3、GPS和Galileo观测数据开展多系统RTK授时试验,涉及动态、静态和固定站坐标3种模式,并从授时精度、收敛时间和稳定度3个方面展开分析。两条基线的试验结果表明：与光纤双向时间频率传递结果相比,动态模式下,多系统单频授时差异STD较GPS单系统分别提高9.13%和9.01%,静态模式分别提高6.09%和11.76%,固定站坐标模式分别提高3.04%和5.79%,多系统单频RTK授时的授时结果差异STD优于0.25 ns,双频优于0.15 ns;多系统融合使得RTK授时的收敛时间与GPS单系统相比至少缩短25%以上,静态模式下双频RTK收敛时间缩短最多,两条基线分别缩短66.9%和67.8%;3种模式多系统站间钟差的万秒稳均进入10^-15量级,动态模式和静态模式下短期稳定度相比GPS单...     

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％.     

卫星授时与时间传递技术进展

近年来,卫星导航技术发展迅速.卫星导航系统以精密时间测量技术为基础,实现了伪距测量,进而实现定位.同时,卫星导航系统还提供了高精度授时功能.综述了卫星导航系统的授时和时间频率传递技术、基于通信卫星的授时技术以及双向卫星时间频率传递(TWSTFT)技术等.随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的建成和提供服务,BDS授时应用...     

GNSS接收机时间管理模型的设计与实现

为了满足卫星接收机对多个时间系统统一管理的需求,设计了一种适用于多系统GNSS接收机的时间管理模型,用于维持和处理接收机内部时间.详述了接收机时间初始化、维持、钟差估计的方法与修正策略.基于DSP6671平台对模型进行了实验验证,并分析了不同定位模式下的钟差变化特性,以及两种钟差调整策略对伪距、载波相位的非差和双差的影...     

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。     

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。