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GNSS海洋浮标星基增强定位方法及精化研究

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现代测绘 2024年第2期47卷 17-21页

作者：宋继化中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

GNSS海洋浮标在海洋学研究中具有重要作用,其高精度的、可靠的位置信息是重要研究对象。利用全球卫星导航系统(GNSS)星基增强服务获取海洋观测环境下浮标的位置信息,以参数估计的均方误差作为内符合精度,以高精度软件IE(Inertial Explor... 详细信息

GNSS海洋浮标在海洋学研究中具有重要作用,其高精度的、可靠的位置信息是重要研究对象。利用全球卫星导航系统(GNSS)星基增强服务获取海洋观测环境下浮标的位置信息,以参数估计的均方误差作为内符合精度,以高精度软件IE(Inertial Explorer)解算结果作参考求定外符合精度,以此来评估一种星基增强服务Hi-RTP在GNSS海洋浮标上定位的精度和可靠性。基于海洋波浪的周期运动规律引入多项式拟合优化GNSS的高程解算值。实验结果表明,Hi-RTP服务在海洋浮标上的定位具有8 cm的内符合精度和1.9 m的外符合精度,相比标准单点定位有一定优势。另外,低阶多项式的拟合优化法有效弥补了观测缺失的情况,改善了高程的定位精度。该方法可为海上定位应用提供理论参考。

关键词：高精度定位星基增强实时动态定位高程优化

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星基增强系统服务性能评估

星基增强系统服务性能评估

作者：张锐斌长安大学

学位级别：硕士

卫星导航系统以其覆盖范围广和低成本已成为最主要的导航方式,随着卫星导航的应用逐渐广泛和深入,各行业对其精度和安全性的要求也在逐渐提升,尤其体现在民用航空行业,由于关系用户生命安全,定位的安全性以及精度就尤为重要。为满足民... 详细信息

卫星导航系统以其覆盖范围广和低成本已成为最主要的导航方式,随着卫星导航的应用逐渐广泛和深入,各行业对其精度和安全性的要求也在逐渐提升,尤其体现在民用航空行业,由于关系用户生命安全,定位的安全性以及精度就尤为重要。为满足民用航空及生命相关行业的精度需求,各国建设了自己的星基增强系统。我国在建设BDS-3的同时开始构建自主的星基增强系统。目前北斗星基增强系统已基本建成,正在接受民航机构的最终验收,在不久的将来即将正式开始提供服务。本文针对目前国际上已经提供服务的星基增强系统和已基本完成建设的星基增强系统,从空间信号精度、电离层改正数精度以及定位精度和完好性对其服务性能进行分析评估,希望为北斗星基增强系统的下一步建设和发展提供一些参考,论文的主要工作内容和结论如下:1.系统阐述了现有国内外星基增强系统现状。介绍了星基增强系统的研究背景及意义,以及国内外已基本投用的星基增强系统。对目前的单频和双频的星基增强电文的格式和内容进行介绍,同时对单双频星基增强的数学模型和增强算法进行描述。2.系统阐述了单双频星基增强改正数及完好性参数的计算方法和数学模型。从数据预处理和站间时钟同步,到单频星基增强电文中的慢变轨道改正、慢变钟差改正、快变改正和完好性解算,以及双频的轨道钟差改正数计算,双频完好性参数计算,单频的电离层改正数和完好性参数的计算。3.全面对比分析了现有6大星基增强系统空间信号SISRE和电离层参数精度。结果表明:单频的星基增强系统在增强后空间信号精度均出现不同幅度的降低,其中从空间信号精度来看GAGAN的精度损失最大为5.332m,BDSBAS的精度损失最小为1.311m;双频星基增强系统BDSBAS B2a空间信号精度有略微提升为0.519m,从单频系统的电离层改正数来看WAAS的改正率最高,残差为0.111m,SDCM的改正率最低残差为0.371m。4.全面对比分析了星基增强系统定位精度及完好性。针对六个单频系统以及一个双频系统的定位结果进行统计分析,针对增强前后的精度进行对比,同时对完好性信息进行统计;结果表明单频系统中WAAS精度改善最为明显三维方向提高2.151m提升70.8%,GAGAN精度改善最低三维方向提高1.688m提升57.3%,双频B2a三维精度提高0.229m提升15.7%,各系统定位精度均有明显提升,同时定位精度均满足APV-Ⅰ标准。

关键词：星基增强 BDSBAS 单点定位空间信号精度完好性

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BDS星基增强系统信息处理关键技术研究

BDS星基增强系统信息处理关键技术研究

作者：田耀召长安大学

学位级别：硕士

为了满足航空用户高精度和完好性的需求,世界各航天强国争相建设各自的星基增强系统,实现了广域范围内的导航定位精度提升,在一定程度上改善完好性、可用性、连续性等指标,为民航用户开创了一种相对造价更低、硬件设备投入更小、可实施... 详细信息

为了满足航空用户高精度和完好性的需求,世界各航天强国争相建设各自的星基增强系统,实现了广域范围内的导航定位精度提升,在一定程度上改善完好性、可用性、连续性等指标,为民航用户开创了一种相对造价更低、硬件设备投入更小、可实施性更强的导航服务模式。我国北斗星基增强系统已完成初步建设,即将由中国民航开展单频增强服务的测试与认证等工作,同时也在推进DFMC SBAS标准制定,以推动北斗全球卫星导航系统在航空等高生命安全领域的应用,提高和扩展北斗系统的用户体验。结合BDSBAS的时代背景及工程建设,对信息处理关键技术展开研究,以期为我国星基增强系统建设和应用提供科学支撑,主要研究内容如下,(1)针对数据预处理方法进行系统归纳和总结,构建星基增强监测站原始观测数据预处理体系,为解算差分改正和完好性参数信息提供基本观测数据。(2)系统介绍基于递归最小二乘原理的单/双频卫星改正信息估计方法、基于解析原理与统计原理的UDRE/DFRE估计方法、基于过程矩阵的协方差矩阵信息估计方法。实现了星基增强改正数和完好性信息解算。分析对比差分改正信息与事后高精度轨道误差、钟差的时间序列,整体趋势较为一致;基于增强改正信息对广播星历进行修正后,解算得到同站多星的伪距残差具有明显的集中化趋势,验证了算法的有效性。分析对比基于统计原理与解析原理估计得到的UDRE/DFRE信息,基于解析原理估计得到的参数信息对于卫星空间状态的变化体现出更强的时空特性,同时揭示了高度角与UDRE/DFRE的变化关系。(3)针对卫星伪距残差异常跳变问题,采用了基于“滑动窗口”的处理方法,对增强卫星异常伪距残差进行有效探测及剔除,使伪距残差范围稳定在阈值范围内,明显改善伪距残差的异常跳变,降低异常伪距残差对站间时钟同步的负面影响。(4)针对卫星出入境失锁问题,提出了基于“流动切换基准站”的处理方法,可有效增加改正信息中的增强卫星数量,同一时间段由7～8颗提升至9～10颗;对于用户端增强定位精度具有明显提升效果,E/N/U方向提升幅度分别为32.72%、14.05%、64.78%,保证了用户端高精度性能需求。(5)从定位精度、完好性、可用性、连续性四个方面对单频/双频增强服务性能进行评估;并同时评估了星历/星钟改正信息不确定度、UDRE/DFRE对最差用户位置的包络概率;最后对同监测站多路数据源解算的增强信息进行一致性检验。合理的评估方法与可靠的试验结论,是系统稳定运行维护的有效保障,能够在一定程度上促进星基增强系统建设与发展过程中的性能提升。

关键词：星基增强完好性差分改正信息 UDRE/DFRE 性能评估卫星出入境

北斗三号全球导航卫星系统服务性能评估:定位导航授时、星基增强、精密单点定位、短报文通信与国际搜救

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测绘学报 2021年第4期50卷 427-435页

作者：蔡洪亮孟轶男耿长江高为广张天桥李罡邵搏辛洁卢红洋毛悦袁海波刘成胡小工楼益栋北京跟踪与通信技术研究所北京100094 中国卫星导航系统管理办公室测试评估研究中心北京100094 北京卫星导航中心北京100094 中国电子科技集团公司第二十研究所陕西西安710068 中国交通通信信息中心北京100011 西安测绘研究所陕西西安710054 中国科学院国家授时中心陕西西安710600 中国科学院上海天文台上海200030 武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079

本文给出了北斗三号全球导航卫星系统定位导航授时、星基增强、精密单点定位、区域短报文通信、全球短报文通信和国际搜救共6类服务的测试评估方法,并利用实测数据对各类服务的核心指标进行了评估。结果表明,定位导航授时服务方面,空间... 详细信息

本文给出了北斗三号全球导航卫星系统定位导航授时、星基增强、精密单点定位、区域短报文通信、全球短报文通信和国际搜救共6类服务的测试评估方法,并利用实测数据对各类服务的核心指标进行了评估。结果表明,定位导航授时服务方面,空间信号测距误差0.23 m(RMS),空间信号可用性99.44%,空间信号连续性99.99%,PDOP可用性100%,B1C信号全球定位精度水平方向1.31 m、垂直方向2.13 m(95%),B1C信号全球定位可用性99.93%,B1C信号授时精度14.7 ns(95%);星基增强服务方面,定位精度水平方向1.03 m、垂直方向2.60 m(95%)、具有垂直引导能力的一类进近(APV-I)可用性100%;精密单点定位服务方面,定位精度水平方向0.17 m(95%)、垂直方向0.22 m(95%)、平均收敛时间9 min;区域短报文通信服务成功率99.6%,服务容量1530万次/h(上行)、935万次/h(下行);全球短报文通信服务成功率96.46%,服务容量40万次/h(上行)、21万次/h(下行);国际搜救服务方面,搜救信号接收成功率98.3%(发射功率37 dBm)。

关键词：北斗三号全球导航卫星系统定位导航授时星基增强精密单点定位短报文通信搜救服务性能

不同尺度范围的监测网对星基增强服务性能的影响分析

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导航定位与授时 2023年第4期10卷 112-122页

作者：张永兴王乐谢威王紫薇田耀召李孟园长安大学地质工程与测绘学院西安710054 中国电子科技集团公司第五十四研究所石家庄050081

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... 详细信息

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。

关键词：星基增强等效钟差不同尺度用户测距误差定位精度保护级水平

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北斗星基增强在多场景下的定位分析

电力信息与通信技术 2022年第12期20卷 88-93页

作者：张文飞国网青海省电力公司信息通信公司青海西宁810000

星基增强系统是全球卫星导航系统的重要组成部分。文章首先介绍我国北斗星基增强系统的系统组成和星基差分改正数。随后,介绍基于北斗星基增强差分改正数的北斗增强定位算法。最后,建立实验分析北斗卫星可见性,讨论星基增强改正数的分... 详细信息

星基增强系统是全球卫星导航系统的重要组成部分。文章首先介绍我国北斗星基增强系统的系统组成和星基差分改正数。随后,介绍基于北斗星基增强差分改正数的北斗增强定位算法。最后,建立实验分析北斗卫星可见性,讨论星基增强改正数的分布特性,进而分析北斗星基增强定位在2种观测场景下的定位性能。实验结果表明:观测点可以全时段接收北斗星基增强信息,从而保证星基增强系统的可用性;北斗星基增强在开阔和遮挡环境下,定位性能明显优于北斗经典定位。

关键词：星基增强北斗卫星导航系统用户测距误差格网电离层垂直延迟改正误差

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北斗单频星基增强服务性能初步评估

导航定位学报 2023年第3期11卷 90-95页

作者：徐沛宁陈荣伟张静李奇耿长江房成贺浙江公路水运工程咨询有限责任公司杭州310006 中国航天电子技术研究院卫星导航系统工程中心北京100094

针对北斗单频星基增强服务(BDSBAS-B1C)实际服务性能指标尚不明确的问题,提出一种BDSBAS-B1C服务性能监测评估方法:开发一套BDSBAS-B1C服务性能分析软件;并结合2022年1—4月的观测数据对BDSBAS-B1C的覆盖范围、可用性、连续性、定位精... 详细信息

针对北斗单频星基增强服务(BDSBAS-B1C)实际服务性能指标尚不明确的问题,提出一种BDSBAS-B1C服务性能监测评估方法:开发一套BDSBAS-B1C服务性能分析软件;并结合2022年1—4月的观测数据对BDSBAS-B1C的覆盖范围、可用性、连续性、定位精度和完好性等服务性能关键指标进行初步评估。结果表明,BDSBAS-B1C的I类垂直引导进近服务可用性和连续性在中国内陆区域能够达到99.99%以上,而在中国边界区域会有所下降,水平定位精度约为1.1 m,高程定位精度约为2.1 m,较全球定位系统(GPS)标准定位提升了约46%和43%,评估期间没有发生误警、漏警事件。

关键词：北斗卫星导航系统(BDS) 星基增强可用性完好性定位精度

北斗二号/三号融合的分米级星基增强算法与性能分析

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中国科学：物理学、力学、天文学 2021年第1期51卷 59-67页

作者：陈俊平于超周建华王阿昊张益泽宋子远中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院大学北京100049 中国人民解放军32020部队武汉430071 同济大学测绘与地理信息学院上海200092 Department of Maritime System Engineering Tokyo University of Marine Science and TechnologyTokyo 135-8533Japan

北斗卫星导航系统星基增强服务通过地球静止卫星向用户播发等效钟差、轨道改正数、电离层格网改正数和分区综合改正数等四重广域差分改正数,用户在此基础上利用载波相位观测值实现实时分米级的定位性能.本文介绍了分米级星基增强服务的... 详细信息

北斗卫星导航系统星基增强服务通过地球静止卫星向用户播发等效钟差、轨道改正数、电离层格网改正数和分区综合改正数等四重广域差分改正数,用户在此基础上利用载波相位观测值实现实时分米级的定位性能.本文介绍了分米级星基增强服务的参数匹配算法以及单频、双频用户精密定位模型.将系统播发的四重差分改正数应用于北斗二号与三号融合的精密单点定位,分析了不同频点及定位模型的系统精密定位服务性能.18个测站7 d的结果表明:北斗二号/三号融合的星基增强服务双频组合动态精密单点定位平均12.42 min收敛至0.5 m以内,收敛后的平均定位精度为平面0.15 m,高程0.2 m;相比仅使用北斗二号系统,不同定位模型收敛时间平均缩短了56.7%;而基于非差非组合的分区定位收敛速度更快,并且能达到与无电离层组合模型相同的精度水平.使用北斗电离层格网信息改正的单频动态定位PPP平均11.74 min收敛至0.8 m以内,收敛后的平均定位精度为平面0.2 m,高程0.3 m;相比使用广播星历电离层模型改正的结果,静态和动态定位平均收敛时间分别缩减了21.4%和25.2%.

关键词：精密单点定位北斗卫星导航系统星基增强分区综合改正数电离层格网

北斗/GNSS星基增强实时精密单点定位原理及其在番禺34-1平台的应用试验

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中国新技术新产品 2022年第14期 58-60,138页

作者：彭义东周俊王坤石中海油信息科技有限公司广东深圳518064 中海北斗(深圳)导航技术有限公司广东深圳518052

卫星导航定位技术是油气田开发的关键性支撑技术。该文基于国产“北斗/GNSS星基增强服务系统”以及国产海上星基增强接收机,对中国海洋石油集团番禺34-1平台采集的多系统卫星观测数据进行了不同卫星系统组合的星基增强精密单点定位(PPP... 详细信息

卫星导航定位技术是油气田开发的关键性支撑技术。该文基于国产“北斗/GNSS星基增强服务系统”以及国产海上星基增强接收机,对中国海洋石油集团番禺34-1平台采集的多系统卫星观测数据进行了不同卫星系统组合的星基增强精密单点定位(PPP)解算,对比、分析与海上油气设施导航定位应用相关的关键技术指标。结果表明,利用国产星基增强服务系统及硬件产品可以达到目前DP系统水平精度,优于10 cm的要求,这对我国突破国外高精度定位技术服务具有重要参考价值与借鉴意义。

关键词：星基增强收敛时间定位精度油气田开发番禺34-1平台

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