北斗三频差分定位关键算法研究与实现
北斗卫星系统(BDS)差分定位性能研究
北斗卫星系统（BDS）差分定位性能研究近几年随着全球卫星导航系统(GPS(美国)、GLONASS(俄罗斯)、Galileo(欧洲)、北斗卫星导航系统(BDS中国)及区域增强系统,例如QZSS(日本)及IRNSS(印度))的不断更新,播发信号质量提高以及全球卫星星座的改善,其定位技术也不断革新,我国着眼于国家安全和经济领域,极其重视北斗卫星导航系统的建设,全力研发具有独立知识产权的卫星导航系统。
同别的卫星星座相比较,北斗卫星导航系统的建设目前正逐步的走向成熟,并计划于2020年实现从亚太地区区域性覆盖到全球覆盖,实现从第二代到第三代北斗系统的过渡。
北斗卫星系统是由同步地球高轨道卫星(GEO)、中圆地球轨道卫星(MEO)和倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)组成的混合星座,并且每颗卫星可播发三个频段的信号。
北斗卫星系统在全球卫星导航系统中具有重要地位与独特优势,这使其拥有极高的研究价值,近几年随着国内外对北斗卫星系统研究的加深,其对定位精度的要求也愈来愈高,已经由传统的定位精度较低的单点定位方式逐渐发展到高精度差分定位方式,频段也从仅使用单频定位发展到多频组合定位,定位精度大幅提升,并且在民用化建设层面也在稳步推进中,国产北斗终端产品例如廉价导航定位芯片的市场份额日益增加。
目前国内的研究者对北斗多频差分定位解算中窄巷模糊度与卡尔曼滤波新息向量相结合的相关研究较少,并且在北斗廉价单频导航定位芯片的研究中,对基于网络基站的动态RTK定位性能的研究较少,因此本文在北斗中长基线的差分定位中给出一种将窄巷模糊度和卡尔曼滤波结合的历元挑选策略,并且基于网络基站对北斗廉价单频导航定位模块特别是对其动态RTK定位性能进行评估分析,具体工作内容如下:(1)基于北斗三频的独特优势并使用实测数据,研究其中长基线下的差分定位性能,首先使用双频几何无关法并结合本文给出的多历元平均修正法进行周跳探测和粗差剔除从而对数据进行预处理,然后使用伪距和相位无几何无电离层组合进行三频多路径误差检测,并使用宽巷模糊度和电离层无关组合进行B3频段窄巷模糊度求解,然后使用本文给出的利用相邻历元B3频段窄巷模糊度组成卡尔曼滤波的新息值并结合滤波发散条件进行历元挑选的策略。
一种计算北斗三频多路径的方法及其结果分析
０ 引 言
北斗 卫 星 导 航 系 统 （ Ｂ ｅ ｉ Ｄ ｏ ｕ Ｎ ａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ Ｓ ｙ ｓ — ｔ ｅ ｎ，Ｂ ｒ Ｄ Ｓ ） 是 中国正在 实施 的 自主 发展 、 独立 运 行 的全 球 卫星 导航 系统 。截 至 ２ ０ １ ２年年 底 ， 有 ５颗 地 球静 止轨 道
ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ａ ｎ ｇ ｅ ｔ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ￣ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｐ ｓ ｅ ｕ ｄ ｏ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｍｕ ｈ ｉ ｐ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｓ ｗｈ ｅ ｎ ｏ ｎ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ Ｂ１ ａ ｎ ｄ Ｂ ２ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ ３ ）
摘
要： 多路 径误 差分析是 北斗卫 星导航 系统性能评估 的一 项重要 内容 。本 文给 出了一种新 的计算 ３频 多路 径
误差的方法 ， 该方法只 需对 Ｂ １和 Ｂ ２载 波相 位观 测 值进 行 处 理就 能得 到 ３个频 率 的伪 距 多路 径误 差。利 用 Ｍ Ｇ Ｅ Ｘ跟踪站的数据计 算 了 Ｂ Ｄ Ｓ的 多路径误 差， 从 Ｇ Ｐ Ｓ和 Ｂ Ｄ Ｓ多路径误 差比较 以及 纬度 、 轨道和频 率 因素分析 了Ｂ Ｄ Ｓ多路径误差的特性 ， 结 果表 明， Ｂ Ｄ Ｓ多路 径误 差 小 于 ０ ． ５ ｍ， 符合 质 量检 查要 求 ， 其 性 能优 于 Ｇ Ｐ Ｓ卫星
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｉ ｓ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｔ ａ ｓ ｋ ｔ ｏ ｅ ｖ ｌｕ ａ ａ ｔ ｅ ＢＤ Ｓ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ．Ａ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｂ ＤＳ ｔ ｉ ｒ ｐ ｌ ｅ—ｆ ｒ ｌ ｅ ・
基于北斗_多频观测量的载波相位差分精密定位技术研究
【关键词】北斗；多频；线性组合；载波相位差分
1 引言
北斗卫星导航系统（COMPASS）是我国自行研 制的一种新型、全天候、区域性的卫星导航系统，可 以为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服 务[1]，北斗导航定位系统的建成使我国自主进行高精 度相对定位成为可能。为了减弱卫星广播星历误差、
卫星钟差和大气折射误差的影响，在实际应用中常采 用载波相位观测值间的各种线性组合来获得高精度的 导航定位结果[2]，利用北斗系统多频观测量进行载波 相位差分相对定位，可以提高定位精度及可靠性。目 前，国内对于北斗多频相对定位的讨论还比较少，因 此，本文利用调制在B1、B2、B3三个频点上的载波相
λ3Δ∇φ3ij (k) =Δ∇ρij (k) −β2Δ∇Iij (k) +λ3Δ∇N3ij +Δ∇εφij3(k) (4)
北斗导航系统移动基准站差分定位算法
北斗导航系统移动基准站差分定位算法王一军;杨杰;余明杨【摘要】针对复杂测量环境无法建立固定基准站及进行精密定位的问题,提出一种基于北斗导航系统的移动基准站差分定位算法,即基准站与流动站同时运动并实现高精度差分定位的算法.基于载波相位测量值,在动态短基线条件下,对数据进行站间和星间双差处理,消除接收机钟差以及其他公共误差.对多频观测值进行线性组合,构造双差载波相位超宽巷、宽巷、中巷及窄巷观测量.对上述观测量进行窗口滑动均值滤波并采用逐级模糊度确定法固定整周模糊度,即沿着从超宽巷到窄巷的顺序依次求解整周模糊度.为验证算法有效性,设计基于北斗导航系统的轨道外部几何参数检测仪进行实验,实现毫米级静态相对定位精度和厘米级RTK相对定位精度.%Aiming at the problem that fixed measurement environments cannot establish a fixed base station and thus cannot carry out precise positioning,a differential positioning algorithm for mobile base station based on BeiDou navigation system was proposed,which means achieving high-precise differential positioning while the base station and the rover both moving.Based on the carrier phase measurement,under the condition of dynamic short baseline,the datum were inter-station and inter-satellite double-difference processed,eliminating receiver clock error and other common errors.Based on the linear combination of multi-frequency measurement,the observation of the super-wide lane,the wide lane,the middle lane and the narrow lane was obtained,the window-moving average filter was carried out and the ambiguities were fixed by the stepwise ambiguity determination method,that is,along the order from thesuper-wide lane to the narrow lane to solve the ambiguity.In order to verify the effectiveness of the algorithm,a verification experiment of the external geometric parameter detector based on the BeiDou navigation system was designed to realize the static relative positioning accuracy of millimeter and the RTK relative positioning accuracy of centimeter.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2017(039)005【总页数】6页(P45-49,138)【关键词】移动基准站;双差载波相位窄巷组合;逐级模糊度确定法;线性组合【作者】王一军;杨杰;余明杨【作者单位】中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410075;中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410075;中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410075【正文语种】中文【中图分类】P228北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite System,BDS)载波相位差分定位中基准站一般都必须固定不动。
三频GNSS精密定位理论与方法研究
三频GNSS精密定位理论与方法研究作者：芦海涛来源：《卫星电视与宽带多媒体》2019年第21期【摘要】如今，三频GNSS精密定位技术的应用范围不断扩大，已经成功应用于北斗系统。
但是，相比而言，我国应用三频GNSS精密定位技术的时间比较短，缺乏理论基础和实践经验。
要想发挥出三频GNSS精密定位的作用，国内就必须加大对三频GNSS精密定位理论和方法研究，提高三频GNSS精密定位的精准度。
【关键词】三频; GNSS ;精密定位;定位方法当下，国内北斗系统正在快速运行，可以使用的卫星资源数量和种类也在不断增多，对三频GNSS精密定位的研究可以提高三频GNSS精密定位的精准度，体现出三频GNSS精密定位的作用和价值。
1. 三频GNSS精密定位理论如今，专业人员利用滑动多项式拟合改进了三频GNSS精密定位的计算方法，提高了三频GNSS精密定位的准确度，通过分析几何组合之间的历元差分，分析三频GNSS精密系统接观测值，以此来获取三频GNSS精密定位建模的方法。
目前，专业人员已经得出三频GNSS精密定位的推算公式，可以准确的对比伪距，这样就可以有效避免超宽观测路径相互影响，更好的保证定位的精准度。
在三频GNSS精密定位系统应用的过程中，经常会出现三频修复不准确的现象，而导致三频修复不准确的原因比较多，相关人员首先要分析出现该现象的原因，随后就需要针对存在的问题采取完善对策。
针对三频修复不准确的问题，工作人员可以先调整三频GNSS精密定位系统搜索的范围，提高系统的适应性，系统搜索的范围越小，修复的准确度就会越高，定位也就越准确，这也是三频GNSS精密定位系统存在的局限性，在使用范围上有一定的要求。
全球导航卫星定位系统是在了解每一个用户的时间差之后，再利用两个卫星之间的距离，发射的时间等多种方式测量。
全球导航卫星定位系统是一种无线定位系统，它一般存在于地球的表面或者是在地表附近的任何空间，地点，为每一个客户提供关于自己所需要的三维定位以及关于时间速度等多种信息。
北斗三号卫星多频多通道差分码偏差估计与分析
摘要：差分码偏差（DCB）是电离层建模与导航定位授时的主要误差源，北斗多频多通道信号衍生出一系列新的DCB。
本文首先分析了北斗三号卫星的码观测值组合及可估的DCB类型，建立了北斗三号卫星多频码偏差估计的数学模型，利用IGS实测数据首次估计得到了22种不同类型的北斗DCB。
在此基础上，全面比较分析了各类DCB的内符合精度、外符合精度及月稳定度。
结果表明，北斗三号卫星各类DCB的闭合差基本都在0.2 ns以内，具有较好的内符合精度；估计结果与中科院（CAS）、德国宇航中心（DLR）提供的DCB产品具有一致性，与CAS的6种DCB偏差基本在0.1 ns以内，与DLR的4种DCB偏差基本在0.2 ns以内；由于误差传递的影响，通过线性转换得到DCB值的精度和可靠性不及DCB直接估计量；北斗三号卫星各类DCB的月平均标准差为0.083 ns，具有较好的中长期稳定性；相较于北斗二号卫星，北斗三号卫星的DCB稳定性相对更优。
关键词：北斗三号全球导航卫星系统多频多通道差分码偏差一致性稳定性Estimation and analysis of the multi-frequency and multi-channel DCB for BDS-3Abstract: Differential code bias (DCB) is one of the major errors in ionospheric modeling, satellite navigation, positioning, and timing. A new series of DCBs is derived from BDS multi-frequency and multi-channel signals. Firstly, this paper analyzes the code observation combination and estimable DCB type for BDS-3, establishes the mathematical model of multi-frequency and multi-channel DCB estimation, and estimates more than 20 types of DCB by using IGS data. On this basis, the precision, accuracy, and monthly stability of various DCBs are compared and analyzed comprehensively. The results indicate that the closure errors of BDS-3 DCBs are basically within 0.2 ns, which shows good precision. The estimated results have a good agreement with the DCB products provided by CAS and DLR. Six types of DCB differences with CAS are basically within 0.1 ns. Four types of DCB differences with DLR are basically within 0.2 ns. Due to the influence of error propagation, the accuracy andreliability of DCB obtained by linear transformation are not as good as DCB estimated directly. The monthly mean STD of BDS-3 DCBs is 0.083 ns, showing good medium- and long- term stability. Compared with that of BDS-2, the DCB stability of BDS-3 is relatively better.Key words: BDS-3multi-frequency and multi-channel differential codebias consistency stabilityGNSS导航信号差分码偏差(differential code bias, DCB)是指由于硬件延迟导致同一时刻不同频率或同一频率上不同测码信号之间的时延差异，包括卫星端差分码偏差和接收机端差分码偏差[1]。
北斗导航数据处理与定位算法研究
北斗导航数据处理与定位算法研究第一章：引言随着我国北斗导航系统的不断完善和发展，越来越多的用户开始使用北斗导航系统进行定位、导航等工作。
北斗导航系统在国防、民用等领域发挥着重要作用，对于提高我国国家安全和社会经济水平具有重要意义。
北斗导航系统的数据处理与定位算法是保证导航定位精度和可靠性的关键技术之一。
本研究旨在对北斗导航数据处理与定位算法进行研究，为北斗导航系统的进一步完善和应用提供技术支持。
第二章：北斗导航系统概述北斗导航系统是中国自主研制的卫星导航系统，由卫星系统、地面控制系统、用户终端和数据处理与应用系统组成。
北斗导航系统主要应用于国防、公共安全、交通管理、资源调查等领域。
北斗导航系统的主要特点是具有全球覆盖能力、高可靠性、多模式服务、自主控制等优势。
其中北斗导航卫星提供导航服务，地面控制系统对导航卫星进行实时管理和控制，用户终端接受北斗导航数据进行导航定位。
第三章：北斗导航数据处理北斗导航数据包括导航电文、时钟和星历等信息。
导航电文是北斗导航卫星发射的重要数据，包括卫星的状态信息、导航信息等。
时钟和星历是导航卫星和地面终端精确定位所必需的元素，主要用于计算导航卫星的位置和地面终端的位置。
北斗导航数据处理主要是对导航电文、时钟和星历等信息进行处理和计算，以实现高精度的导航定位。
北斗导航数据处理的主要流程包括数据采集、数据处理、数据传输和数据质量控制等环节。
北斗导航数据处理的技术难点在于如何快速、准确地处理大量的数据，并保证数据的可靠性和精准度。
北斗导航数据处理技术的不断改进和完善可以提高北斗导航系统的可靠性和精准度，为北斗导航系统的应用提供更加优质的服务。
第四章：北斗导航定位算法北斗导航定位算法是指利用导航卫星发射的信号，对地面终端进行精确定位的算法。
北斗导航定位算法主要包括单点定位算法、差分定位算法和动态定位算法等。
单点定位算法是指通过单个接收机接收多颗导航卫星的信号，计算接收机在三维坐标系中的位置。
北斗导航定位系统中的差分技术应用
北斗导航定位系统中的差分技术应用作者：李俊炜来源：《无线互联科技》2017年第03期摘要：文章利用差分GPS相关原理，在此基础上进行分析，建立了适用于北斗导航定位系统的差分定位技术，解决了定位不准确的问题，这在一定程度上提高了北斗导航定位系统的定位精度。
关键词：北斗导航定位系统；差分技术；定位精度1.北斗导航系统研究背景2000年北斗导航卫星的发射成功标志着我国北斗导航卫星系统的初步建成，经过十几年的发展我国北斗导航定位系统卫星数量逐渐增多，系统逐渐完善，极大地促进了我国国民经济事业和国防建设事业的发展需求，进一步提高了我国卫星导航定位技术。
北斗导航卫星的发射成功标志着我国拥有了自主的卫星导航系统，也打破了美国、俄国在卫星导航领域中的垄断局面。
2.导航定位差分技术当前GPS差分定位技术的应用已经较为成熟，其对应的原理：在固定的（站台）地点，通过测地获得其“精确位置数据”，再将该站台的“所测位置数据”进行传输，利用一个c/A码用户接收器来接收该数据信息，通过“所测位置数据”和“精确位置数据”的差异分析，就能得知“GPS定位误差修正量”。
其次通过无线电发射机传播这些“定位误差修正量”，而区域内的其他c/A码用户的接收器正好接受，并将接收器的定位数据进行修正。
“差分式GPs系统”的应用，使得c，A码用户接收器有了更精确的定位，是之前定位精度的10倍多。
GPS定位时有3部分误差，分别是：第一是用户接收机都存在的如卫星钟、星历、电离层、对流层等方面的误差；第二是传播延迟误差，这类误差是用户测量不成或者是校正模型计算不出的；第三是用户接收机自身存在的固有误差，表现在内部噪音、通道延迟、多径效应方面。
差分技术的应用，完全消除了第一种误差，并将第二种误差消除掉大多数，这要由基准接收机与用户接收机之间的距离来决定，而对于第三种误差，差分技术则不起作用。
由此可以看出差分技术的应用，能够很大的改善GPS中的定位功能。
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北斗三频差分定位关键算法研究与实现北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统,不同于美国的GPS 系统和俄罗斯的GLONASS系统,北斗系统还是全球首个具备全星座播发三种频率卫星导航信号能力的卫星导航系统。
多频观测值是未来全球卫星导航系统发展的趋势,多频观测值的出现不仅极大地增加了多余观测值,提高了卫星定位系统的稳定性和可靠性,同时更意味着可以形成更多性质优良的组合观测值,这些组合观测值一般都具有较长的波长,同时其电离层延迟及组合噪声较小,利用这些组合观测值可以显著提高导航定位的精度。
鉴于多频观测值的诸多优势,开展对北斗三频组合定位算法的研究有着十分重要的现实意义。
本文重点研究了北斗三频观测值组合理论、基于三频观测值的三频周跳探测算法和三频模糊度解算算法以及基于奇异谱分析法的北斗恒星日滤波算法,主要研究工作如下:(1)从北斗系统观测方程出发,推导了三频组合观测值的观测方程及其各项误差的表达式,并分析了各项误差之间的关系,最后以波长、电离层延迟以及观测噪声为标准选取了最优整系数线性组合,结果表明:满足较长波长并且电离层延迟和观测噪声较小的组合观测值其系数之和等于零;(2)研究了两种基于三频观测值的周跳探测与修复方法:伪距相位组合法和无几何相位组合法。
介绍了两种方法的周跳探测原理,然后分析了两种周跳探测方法各自存在的局限性,并针对伪距相位组合法探测周跳时容易受到电离层延迟影响的不足,提出了一种新的顾及伪距组合系数的弱电离层周跳探测方法。
首先在构造周跳检测量时通过设定伪距相位组合的电离层延迟系数阈值并以周跳估值的标准差最小为原则搜索得到具有最小电离层延迟系数的伪距相位组合系数,筛选出的伪距相
位组合电离层延迟影响不大于0.06周,然后采用2个上述伪距相位组合和1个无几何相位组合进行联合周跳探测。
最后利用不同采样率的北斗三频观测数据进行验证,结果表明:本文提出的周跳探测方法受电离层延迟影响较小且不存在不敏感周跳组合,能准确探测各种周跳组合。
(3)研究了单历元模糊度解算TCAR算法,介绍了其分步解算模糊度的步骤,并用一组实测数据检验了其在中长基线情况下的解算效果。
然后介绍了削弱电离层延迟影响的优化TCAR算法,在此基础上给出了一种考虑北斗系统三频伪距噪声水平的改进方法,考虑北斗系统三频伪距噪声水平的不同对线性组合的系数进行优化,降低了线性组合的观测噪声,最后用一组长为43km的北斗基线数据进行了验证,结果表明:改进后的优化TCAR算法模糊度解算成功率有了明显的提高;(4)研究了基于奇异谱分析的北斗恒星日滤波算法,采用相空间重构Cao算法来确定奇异谱嵌入维度,并针对Cao算法的不足提出改进,提高了SSA算法的准确性和计算效率。
分析了北斗系统不同星座卫星的轨道重复周期特性,通过计算确定了北斗系统多路径误差的周期约为86160s。
利用奇异谱分析法和传统小波分析方法对北斗短基线解算结果进行恒星日滤波处理。
结果表明,本文提出的奇异谱分析法多路径滤波效果优于小波滤波法,能较好的消除原始坐标序列中的多路径误差。