星间单差GPS实时精密卫星钟差估计及精度分析

GPS实时精密卫星钟差是实现实时精密单点定位(RT-PPP)技术的关键,国际GNSS服务组织(IGS)提供的超快速(Ultra-Rapid)实时预报卫星钟差的精度(3ns)较差,不能满足RT-PPP的精度要求。首先利用GNSS区域参考站网数据,建立基于星间单差的观测模型,对GPS卫星钟差进行实时解算,并对钟差解算精度及影响因素进行分析;将解算的GPS卫星钟差用于不同站点的RT-PPP中,对定位结果进行精度分析。分析结果表明,实时解算的GPS卫星钟差的标准差均在0.16 ns以内。从定位结果来看,随着PPP站点与钟差估计区域参考站网距离的增加,其定位精度并没有明显降低,各站点的水平分量精度优于6 cm,高程分量精度优于7 cm,可满足厘米级精度实时精密单点定位的应用要求。     

BDS-3精密单点定位在铁路勘测中的应用研究

为研究第三代北斗卫星导航系统（BDS-3,BeiDou Navigation Satellite System-3）精密单点定位技术（PPP,Precise Point Positioning）在铁路勘测应用中的可行性，文章推导了BDS-3任意双频非差非组合PPP通用函数模型，并采用该模型对BDS-3卫星B1I、B3I、B1C和B2a信号形成的5种双频组合进行PPP解算和性能分析，利用某铁路观测数据，对BDS-3进行PPP解算。结果表明，所有观测时段内可见卫星数约为7～11颗，空间位置精度因子（PDOP,Position Dilution of Precision）值约为2.0，可见卫星数较多，且空间几何分布良好；在静态和仿动态解算模式下，在水平和高程方向均可实现厘米级的定位精度。该研究可为BDS-3精密单点定位技术在铁路勘察中的应用提供参考。     

北斗卫星导航系统定位性能验证

基于国际GNSS服务组织(IGS)MGEX测站的北斗观测数据和武汉大学卫星导航定位技术研究中心提供的北斗卫星精密轨道和钟差,分别利用多路径组合、标准单点定位和精密单点定位对北斗导航卫星系统定位性能进行分析。结果表明,北斗多路径误差在中高高度角处为20~60 cm;基于北斗4 GEO+5 IGSO+2 MEO星座的标准单点定位平面精度优于2.2 m,高程精度优于7 cm,完全满足北斗公开定位服务精度指标;精密单点定位平面精度优于1 cm,高程精度优于2 cm,基本与GPS相当。     

GPS不完备条件下定位方法研究

为了解决在GPS卫星信号被遮挡而无法定位的问题,提出了一种利用钟差预测模型辅助GPS定位的方法。对预测模型的基本思想和具体实现步骤作了详细的介绍,并且将钟差预测值引入到GPS接收机中,实现信号遮挡情况下GPS接收机的定位解算。通过对实测数据的验证分析表明,该钟差预测模型对钟差序列有很好的预测效果;能够在仅有3颗可观测卫星的情况下实现接收机的定位解算。     

基于TBC4.1软件的高速铁路CP0框架控制网基线解算与网平差精度分析

针对天宝公司研发的新版本TBC4.1软件在高速铁路CP0框架控制网基线解算与网平差的可行性问题,以京沪高速铁路CP0框架控制网作为研究对象,将最新版TBC4.1软件与GAMIT10.7软件、旧版本TBC3.5软件的基线解算能力进行比较,并与Cosa GPS软件的网平差精度进行对比,用试验的方法讨论TBC4.1软件加载不同类型卫星星历对不同基线长度高速铁路CP0框架控制网的基线解算与网平差精度。结果表明:TBC4.1软件较旧版本TBC3.5软件在长基线解算能力上得到了很大的提高;在处理800 km范围内的高速铁路CP0框架网基线时,TBC4.1软件获得与GAMIT10.7软件相当的解算精度,且不受精密星历种类的限制;当CP0框架网的基线长度由800 km扩大至1 500 km时,TBC4.1软件加载最终星历的基线解算精度仍能与GAMIT10.7的解算精度保持一致;TBC4.1软件网平差模块的处理精度为毫米级,且不受精密星历种类解算的基线结果限制。     

快速星历与精密星历对基线解算和平差结果的影响

在数据处理中,为求得高精度的点位坐标,基线解算一般采用精密星历。精密星历要在观测两周后才能得到,而快速星历在观测17h后就能得到。分析了两种星历误差对基线解算、网平差计算结果的影响,结果表明,对于一般的工程控制网而言,快速星历能够达到与精密星历同样的效果。     

GAMIT中不同卫星星历对GNSS点位坐标解算的影响

利用GAMIT/GLOBK软件进行GNSS数据高精度解算的时效受限于IGS最终精密星历(IGS)的发布。为提高时效,探讨不同星历对不同基线距GNSS网络坐标解算精度的影响。基于GAMIT软件,采用IGS发布的最终精密卫星星历(IGS)和快速卫星星历(IGR),对不同基线距(20～1000 km)的GNSS网络进行坐标解算。结果表明,利用最终精密星历解算GNSS点的坐标精度随着基线距的增加而减小,水平向坐标误差保持在5 mm以内,中短基线网(20～200 km)垂向误差在1 cm以内,长基线网(200～1000 km)垂向误差超过2 cm;利用快速卫星星历解算短基线GNSS网(20～100 km)的点位水平向误差在5 mm以内,中长基线GNSS网(60～200 km)点位水平向精度保持在1 cm以内,长基线GNSS网点位水平向精度超过1 cm。上述结果表明,在GAMIT/GLOBK软件中,利用快速卫星星历解算中-短基线距GNSS网,可以满足三维坐标精度需求为1 cm的工程。     

基于非参数贝叶斯模型的列车卫星定位方法

基于卫星导航的列车测速定位是当前新型列车控制技术领域的研究热点。针对现场运行环境中卫星定位观测特性的不确定性对动态定位解算性能的不利影响,在卫星定位估计解算过程中引入基于Dirichlet过程的非参数贝叶斯模型,在导航卫星观测特性不定且存在性能退化风险的条件下,提出了基于Dirichlet过程混合模型驱动的高斯分布混合更新策略,给出了多滤波器动态联合状态估计计算方案。分别采用仿真数据及现场实测数据进行计算的结果表明,在常规定位估计解算中引入Dirichlet过程混合模型,能够对未知不确定的导航卫星观测特性实现有效适应,提升定位性能对观测条件的容忍能力,降低单一观测分布假设的模型失配和性能劣化风险。     

单频GPS进行高精度线路测量和有轨车辆定位的有效方法

轨道线路测量和有轨车辆的定位常采用GPS定位技术。利用GPS单频接收机实现高精度快速定位的关键是提高GPS单频相位模糊度解算的效率和成功率。基于轨道线路垂直方向变化不大和有轨车辆沿一定线路行驶的特点,提出一种有效的单频相位模糊度解算方法。对GPS单频接收机提供的定位观测值进行粗差探测、修正和剔除等数据预处理,用低噪声和低多路径效应的载波相位观测值对码伪距观测值进行平滑处理,再用附加约束的方法估计双差模糊度实数解,以此为基础进行模糊度搜索固定。算例显示,该方法可提高模糊度实数解估计的精度和可靠性,缩小模糊度的搜索空间,使模糊度解算效率和成功率得到提高,有利于单频GPS接收机在高精度的线路测量和有轨车辆的定位中得到更广泛的应用。     

SA影响下GPS单点定位的精度分析

本文分析了ＳＡ对ＧＰＳ单点定位影响的性质和规律，利用误差统计原理对大量ＧＰＳ单点定位数据进行统计分析，得出了ＳＡ影响下，单点定位精度与观测时段长度的经验关系式，提出了一种充分利用野外观测数据来获到单点定位解并对其进行精度估计的方法，对ＧＰＳ测量具有一定的实际参考价值。     

不同星历产品对高速铁路框架控制网解算精度的影响

基于GAMIT/GLOBK基线解算模块,分别利用国际GNSS服务组织提供的快速星历(IGR)和超快速星历(IGU)产品对某高速铁路框架控制网(CP0)数据进行基线解算,将解算结果与最终星历(IGF)产品的解算结果进行对比,验证不同星历产品(IGR及IGU)对控制网基线解算精度的影响;对基线解算结果进行二维约束平差,得到各个站点的平面坐标,并与IGF产品解算的结果进行对比。结果表明,IGR及IGU产品解算的基线平差结果 x分量精度均优于1.5 mm,y分量精度均优于3 mm,IGU产品解算结果的误差略大于IGR,但平面误差均为mm级,可满足高速铁路框架控制网的精度要求,而IGU星历产品相较于IGR星历产品时延更短,更能满足高速铁路框架控制网对于时效性的要求。     

基线选取对铁路工程平面控制网平差的影响研究

铁路工程平面控制网是典型的带状网,一般采用卫星定位方法建立。《铁路工程卫星定位测量规范》要求以所有独立基线构成控制网进行平差,而《高速铁路工程测量规范》中要求利用构成同步观测环的基线边参加CPI构网平差,以增强CPI控制网的图形强度,两规范中的说法有明显的矛盾。以某铁路CPI控制网为例,对独立基线构网与加入同步观测环的基线边构网进行平差对比分析,结果表明两种方法的平差坐标成果差异不大,均满足工程需要,但平差后精度评定有所差异,加入同步环的基线边构网平差结果精度为独立基线构网的1.4倍,独立基线构网精度评定更为客观真实。     

基于PPP-GPS/IMU紧组合的列车定位方法

在列车运行控制系统中,列车定位在保障列车安全间隔、生成控制速度曲线、指示列车运行状态方面起到重要的作用.PPP-GPS/IMU紧组合不仅能够提供列车连续的高精度定位,还能减少轨旁设备的修建和维护费用.基于PPP误差模型和拓展卡尔曼滤波构建PPP-GPS/IMU紧组合框架,选择精度更高的精密星历产品替代广播星历,综合分析...     

基于单一北斗二代系统的高速铁路CP0框架控制网基线解算和精度分析

目前，我国铁路CP0框架控制网基于GPS系统来构建，随着我国北斗系统的逐步完善，铁路行业亟需摆脱对GPS系统的依赖。在杭衢高铁进行北斗和GPS静态数据测量实验，在GAMIT内输入同时段的IGS和MGEX在亚太地区5个测站的数据，分别处理单一GPS和单一北斗的CP0基线，以标准化均方根误差和基线解算偏差作为指标来对比分析两者的基线解算精度，然后对解算得到的基线进行平差计算。研究表明：选择我国经纬度范围内3～4个MGEX站参与单一北斗二代系统的基线解算和平差起算，能够满足高速铁路测量规范对于铁路CP0框架控制网三维无约束平差最弱边相对中误差小于1/2 000 000,三维约束平差最弱边相对中误差小于1/250 000的精度要求；单一北斗二代系统能够独立应用于构建铁路CP0框架控制网，摆脱我国铁路系统在该领域长期对GPS系统的依赖。     

多余观测数对方差分量估计结果的影响分析

通过模拟边角网实验数据,分析多余观测数对方差分量估计结果的影响,引入一种评定多余观测数对方差分量估计结果影响的参数k。结果表明,方差分量估计结果在一次解算中具有随机性,多余观测数越大,方位角和距离中误差的估值与模拟精度越接近;多余观测数越少,估计结果就越离散;多余观测数从13减少到5时,方位角观测值方差估值评定参数由0. 54附近变化到1. 41附近,距离观测值方差估值的评定参数由0. 58附近变化到1. 40附近,即随着多余观测数的减少,k值逐渐增大,k值较好地反映出多余观测数对方差分量估计结果的影响。     

北斗导航卫星系统在高速铁路精密控制测量中应用研究及精度分析

以京沈客运专线CPI级精密控制测量为例,对北斗卫星导航系统应用于铁路精密控制测量进行试验。在CPI控制网重复基线、异步环闭合差、坐标重复性、相邻点坐标差之差、相对精度等方面,北斗系统与GPS对比分析结果表明:北斗静态相对定位测量的平面精度可以满足CPI的精度要求,与GPS定位精度相当,说明北斗导航系统应用于高铁精密控制测量可行。     

基于GPS和虚拟卫星的列车完整性检查方法研究

将GPS和列尾装置结合可以构成一个冗余的列车完整性检查系统。在列车行驶过程中,由于在列车尾部车钩安装的GPS天线容易被车厢遮挡,常规卫星定位方法受到限制,无法利用GPS进行列车完整性检查。本文提出一种基于GPS和虚拟卫星组合定位完成列车完整性检查的方法。利用列车首部的定位信息确定一颗虚拟卫星,虚拟卫星和3颗可视卫星即可实现列尾定位解算,通过列车首部和列车尾部的位置信息实时地测算车长变化,达到检查列车完整性的目的。本文分析GPS和虚拟卫星组合定位模型,推导定位模型算法和列车完整性检查算法,并进行可行性分析和算法验证。实验表明,列尾定位精度达到3m以内,列车长度误差在10m以内,该方法可满足列车完整性检查的要求。     

基于北斗CORS的铁路快速静态测量方法研究

复杂环境下由于卫星信号质量差等原因,常规地区的测量技术标准不具有适用性。为研究复杂环境下快速静态测量的技术方案,利用某铁路带状稀疏卫星导航定位基准站(Continuously Operating Reference Stations, CORS)综合服务系统,开展一系列快速静态测量实验,通过箱形图等方式,分析不同星座、不同观测时长下的测量精度。与铁路控制网的成果比较后发现,观测时长为5～25min且解算成功的前提下,基于CORS的GPS+BDS、单GPS与单BDS的快速静态测量成果计算的外符合精度差异较小,平面和高程中误差整体优于16 mm和45 mm,均可满足像控点测量精度要求;存在解算失败的情况,解算失败的像控点与其距CORS站的距离无显著联系,随着观测时长的增加,解算失败的时段数明显减少。此外,在相同观测时长下,基于CORS的GPS+BDS与单BDS模式测量精度较高,单GPS相对较差。对于复杂环境,北斗CORS系统在铁路快速静态测量方面替代GPS是可行的,建议快速静态测量时长在25 min以上为宜。     

基于北斗卫星载波相位平滑伪距的列车定位方法

随着我国北斗卫星导航系统的建设,北斗卫星已逐步具备应用于列车定位的能力。列车在铁路线上存在轨道占用区分的需求,北斗民用伪距定位对并行股道占用情况难以精确定位识别。采用北斗实时载波相位定位精度高,但需近距离基准站的差分信号和模糊度解算,不利于大范围内的实时应用。因此,本文结合北斗卫星伪距的无模糊度和载波相位的高精度特点,提出一种基于北斗载波相位平滑伪距的列车定位方法。该方法首先利用北斗组合相位伪距法探测与修复载波数据周跳,并采用修复后的载波相位数据平滑伪距。文中推导北斗载波相位平滑伪距的原理,分析不同平滑方法的特性和对应的噪声检验公式。采用实测数据计算两种平滑方式得到的结果表明:本文提出的方法能够有效快速探测与修复周跳,平滑伪距精度优于0.2m,满足北斗导航系统在铁路列车定位中的精度要求。     

基于GPS钟差预测模型的列车定位技术研究

GPS接收机能够定位列车运行位置并提供安全校验信息,在铁路旅客告知、到站时间预测等方面广泛应用.由于安装在列尾的GPS天线易受到外界环境的干扰而无法接收足够的卫星数据,常规4星定位方法无法实现定位结果.从灰色系统理论的角度探讨GPS接收机钟差序列预测,提出一种新的GPS定位列车位置的算法,通过实测数据验证分析,该算法在...