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当期目录

    2018年 第47卷 第S0期    刊出日期:2018-12-31
    北斗试验卫星空间信号精度参数SISA计算方法及性能验证
    陈金平, 曹月玲, 郭睿, 李晓杰, 孟鑫
    2018, 47(S0):  1-8.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180316
    摘要 ( 105 )   HTML   PDF (4893KB) ( 199 )  
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    完好性是衡量卫星导航系统可靠性的重要指标,提升完好性服务是北斗全球卫星导航系统建设的重要内容。本文提出了基于先验精度调节的空间信号精度SISA(signal in space accuracy)参数预报方差转换算法,并利用精密轨道重叠平面误差对平面空间信号完好性参数SISAoe的误差包络性能进行了验证,利用轨道重叠径向误差、星地双向时频传递及SLR检核对径向空间信号完好性参数SISAoc的误差包络性能进行了验证。基于北斗实测数据分析结果表明,按照本文提出的SISA参数计算方法,SISAoe参数对轨道平面误差的包络性能约为99.6%,SISAoc参数对轨道径向及钟差误差的包络性能约为98.5%,对外符合激光检核误差的包络性能约为99.5%。
    FY3C卫星星载BDS与GPS数据质量分析与融合定轨
    李文文, 李敏, 赵齐乐, 施闯, 郭向, 孟祥广, 杨忠东
    2018, 47(S0):  9-17.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180282
    摘要 ( 178 )   HTML   PDF (2729KB) ( 79 )  
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    本文基于FY3C卫星2015年5月的星载GPS与BDS双频观测数据,开展了FY3C卫星星载BDS与GPS数据融合精密定轨研究。星载GPS和BDS数据质量分析表明,98%以上的历元能观测到4颗及以上的GPS卫星,而仅有35%的历元能观测到4颗以上的BDS卫星,且星载BDS数据的伪距多路径存在随高度角、方位角和频率变化的bias。精密定轨研究表明,基于单独GPS数据精密定轨的重叠弧段三维RMS平均RMS优于20 mm,表明其轨道一致性较好,可作为融合精密定轨检核的参考轨道。等权处理GPS和BDS数据时,由于BDS GEO轨道与钟差误差会引起所有卫星观测值模型化误差增加,联合定轨精度仅在80 mm量级。禁用BDS GEO观测值或者对其进行降权后,联合定轨的重叠弧段比较均在18 mm,与GPS轨道相比的轨道差异均仅在10 mm,表明其和单独GPS定轨精度一致。
    北斗IGSO卫星姿态零偏航状态下精密定轨
    郭睿, 周建华, 胡小工, 李晓杰, 刘利, 周善石, 吴杉
    2018, 47(S0):  18-27.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180286
    摘要 ( 110 )   HTML   PDF (2105KB) ( 109 )  
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    考虑到卫星平台供电和卫星安全等因素,北斗系统IGSO卫星姿态采用动态偏置与零偏置相结合的控制方式。在不同的控制模式下,卫星本体和太阳帆板受照条件存在一定的差异,动偏期间的力学模型不适用于零偏期间,零偏期间的IGSO卫星定轨精度衰减非常明显,致使重点地区系统服务平均可用性降低2%,其他地区降低4%,系统服务性能受到严重挑战。针对该问题,本文提出了钟差约束条件下的零偏状态定轨方案,设计了详细的钟差应用策略、系统差控制策略和力学模型误差补偿策略,解决了IGSO卫星零偏期间精密定轨问题,实现了动偏转零偏、零偏转动偏两个状态变化前后卫星轨道产品的“无缝衔接”,导航服务未中断,卫星空间信号精度保持了连续和稳定。实测数据的试验结果表明:①C06卫星的UERE由2.95 m提高为1.22 m,C09卫星的UERE由6.29 m提高为1.54 m;②C06和C09卫星UERE小于2.5 m概率分别由59.87%和35.04%提高为94.85%和88.49%,UERE小于5 m概率分别由92.10%和71.67%提高为99.98%和99.43%。
    低轨卫星约化动力法定轨参数变换的高效算法
    闫志闯, 徐新强, 赵德军, 张英利, 楼楠
    2018, 47(S0):  28-37.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180307
    摘要 ( 115 )   HTML   PDF (4327KB) ( 105 )  
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    针对低轨卫星约化动力法定轨中分段力学经验参数增多导致执行效率较低的问题,提出了一种基于参数变换的高效定轨算法,并进行了详细理论推导。试验结果表明:采用9参数经验力模型和伪随机脉冲模型对GRACE-B卫星精密轨道进行动力学平滑,R、T、N三方向RMS均不超过0.004 m,在执行效率方面,经验力模型高效算法效率提升不明显,但伪随机脉冲模型高效算法与传统算法相比,耗时节约了69%;采用9参数经验力模型和伪随机脉冲模型进行约化动力法定轨,R、T、N三个方向RMS达到0.02 m,在执行效率方面,前者高效算法比传统算法耗时节约了21%,后者节约了78%。
    BDS三频GIF组合非显著周跳探测与修复
    张晨晰, 党亚民, 薛树强, 张龙平
    2018, 47(S0):  38-44.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180314
    摘要 ( 109 )   HTML   PDF (957KB) ( 98 )  
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    GNSS周跳探测与修复的准确性受复杂观测环境影响。本文针对BDS三频无几何无电离层(geometry and ionosphere free,GIF)组合不敏感周跳组合及周跳漏检问题,提出了进一步附加2个历元间二次差的电离层残差组合(second-order time-difference phase ionospheric residual,STPIR)对GIF修复观测进行周跳检验。在磁暴发生期间BDS实测数据的周跳探测和修复结果表明,该方法能够探测与修复BDS非差观测值中所有可能发生的周跳组合。
    电离层二阶项延迟对GPS动态精密单点定位的影响
    张绍成, 王鑫哲, 黄龙强, 殷飞
    2018, 47(S0):  45-53.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180299
    摘要 ( 141 )   HTML   PDF (16644KB) ( 125 )  
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    随着GPS精密单点定位逐步由理论研究走向实际应用,越来越多的误差改正项的细节工作得到重视。就电离层延迟而言,通常使用无电离层组合消除电离层影响,但该组合仅能消除电离层一阶项延迟,而残余的二阶及高阶电离层项延迟也能达到最大厘米级量级。本文基于IGS提供的电离层TEC格网产品和IGRF12地磁模型计算电离层二阶项延迟,结合21个IGS站实测数据和全球2.5°×5°格网的模拟站点数据,研究分析电离层二阶项对PPP动态定位的结果的影响。21个IGS站实测结果显示电离层二阶项对动态PPP定位影响量级最大达到水平方向0.8 cm,高程方向达到2.4 cm,与全球模拟格网计算结果与实测计算结果影响量级基本吻合。在少数极端观测条件下,可视卫星PDOP值、电离层活跃度和地球磁场干扰均较大区域,电离层二阶项延迟接近3 cm,对定位结果的影响甚至能超过7 cm。实测数据和模拟数据均显示二阶项电离层会引起全球范围内点位坐标南向偏移的现象。由此可见,电离层二阶项延迟影响不仅能够造成点位坐标厘米量级的误差,且该影响体现一定的系统性南向偏移,无法通过平滑方法消除,因此精密单点定位需要突破厘米级的限制,应该考虑电离层二阶项延迟的影响。
    后验概率与最小均方误差解结合的GNSS部分模糊度解算策略
    吴泽民, 边少锋
    2018, 47(S0):  54-60.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180295
    摘要 ( 158 )   HTML   PDF (1013KB) ( 92 )  
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    在GNSS弱定位模型中,常常需要采用模糊度部分解算方法获得满意的定位精度。为了进一步提升定位的准确性,本文从3个方面对模糊度部分解算方法进行改进:①决定模糊度被固定元素的依据不再是完全基于模型的Bootstraping成功率,而是同时基于模型和观测数据的后验概率。②当模糊度部分固定时,未固定的模糊度元素不再取条件浮点解,而是取基于已固定元素的最小均方误差解。③当模糊度完全不固定时,模糊度向量不再取浮点解,而是取最小均方误差解。试验中用一组北斗实测数据检验了原GNSS模糊度部分解算方法和新方法。结果表明,新方法部分固定和不固定历元数量少于传统方法,且定位精度显著提高。
    北斗新一代导航卫星的组合钟差预报模型及精度评估
    王冬霞, 郭睿, 谢金石, 胡小工, 袁运斌
    2018, 47(S0):  61-70.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180283
    摘要 ( 119 )   HTML   PDF (1453KB) ( 130 )  
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    星载原子钟是导航卫星的核心设备,其性能及钟差预报精度直接决定了导航定位授时精度。本文利用星地星间双向时间同步数据,评估了新一代导航卫星星载原子钟的在轨实际性能及钟差预报精度。首先,研究了卫星钟性能评估方法,利用组合MAD粗差探测法对钟差数据进行预处理,采用最小二乘拟合多项式函数法评估频率准确度和频率漂移率,采用重叠哈达玛方差计算并讨论频率稳定度。其次,研究了卫星钟差预报模型,采用经典权方法对多项式模型和灰色模型进行综合,设计了一种加权组合钟差预报模型。最后,利用新一代导航卫星和北斗区域卫星的钟差实测数据进行分析,评估了原子钟性能及钟差预报精度,并研究性能指标与钟差预报精度的相关性。结果表明,与北斗区域系统相比,新一代导航卫星的频率准确度、频率稳定度都有不同程度提高;钟差预报精度约有一倍提升;星间链路大大增加了新一代MEO卫星的钟差测量弧段,提升了重新入境后的预报精度。
    LS+AR极移预报模型的两种修正算法
    加松, 徐天河, 杨红雷
    2018, 47(S0):  71-77.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180296
    摘要 ( 123 )   HTML   PDF (1813KB) ( 122 )  
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    极移是表征地球运动的重要参数,其高精度预报值在天文学、大地测量、航海航空、海洋测绘及星际导航等实际应用中具有极其重要的意义。本文在经典组合预报模型最小二乘外推和自回归模型LS+AR的基础上,提出了两种修正算法。一种是利用Kalman滤波对自回归模型进行修正,简称LS+AR+KF模型;另一种是利用最小均方误差自适应滤波(least mean square adaptive filtering,LMSAF)对最小二乘拟合项和外推项进行修正,简称LS+AR+AF模型。计算结果表明,无论LS+AR+KF或LS+AR+AF模型,其预报精度较LS+AR模型都有显著提高,且随着预报跨度的增加其精度提高更为明显;LS+AR+AF模型预报精度要优于LS+AR+KF模型,特别是长期预报结果,其360 d长期预报精度,极移X分量提高26%,Y分量提高23%,极移综合精度提高24%。
    接收机端天线相位中心标定及其对北斗导航卫星精密定轨的影响
    苏牡丹, 赵齐乐, 郭靖, 苏醒, 胡志刚, 郭慧君
    2018, 47(S0):  78-85.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180324
    摘要 ( 166 )   HTML   PDF (5131KB) ( 125 )  
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    实现并给出了基于自动机器人的TRM57971.00/NONE和TRM59800.00/NONE两类天线在GPS L1和L2以及北斗B1I和B2I频点的相位中心改正,并将两者相位中心改正结果进行了比较和分析。在此基础上,利用2016年4月9日到2016年5月8日共30天配有以上两类天线的约31个IGS MGEX测站数据,在是否考虑接收机端北斗频点相位中心偏差以及偏差和变化的条件下确定了3类北斗卫星精密轨道。结果表明考虑接收机天线北斗频点相位中心改正能够有效改善北斗IGSO和MEO卫星重叠轨道差异,但是考虑相位中心偏差以及变化的轨道改善幅度与仅考虑相位中心偏差相当。具体而言,考虑接收机端北斗频点相位中心改正后北斗IGSO卫星轨道在切向、法向、径向的重叠轨道差异分别改善了63.1 mm、21.5 mm和6.7 mm;MEO卫星轨道重叠精度则在切向、径向和法向分别改善了217.1 mm、75.8 mm和23.3 mm。同时北斗单系统精密单点定位相对于单GPS系统精密单点定位结果在高程方向的一致性可以提高约10.0 mm。
    SLR数据对北斗卫星精密定轨的作用分析
    孔垚, 张小贞, 孙保琪, 刘枫
    2018, 47(S0):  86-92.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180293
    摘要 ( 169 )   HTML   PDF (1073KB) ( 113 )  
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    除了进行微波观测外,还可以对北斗卫星进行SLR观测。为提高北斗卫星轨道产品准确度和一致性,本文提出联合GNSS和SLR两种观测手段进行北斗卫星轨道确定,分析SLR数据对北斗卫星精密定轨的作用。GNSS和SLR联合定轨在法方程域进行,系统间权比为1∶1。采用全球114个MGEX测站和26个SLR测站对北斗C08、C10、C11三颗卫星进行解算分析,结果表明:联合SLR数据可明显提高北斗卫星轨道径向精度;与GNSS解相比,联合解对北斗MEO卫星轨道精度影响较大,对北斗IGSO卫星轨道精度影响相对较小。
    北斗精密定轨精度评估及站点分布影响分析
    陈明, 郭际明, 武军郦, 宋伟伟, 张龙平
    2018, 47(S0):  93-100.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180278
    摘要 ( 105 )   HTML   PDF (1575KB) ( 110 )  
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    北斗精密轨道确定是北斗系统应用的一项关键内容,基准站数量和分布情况是影响定轨精度的重要因素。本文基于国际GNSS服务组织(International GNSS Service,IGS)多系统实验网(multi-GNSS experiment,M-GEX)站和中国区域的基准站共123站进行北斗精密定轨,得到目前较高精度的北斗精密轨道:GEO、IGSO和MEO卫星的定轨精度(1DRMS)为10.3 cm、2.8 cm和3.2 cm,径向精度均优于2 cm。在此基础上分析了中国区域基准站对北斗定轨的贡献,结果表明加入中国区域基准站后,重叠弧段精度平均提高了17.6%,其中IGSO卫星精度提高了36.3%。采用ODOP值和SLR检核方法进一步分析后发现,ODOP改善趋势、SLR检核精度提高程度与重叠弧段精度一致。
    全极化GNSS-R陆面参数延迟多普勒图模型
    吴学睿, 金双根
    2018, 47(S0):  101-108.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180321
    摘要 ( 85 )   HTML   PDF (5386KB) ( 137 )  
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    目前,针对GNSS-R的研究多从观测角度出发,对其散射机理研究相对较少。本文针对GNSS-R(GNSS-reflectometry)反射信号陆面参数的延迟多普勒图理论模型展开研究,对于陆面参数(裸土、植被)的双站散射特性的计算采用修改后的随机粗糙面散射模型和零阶/一阶辐射传输方程模型。通过该模型模拟分析了裸土、植被参数变化时,相应的延迟多普勒图的变化。同时为利用极化信息进行相应地物参数地后向反演,模型中增加全极化计算功能。全极化GNSS+R陆面参数延迟多普勒图理论模型的研究有助于星载数据的解释、地表试验设计、数据仿真和后向反演算法的开发。
    遮挡环境下BDS/GPS等权组合载波相位时间传递方法
    于合理, 郝金明, 郭福生, 郭佳郁
    2018, 47(S0):  109-116.  doi:10.11947/j.AGCS.2018.20180291
    摘要 ( 152 )   HTML   PDF (4945KB) ( 105 )  
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    给出了BDS/GPS组合载波相位时间传递的数学模型,通过设置不同的高度截止角来模拟遮挡环境,对比分析BDS、GPS和BDS/GPS在不同遮挡环境中的时频传递效果。结果表明:当单系统可视卫星较多时,BDS/GPS时频传递性能相比单系统并没有明显提高;当高度截止角高大于30°时,单系统由于可见卫星数不足无法实现连续的时频传递,而BDS/GPS组合仍然可以获得连续的时频传递结果,时频传递的稳定性和收敛速度明显优于单系统。这对于深露天煤矿、城市峡谷等遮挡严重的区域具有十分重要的应用价值。