多GNSS间系统偏差建模与预报方法研究

发布时间：2020-05-31 00:01

【摘要】：2018年12月27日北斗卫星导航系统建成基本系统,正式向“一带一路”国家和地区提供基本导航服务,并将在未来一段时间内处于BDS-2/BDS-3共存的局面。BDS-3卫星播发了新的卫星信号B1C和B2a,并且应用了诸多新技术,其性能提升需进一步的探究。随着iGMAS的不断发展,当前已有22个跟踪站能够接收到BDS-3卫星信号,需要全面的评估每个接收机的性能水平。结合BDS-3卫星,多系统GNSS精密单点定位(MGPPP)可以提高定位精度、可靠性和可用性,但由于BDS-3卫星的改进,是否会与BDS-2卫星产生系统间偏差(ISB)。针对上述问题本文主要研究内容如下:(1)本文研究了数据完整性、信噪比、多路径效应、电离层延迟和周跳5种观测数据质量分析指标和方法,并开发了多系统GNSS观测数据质量分析软件。检验了BDS-3卫星B1C和B2a信号的性能水平,其观测数据质量已达到和GPS/Galileo卫星相当水平。(2)介绍了当前22个iGMAS跟踪站的接收机类型和分布情况,分析了各跟踪站对BDS-3卫星B1C和B2a信号的接收能力。结果表明,GNSS_GGR接收机的码观测值存在较大的粗差,UB4B0-13478接收机受电离层影响较严重,CETC-54-GMR-4011接收机的周跳现象较严重,CETC-54-GMR-4016接收机在各方面表现出良好的性能。(3)研究了多卫星系统间系统偏差的处理方法,提出了一种GPS/BDS-2/BDS-3组合PPP估计ISB的解算模型。估计了4种接收机类型的iGMAS跟踪站BDS-2和BDS-3相对于GPS的ISB参数,进而分析了BDS-2和BDS-3间ISB(ISB_(B2,B3))短期稳定性。结果表明,ISB_(B2,B3)与接收机类型有关且日变化较为稳定,对于BDS-2(B1I,B3I)/BDS-3(B1I,B3I)观测组合,ISB_(B2,B3)的量级为几纳秒,日标准差平均值约为3 ns。对于BDS-2(B1I,B3I)/BDS-3(B1C,B2a)观测组合,ISB_(B2,B3)的量级为四百纳秒左右,日标准差平均值约为10 ns。(4)针对ISB_(B2(B1I,B3I),B3(B1C,B2a))的特性,提出了一种八次多项式(OP)和自回归移动平均模型(ARIMA)组合的ISB短期预报模型,并验证了模型精度及预报精度。结果表明,拟合和预报残差平均绝对误差MAE分别在0.124 ns-0.226 ns和1.322-5.470 ns间,均方根误差RMS分别在0.345 ns-0.666 ns和1.623-6.025 ns间。各跟踪站间无显著性差异,说明提出的短期ISB模型具有较高的拟合精度和良好一致性。(5)提出了一种附加ISB约束的GPS/BDS-2/BDS-3组合PPP模型,并验证了ISB对MGPPP的影响。结果表明,开放环境下和遮挡环境下N、E、U方向的收敛时间分别缩短了1.13%、1.97%、0.95%和1.58%、1.63%、0.34%,定位精度分别提高了4.12%、6.31%、4.50%和15.79%、8.90%、8.28%。
【图文】：

技术路线图,论文,质量分析,密星

GNSS 多系统质量分析软件对当前 iGMAS 跟踪网全部据进行质量分析，评估各个跟踪站对 BDS-3 卫星 B1C 和基于上述 5 个指标对比不同类型接收机的数据质量，为下的 ISB 提供数据质量方面的依据。 BDS-3 卫星播发了新的卫星信号和应用了诸多新技术带中将 BDS-2 和 BDS-3 视为两个卫星导航系统。解算 GP密星历，并验证其轨道和钟差精度。基于无电离层组合组合 PPP 估计 ISB 的解算模型，通过 GPS+BDS-2 和 GBDS-2和BDS-3相对于GPS的ISB参数，，进而得到BDS-分析此 ISB 的短期特性。据上述 ISB 的短期特性，提出一种八次多项式（OP）和自（ARIMA）组合的 ISB 短期预报模型，并验证 ISB 模型报 ISB 作为先验约束加入到 GPS/BDS-2/BDS-3 组合 PPP精度和收敛时间的提升水平。

轨迹图,卫星星下点,频率分配,系统表

2 时空基准及多 GNSS 系统表 2-4 不同卫星信号的频率分配情况Table 2-4 Frequency assignment of different satellite signalsBDS-2 B1I B3I B2IBDS-3 B1C B1I B3I B2b B2aGPS L1 L2 L5Galileo E1 E5b E5a频率（MHz） 1575.42 1561.098 1268.52 1227.60 1207.14 1176.45波长（cm） 19.03 19.20 23.63 24.42 24.83 25.48
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P228.4

【参考文献】