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作者:xiaokcehui2025-6-7 4:17分类: GNSS 标签: 极地导航

GNSS能够全天候提供伪距、载波相位2种测距信息,伪距单点定位易于实现,已经成功应用于中国青藏铁路,是目前基于卫星导航列控中最常用的定位手段,但该方法精度相对较低,单独使用无法满足铁路运输的发展要求,通常需要结合其他传感器实现多源信息融合才满足列车基本定位需求。 相比之下,载波相位量测因其精确特性,常被用于精密定位。基于载波相位测距信息,实时动态(Real Time Kinematic,RTK)载波相位差分技术能够实现厘米甚至毫米级的定位结果,杨德芳等利用差分技术,实现了整周模糊度固定条件下的精密定位, 在东北天坐标系下获得毫米级定位误差。差分定位还可以有效消除信号传播中的误差,是实现精密定位最有效的手段之一,但是RTK或者差分技术需要在一定距离内设置基站,无法摆脱对其他设备的依赖,不符合列车智能化、集成化的发展方向。

伪距观测值:由卫星发射的测距码信号到达接收机天线的传播时间乘以光速得出的量测距离,以GPS信号为例,了解到GPS粗码的码元宽度为293.05m,精码为29.3m,前者定位精度2-3m,后者定位精度0.3m。

载波相位测量的观测值:接收机本机震荡产生的相位与接收到的卫星载波相位之差 ,以GPS为例,L1载波波长约为19.03cm,L2载波波长约为24.42cm。

载波波长较短,所以测距精度更高。

精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)利用载波相位,在单台接收机的条件下就可以获得高精度定位结果。Cavalheri等利用地图约束的方法辅助PPP,获得了厘米级的定位误差,且模型表现优于标准PPP。PPP虽然可以解决差分基站问题, 却需要借助精密星历,该星历一般在12d后才能发布,无法满足列车定位实时性需求,

因此,研究非差条件下的模糊度实时估计模型,实现基于广播星历的实时载波相位单点定位具有重要意义。

2017年第82~84天,利用1个北京架设站和13个MGEX亚太站,数据采集间隔为30s,高度截止角为10°,统计BDS2、GPS和BDS2/GPS的定位精度。

北斗B1/B2双频伪距单点定位平均水平定位精度为2.15m,高程定位精度为3.21m,三维定位精度为3.88m;GPSL1/L2双频伪距单点定位平均水平定位精度为1.45m,高程定位精度为2.57m,三维定位精度为2.96m;北斗/GPS双频伪距单点定位平均水平定位精度为1.17m,高程定位精度为1.83m,三维定位精度为2.19m。

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北斗二号双频伪距单点定位精度差于GPS的原因如下:

1)北斗空间星座几何构型弱于GPS;

2)北斗空间信号质量与GPS相比仍存在一定差距。

2017年4月15日在南海,使用司南M300接收机,1s采集间隔,采集23h动态数据,以星站差分为基准(0.1m),统计统计BDS2、GPS和BDS2/GPS的定位精度。

北斗载波相位单点定位水平精度优于1.5m,GPS和北斗/GPS组合定位水平精度优于0.7m。

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BDS3(2020年7月)在BDS2的基础上增加了4个新信号,具体为B1C (1575.42 MHZ)、B2a (1176.45 MHZ)、B2b (1207.140 MHZ)和B2a+b (1191.79 MHZ)。

在整体上N方向上的定位精度高于E、U方向, 组合系统GPS/BDS较GPS单系统定位精度高; 在E方向,GPS与GPS+BDS组合的定位精度相当, GPS/BDS-3、GPS/BDS-2/BDS-3的新旧信号定位精度相当;在N方向, GPS/BDS-3、 GPS/BDS-2/BDS-3的新信号整体略优于旧信号; 在U方向, GPS/BDS-3、GPS/BDS-2/BDS-3的新信号全面优于旧信号, 定位精度有了较大的提高。

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2018年6月京沈高铁试验段动态数据进行仿真测试,数据总时长为15min,采样间隔为0.1s。SPP伪距单点定位,ND非差定位。

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使用GPS/BDS双天线测姿,和惯导进行组合导航。选用在2020年12月6日朔黄线的一段10 min左右的数据进行实验。其间列车运行状况正常,位于定州东站—定州西站之间,场景开阔,卫星信号良好。全状态指GNSS+INS。

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为了克服双接收机接收到的GPS共同卫星数目波动频繁的问题,在系统中加入BDS卫星,可以有效提高双天线测姿的稳定性和精度,并在传统的松组合基础上加入速度和姿态实现全状态融合,可以有效抑制INS的发散,使航向角和横滚角的均方根误差分别为0.305 9和0.132 4,有效提高了组合导航系统的精度和稳定性。

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小结

1)BDS3/GPS+INS组合导航的航向角均方根误差(RMS)能到0.31°;

2)BDS3/GPS+INS组合导航的位置均方根误差能到1-2m。



参考文献

BDS-3新频点信号双频精密单点定位精度分析_卢福康2024

北斗_GPS双频载波相位单点定位模型及精度分析_李金龙2020

https://blog.csdn.net/qq_43381998/article/details/135373792

https://blog.csdn.net/qq_43381998/article/details/135024347

北斗卫星导航系统和全球卫星通信系统_宫山2022

https://zhuanlan.zhihu.com/p/158720182

https://www.ithome.com/0/730/425.htm

多星座GNSS/INS组合高精度定位算法研究及后处理软件开发_邓诗键2023

基于多星座卫星定位与惯性导航全状态融合的列车组合导航系统_王剑2022

GPS_BDS联合解算的列车高精度实时定位方法_王剑2021

GNSS四星座融合PPP与性能分析_李越2021

多频率多星座GNSS快速精密定位关键技术研究_李昕2021

GNSS多源融合导航及其自主完好性监测技术研究_张文宇2021

收购海事卫星组织折射什么?_本报记者__党博文2021

卫星通信:智能船舶的连接基石_王思佳2025

美国Viasat完成对Inmarsat的收购_本刊讯2023

https://www.whzhtd.com/gsxw/209.html

https://baike.baidu.com/item/海事卫星/3067881


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