北斗卫星导航系统伪距差分定位技术研究

基于北斗导航定位系统关键技术研究摘要：北斗卫星导航定位系统是我国自主研发的卫星导航定位系统，具有完全的独立自主性，最终目标是提供全球范围内的定位服务，由于定位导航系统在社会各个领域的作用愈显明显，北斗卫星导航定位系统的研究愈发重要。

对水下目标长时间水下航行的高精度导航定位需求，设计了基于北斗的水下精确导航定位系统框架，分析了系统组成、定位原理，对浮标姿态和水声梯度变化对定位解算的影响，研究了定位误差校正技术；基于北斗浮标的高稳定设计要求，研究了浮标稳定性设计技术。

通过仿真及水上试验对系统性能进行了全面验证和系统优化，试验结果表明，该系统实现了北斗精确定位能力。

关键词：北斗；水下定位；技术实现高精度定位是中国自主研制、自主发展的北斗卫星导航定位系统的最高发展方向，其中，实时差分定位技术一网络RTK技术是近几年发展的一种高精度卫星定位技术，其以覆盖面广、全天候监测、定位精度高的特点在北斗精确定位的研究中受到重视，推动了北斗在高精度领域上的发展。

随着国家海洋强国战略的推进，如何利用智能化、多任务的水下平台和装备开发海洋资源以及维护海洋权益已成为当前发展重点，而水下长时间的精确导航定位则是水下平台装备执行各项任务的关键。

卫星导航技术的应用成功实现了陆地及外部空间的导航定位能力，“北斗”是我国自主研发的卫星导航系统，对我国军事领域民用领域都有着重大的战略意义。

一、北斗系统定位原理1、北斗系统定位原理。

在平面上，两条非平行的直线可以确定一个点，而在在空间中，两个相交的曲面可以确定一条曲线，三个相交的曲面就可以确定两个点，北斗导航定位系统就是根据这个原理来进行定位解算的。

假设我们已知三个卫星的空间位置，以及北斗定位接收机到这三个卫星的距离，那么，我们的北斗接收机肯定就位于以三个卫星为球心，以卫星到接收机距离为半径的三个球的交点上，我们可以根据先验知识很容易的排除另外一个点，因为，那个点并不会在地球上。

通常情况下，我们需要四颗卫星才可以进行定位解算，因为，我们要将每颗卫星的时延也作为一个未知变量参与方程组的求解。

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。

伪距差分原理
伪距差分原理是一种通过测量卫星信号的伪距差来确定接收机位置的方法。

在使用全球定位系统（GPS）等卫星导航系统进行定位时，接收机需要同时接收多颗卫星的信号。

每颗卫星都会发送一个精确的时间信号，接收机通过测量自身接收到的卫星信号与卫星发送的信号之间的时间差（即伪距差）来计算自身与卫星的距离。

伪距差分原理的基本原理是：先将一个已知位置的基准站接收到的卫星信号质量较好的伪距数据与接收到的同一颗卫星信号的伪距数据进行比较，得到差分改正值。

然后将这个差分改正值应用到未知位置的移动接收机的伪距数据上，得到修正后的伪距数据。

通过修正后的伪距数据，再利用三角定位等方法，就可以精确计算出移动接收机的位置。

伪距差分原理的优点是能够有效消除大气延迟、钟差等误差，提高定位的精度。

但它的缺点是需要一个基准站的支持，并且基准站与移动接收机之间的距离不能太远，以保证差分改正值的准确性。

伪距测量及定位原理伪距测量及定位原理是一种基于卫星信号的测距技术，可以用来确定接收器的位置。

这种技术是现代导航系统中最常用的定位技术之一。

伪距测量是通过测量卫星信号从发射到接收器的时间来计算距离，再结合卫星的位置信息，最终确定接收器的位置。

伪距测量的原理是基于卫星导航系统发射的信号在空间中传播的速度是已知的。

当卫星信号到达接收器时，可以通过测量信号从发射到接收器的时间来计算距离。

由于卫星的位置信息是已知的，通过多个卫星的信号测距，可以得到接收器相对于这些卫星的距离。

进一步，通过三个或以上的卫星信号测距，可以利用三边定位原理来确定接收器的位置。

伪距测量及定位原理的关键在于准确测量信号的传播时间。

接收器会接收到多个卫星的信号，每个信号都会有一个不同的传播时间。

为了准确测量传播时间，接收器需要和卫星进行时间同步。

卫星会通过导航信号发送时间信息，接收器通过接收这些信息来进行时间同步。

一旦接收器和卫星的时间同步完成，接收器就可以通过测量信号的传播时间来计算距离。

伪距测量及定位原理的精度受到多种因素的影响。

首先，信号的传播速度在大气中会发生变化，这会导致距离的测量误差。

其次，卫星的位置信息也会存在一定的误差。

此外，接收器本身的误差也会对定位精度产生影响。

为了提高定位的精度，可以使用差分定位技术，通过与参考站的信号进行比较，消除误差。

伪距测量及定位原理在现代导航系统中得到了广泛应用。

全球定位系统（GPS）就是一种基于伪距测量及定位原理的导航系统。

通过接收多颗卫星的信号，GPS可以实现准确的定位和导航。

除了导航系统，伪距测量及定位原理还可以应用于地震监测、航空航天等领域。

总结一下，伪距测量及定位原理是一种基于卫星信号的测距技术，通过测量信号的传播时间来计算距离，再结合卫星的位置信息，最终确定接收器的位置。

这种技术在现代导航系统中得到了广泛应用，提供了准确的定位和导航功能。

尽管伪距测量及定位原理存在一定的误差，但通过差分定位等技术，可以提高定位的精度。

基于北斗导航定位系统的伪卫星技术研究一、本文概述随着科技的飞速发展，全球定位系统（Global Positioning System，GPS）在军事、民用等多个领域发挥了巨大作用。

依赖单一系统的风险逐渐显现，特别是在复杂环境和关键领域，如航空、航海等，多系统融合定位技术成为了研究的热点。

北斗导航定位系统（Beidou Navigation Satellite System，BDS）作为我国自主研发的全球卫星导航系统，其独特的优势和广泛的应用前景，使得基于北斗导航定位系统的伪卫星技术研究显得尤为重要。

伪卫星技术，也称为地面增强系统（Ground Augmented System，GAS），通过在地面设置类似于卫星的信号发射装置，可以增强或补充卫星导航信号，提高定位精度和可用性。

本文旨在深入研究基于北斗导航定位系统的伪卫星技术，分析其工作原理、系统架构、关键技术以及应用场景，为我国在全球导航卫星系统领域的技术创新和应用发展提供参考。

本文将首先介绍北斗导航定位系统的基本原理和发展现状，为后续伪卫星技术的研究奠定基础。

随后，详细阐述伪卫星技术的基本概念和关键技术，包括信号生成、传输、接收和处理等方面。

在此基础上，探讨伪卫星技术在不同应用场景下的优势和挑战，以及未来的发展趋势。

对全文进行总结，并指出需要进一步研究的问题和方向。

通过本文的研究，我们期望能够为北斗导航定位系统的伪卫星技术提供更加全面、深入的理论支持和实际应用指导，推动我国在全球导航卫星系统领域的技术进步和应用创新。

二、北斗导航定位系统分析北斗导航定位系统（BDS）是中国自主研发的全球卫星导航系统，旨在为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。

该系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，其中空间段包括地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中地球轨道卫星等多种类型的卫星，共同构成覆盖全球的卫星网络。

在技术特点上，北斗导航定位系统采用了三频信号、星间链路、区域短报文通信等独特设计，提高了系统的可用性和精度。

高精度卫星定位技术误差分析与改进策略高精度卫星定位技术是现代导航和地理信息系统中的关键技术之一，它通过接收卫星信号来确定接收器在地球上的精确位置。

随着科技的发展，高精度卫星定位技术在各个领域，如测绘、交通、农业、事等，都发挥着越来越重要的作用。

然而，这项技术在实际应用中仍然面临着多种误差源，这些误差源可能会影响到定位的精度和可靠性。

本文将探讨高精度卫星定位技术中的误差分析，并提出相应的改进策略。

一、高精度卫星定位技术概述高精度卫星定位技术主要依赖于全球导航卫星系统（GNSS），如的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）、欧洲的伽利略（Galileo）和中国的北斗导航系统（BDS）。

这些系统通过发射卫星信号，使得地面接收器能够计算出其位置、速度和时间。

1.1 卫星定位技术原理卫星定位技术基于三角测量原理，即通过测量接收器与至少四颗卫星之间的距离，来确定接收器在三维空间中的位置。

接收器通过计算信号传播时间来确定距离，而信号的传播时间与卫星和接收器之间的距离成正比。

1.2 定位技术的应用场景高精度卫星定位技术在多个领域有着广泛的应用，包括但不限于：- 测绘工程：用于地形测绘、土地规划和工程建设。

- 交通导航：提供车辆定位、路线规划和实时导航服务。

- 精准农业：指导农业机械进行精确播种、施肥和收割。

- 事应用：用于定位、导航和武器制导。

二、高精度卫星定位技术的误差分析尽管高精度卫星定位技术在理论上可以提供非常精确的位置信息，但在实际应用中，多种误差源会影响定位的精度。

2.1 卫星误差卫星误差主要包括卫星轨道误差和卫星钟差。

卫星轨道误差是由于卫星轨道模型与实际轨道之间的偏差造成的，而卫星钟差则是由于卫星时钟与标准时间之间的偏差造成的。

2.2 信号传播误差信号传播误差主要包括电离层延迟和对流层延迟。

电离层延迟是由于卫星信号在通过电离层时受到电子密度变化的影响，导致信号传播速度的变化。

对流层延迟则是由于信号在通过对流层时受到温度、湿度和大气压力变化的影响。

差分北斗定位原理主要是通过求差消除公共误差源，如大气层延迟、多路径效应等对定位的影响，以得到高精度的位置信息。

其基本工作原理是通过已知位置的基准站和移动站观测相同卫星的同步观测信息，得出同一卫星的同步卫星观测值之差，并送入解算器，得到差分电压，再通过传输系统，将差分电压送给移动站，用于改正移动站用户的观测量。

具体来说，差分定位技术的基本原理是在基准站上对所有可见卫星进行观测，并求得各卫星的伪距观测值和各卫星的卫星钟差。

然后根据基准站和移动站的同一时间、同一卫星的伪距观测值求得各卫星的整周模糊度。

基准站和移动站同时观测相同的卫星，由于两站距离很短，其内部系统误差影响也大体相同，求得的整周模糊度差异就主要代表了外周误差，也就是这两站对该位置而言的外部公共误差信息。

然后在移动站利用基准站发送的这些误差信息来修正自己的观测数据。

当把修正后的伪距观测值带入一个可支持伪距观测值解算的算法模型中即可求得厘米级甚至毫米级的精度位置信息。

以上就是差分北斗定位的基本原理，可以看出，差分定位能够显著提高定位精度，尤其适用于解决高精度位置服务的问题。

四大卫星导航系统伪距单点定位性能对比摘要引言卫星导航定位系统的成功产生，促进了卫星导航定位市场这一新兴产业的发展。

全球卫星导航业务一直被美国的GPS即全球定位系统(Global Positi oning System )所垄断。

目前，GPS以其技术优势和廉价的使用成本，在全球得到广泛应用，涉及野外勘探、陆路运输、海上作业及航空航天等诸多行业，其相关产品和服务市场的年产值达80亿美元，成为当今国际公认的八大无线产业之一。

然而在海湾战争和阿富汗战争期间，欧洲使用的GPS系统曾经受到限制，而且定位精度也有所下降；尤其在科索沃战争中，美国还曾经单方面关闭过巴尔干地区的民用导航信号源。

GPS是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

在美国全面研制成功并运用到民事和军事领域后，全球各个大国发现了其潜在危机以及机遇。

随后，是俄罗斯的卫星系统“格洛纳斯GLONASS,是俄语中“全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYST的缩写。

最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。

俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。

紧接其后是中国的北斗导航系统，他于1994年启动北斗卫星导航试验系统建设。

在之后是欧洲的卫星导航系统。

2002年3月26日，欧盟首脑会议批准Galileo卫星导航定位系统的实施计划。

这标志着在2008年欧洲将拥有自己的卫星导航定位系统，并结束美国的GPS 独霸天下的局面。

第一章伪距单点定位根据观测值的不同，卫星导航系统单点定位可以分为伪距单点定位和相位单点定位。

其中伪距单点定位因速度快、不存在整周模糊度、接收机价格低等优势，被广泛用于各种车辆、舰船的导航和监控、野外勘测等领域。

伪距单点定位原理测码伪距是由卫星发射的码到测站的传播时间与光速的乘积所得的量测距离。

北斗卫星导航系统伪距差分定位技术的分析作者：罗程来源：《科技创新与应用》2018年第26期摘要：文章介绍了北斗卫星导航系统（BDS）的伪距差分定位模型。

结合GPS的伪距差分定位模型对该模型进行了比较，并对北斗导航系统的整体情况进行了介绍和概述，对比计算基线结果的精度，结果表明北斗导航系统的伪距差分可以达到亚米级的精度，对BDS地基的加固施工提供了新方向；同时还讨论了BDS卫星可见数对伪距差分定位的影响，对以后的工作提供指导借鉴。

关键词：北斗卫星导航系统；伪距差分定位；定位技术中图分类号：TN967.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）26-0156-02Abstract： This paper introduces the pseudo-range differential positioning model of BeiDou satellite navigation system （BDS）. Based on the pseudo-range differential positioning model of GPS， the model is compared， the overall situation of BeiDou navigation system is introduced and summarized， and the accuracy of baseline results is compared. The results show that the pseudo-range difference of the BeiDou navigation system can reach the accuracy of sub-meter level， which provides a new direction for the construction of BDS foundation reinforcement， and the influence of the visible number of BDS satellites on the pseudo-range differential positioning is also discussed.Keywords： BeiDou satellite navigation system （BDS）； pseudo range differential positioning； positioning technology1 概述BDS即指北斗卫星导航系统，该系统是世界四大导航定位系统之一，同时还有美国GPS，俄罗斯GLONASS和欧盟伽利略系统。

GPS伪距定位原理解析GPS（Global Positioning System）全球卫星定位系统是一种基于卫星导航的定位和导航技术。

其核心是通过接收来自卫星的信号并计算信号的传播时间来确定接收器的位置。

而GPS伪距定位原理是GPS定位中最常用的一种方法。

一、信号传播时间计算GPS伪距定位原理的第一步是计算卫星信号传播的时间，也称为“伪距”。

接收器接收到来自至少4颗卫星的信号，并通过测量信号传播的时间来确定其与每颗卫星的距离。

伪距计算的基本原理是根据信号发送和接收之间的时间差来计算距离。

具体的计算方法是通过接收机和卫星的时钟进行时间同步，接收机记录下信号接收的时刻（T_r）以及卫星信号发送的时刻（T_s），然后计算两者之间的时间差Δt=T_r-T_s。

然而，接收机的时钟和卫星的时钟并不精确，存在一个时间偏差Δt_s，因此需要考虑纠正。

二、伪距的计算接下来，通过伪距的计算，可以找出接收机与卫星之间的距离。

由于速度为c的电磁波在传播过程中传播速度几乎不变，因此可以通过伪距的计算得到距离。

伪距（Pseudo-range）的定义是卫星到接收机之间的几何距离加上其他误差（如大气误差、多径效应等）。

伪距计算公式为：Pseudo-range = Speed of light * (T_r - T_s) + c*Δt_s三、卫星位置确定接下来的任务是确定卫星的位置。

GPS接收器通过多个卫星的信号来确定自身的位置。

但是，仅通过一个卫星的信号无法准确测量位置，至少需要4颗卫星的信号才能计算出准确的位置。

卫星的位置是由GPS导航系统的控制段计算得出的，导航系统中的主要组成部分是GPS的地面控制段。

此部分由一组地面站和控制中心组成，这些地面站通过GPS信号来监控卫星的位置和状态，并计算出它们的轨道参数。

通过接收到的卫星的信号，接收器可以从每颗卫星中获取关于卫星的信息，包括卫星的识别号、传播时间以及卫星的位置。

四、位置计算一旦卫星的位置确定，并且伪距计算完成，接收机就可以开始计算自身的位置了。

伪距定位原理伪距定位是一种基于卫星导航系统的定位技术，通过测量接收机与卫星之间的信号传播时间，计算出接收机与卫星之间的距离，从而实现定位的方法。

它是全球定位系统（GPS）等卫星导航系统的核心原理之一。

伪距定位的原理是基于信号传播时间的测量。

卫星导航系统中的卫星发射信号，接收机接收到信号后，通过测量信号传播的时间差来计算距离。

具体的步骤包括以下几个方面：卫星导航系统中的卫星发射的信号是带有时间标记的，接收机接收到信号后可以获取到信号的发射时间。

接收机内部的时钟也会记录下接收信号的时间。

然后，接收机会根据信号传播的时间差来计算距离。

由于信号在空间中的传播速度是已知的，可以使用速度乘以时间的方法来计算距离。

即距离 = 速度× 时间差。

接下来，为了精确计算距离，需要考虑到信号传播过程中可能存在的误差。

其中最主要的误差是信号传播速度的不确定性。

由于信号在大气层中传播会受到大气折射的影响，导致信号传播速度发生变化。

为了补偿这个误差，接收机会使用传播速度的平均值来计算距离。

通过同时测量多颗卫星的信号传播时间差，可以计算出接收机与卫星之间的距离，并利用三角定位原理来确定接收机的位置。

通过测量多颗卫星的伪距，可以得到多个方程，通过解这些方程可以确定接收机的位置坐标。

伪距定位原理的关键在于准确测量信号传播的时间差。

为了提高定位的精度，还需要考虑到其他误差的影响，如卫星运动的误差、接收机钟差的误差、多路径效应等。

针对这些误差，可以采取差分定位、精密星历预报、多路径抑制等技术手段来进行校正和补偿，提高定位的准确度和可靠性。

总结一下，伪距定位原理是一种基于信号传播时间的定位方法，通过测量信号传播的时间差来计算距离，并利用多颗卫星的伪距来确定接收机的位置。

它是卫星导航系统的核心原理之一，广泛应用于航空、航海、车辆导航等领域。

通过不断的技术改进和创新，伪距定位技术的定位精度和可靠性将进一步提高，为人们的定位需求提供更好的解决方案。