以下文章来源于卫星导航国际期刊 ，作者苏珂
标题：高时间分辨率BDS伪距偏差估计：可行性、影响因素和必要性
作者：苏珂*，焦国强
主题词：北斗卫星导航系统; 伪距观测值特定信号偏差; 差分码偏差; 无几何函数模型; 卫星弹性功率
引用文章:
Su, K., Jiao, G. Q. Estimation of BDS pseudorange biases with high temporal resolution: feasibility, affecting factors, and necessity. Satell Navig 4, 17 (2023). https://doi.org/10.1186/s43020-023-00103-8
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https://satellite-navigation.springeropen.com/articles/10.1186/s43020-023-00103-8
本文亮点
1.提出了高时间分辨率GNSS卫星伪距偏差估计方法，分析了卫星伪距偏差变化的影响因素，并论证了估计高时间分辨率GNSS卫星伪距偏差的可行性和必要性。
2.分析了BDS-2和BDS-3两种卫星弹性功率模式，评估了BDS卫星在常态和弹性功率期间卫星伪距偏差的性能。
3.基于当前CAS和DLR等分析中心提供的GNSS卫星伪距偏差产品现状，给出了相应的改进建议和处理策略。
内容简介
卫星弹性功率是GNSS进行信号增强的手段之一，从而以实现弹性PNT服务。BDS和GPS的弹性功率现象比较常见，在卫星系统维护和升级以及战争和军事行动等情形下，弹性功率现象尤其频繁。卫星弹性功率不仅会影响GNSS C/N0观测值特性，也会导致卫星伪距偏差产生明显变化，但现有机构只能提供低时间分辨率的卫星伪距偏差产品。
基于此，本文提出了高时间分辨率GNSS卫星伪距偏差估计方法，从无几何函数模型出发，使用球谐函数进行电离层建模并采用Kalman滤波进行逐历元估计卫星伪距偏差，分析了在卫星常态和弹性功率期间高时间分辨率BDS卫星伪距偏差的性能，验证了在卫星弹性功率期间BDS卫星伪距偏差会发生了大幅度变化。对卫星常态期间广播星历和CAS提供的卫星伪距偏差产品以及估计的高时间分辨率卫星伪距偏差产品进行分析，结果表明，在卫星常态期间内，三种不同时间分辨率的卫星伪距偏差产品都较为稳定，BDS-3卫星伪距偏差的稳定性要优于BDS-2。以CAS产品为参考真值，估计的高时间分辨率卫星伪距偏差精度为0.2-0.4 ns。BDS-2和BDS-3卫星弹性功率模式并不相同，BDS-2卫星弹性功率期间B3I观测值信号功率出现了变化，而BDS-3则是对所有频点信号功率同时进行了调整，BDS-2卫星弹性功率现象比BDS-3更加活跃。
因此，现阶段CAS和DLR等分析中心提供的低时间分辨率的卫星伪距偏差产品已经不能满足用户在卫星弹性功率期间实时高精度定位的需求，在不同时期，可以向用户提供不同时间分辨率的“常态”和“弹性”卫星伪距偏差产品使用，这将进一步提升GNSS服务性能的稳定性。
图文导读
I 高时间分辨率卫星伪距偏差估计模型
高时间分辨率卫星伪距偏差估计流程可以分为两步。第一步在对伪距和相位观测值构建无几何函数模型后，即可获取到频内偏差、包含频间偏差的电离层延迟以及多频频间偏差的线性组合。第二步通过使用球谐函数进行电离层建模分离出对应的电离层延迟，通过施加外部约束基准和使用Kalmna滤波即可计算生成对应频点以及频点组合的伪距偏差，包括伪距OSB和DCB。
图 1 GNSS伪距偏差估计流程图。
II 卫星常态期间高时间分辨率卫星伪距偏差性能
从图2可以看出，BDS TGD最大变化振幅分别为1.30、0.80、0.76和0.47 ns。其中，BDS-2和BDS-3都支持播发TGD1参数，而只有BDS-2播发TGD2参数，BDS-3则单独播发TGDB1C和TGDB2a参数。
图 2 2022年1-4月期间BDS TGD1、TGD2、TGDB1C和TGDB2a时间序列。
与BDS TGD一致，CAS BDS卫星伪距偏差时间序列连续稳定，对应的C2I、C6I、C7I、C1P和C5P伪距OSB以及C2I-C6I、C2I-C7I、C1P-C6I和C1P-C5P DCB时间序列平均STD分别为0.28、0.43、0.50、0.28、0.36、0.15、0.16、0.12和0.13 ns。估计的高时间分辨率卫星伪距偏差时间序列平均STD分别为0.25、0.38、0.44、0.25、0.34、0.13、0.17、0.12和0.19 ns，其结果同样连续稳定。其中，BDS-3伪距偏差稳定性要略优于BDS-2，这与星座观测值质量有关。
图 3 2022年1-4月期间CAS和估计的BDS伪距偏差产品时间序列。其中，CAS和估计的产品的采样率分别为1天和30 s，‘CXX’和‘CXX-CYY’分别表示伪距OSB和DCB。
III 卫星弹性期间高时间分辨率卫星伪距偏差变化
图4中选用的接收机都监测到S6I观测值的C/N0值发生变化，而S2I和S7I观测值则表现出正常的变化特性。S6I时间序列在DOY 183和187内分别提高和下降了2-10 dB，IGSO/MEO卫星和GEO卫星C/N0值变化特性并不一致，原因是C/N0值随高度角变化。因此，可以认为BDS-2在此期间出现了卫星弹性功率现象。
图 4 IGS测站COCO、JFNG、WUH2和URUM C/N0值时间序列。
图5中三种类型的伪距偏差都展现出较大量级的变化，其中与C6I类型相关的伪距偏差都发生了变化，包括C2I、C6I和C7I伪距OSB以及C2I-C6I DCB，所有类型的伪距OSB都表现出大量级的变化，这是因为OSB是由各自的对应基准所决定的，它们之间的相互关系导致了这一现象。DCB的变化范围在4-13 ns，伪距OSB的变化范围在40 ns以内。高时间分辨率伪距偏差产品可以快速响应出卫星伪距偏差的变化，而低时间分辨率的产品则会有一定的延迟。
图 5 BRD、CAS和估计的BDS-2伪距偏差时间序列。
BDS-3也出现了卫星伪距偏差变化现象，以C45和C46为例，图6为BRD、CAS和估计的BDS-3 C45和C46卫星伪距偏差时间序列，可以看到两颗卫星几乎所有的伪距偏差都发生了大幅度的变化。
图 6 BRD、CAS和估计的BDS-3 C45和C46卫星伪距偏差时间序列。
BDS-3伪距偏差变化同样也是卫星弹性功率导致的，从图7可以看出，与BDS-2弹性功率不同，BDS-3卫星是在所有信号上同时提高了卫星功率，在这里可以将其看成是另一种类型的卫星弹性功率。
图 7 2022年DOY 258和263测站JFNG、URUM和WUH2 C/N0时间序列。
作者简介
苏珂 博士
本文第一和通讯作者
航天工程大学
▍作者简介
苏珂，航天工程大学讲师，研究方向卫星导航定位相关应用。发表SCI论文20余篇，第一作者10余篇。担任Satellite Navigation青年编委、IAG电离层状态和动态预测工作组成员等。
转自：“测绘学术资讯”微信公众号
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