Compass系统差分码偏差参数的高精度监测与预报

As one of the important error sources for GNSS's positioning, navigation and timing services, differential code bias (DCB) parameters are broadcasted to users for the correction of systematic biases existing between different psudorange signals. Precise estimation of the DCB parameters is neceassary for ionospheric modeling and ionospheric delay grid corrections. COMPASS's constellation along with limited ground monitoring coverage present chanllenges for precise monitoring and forecast of its DCB parameters, for which we propose a new method to integrate measurements of both GPS and COMPASS. Studies on proper contraint implementation, separation of timing group delay (TGD) of satellites from inter-frequency bias (IFB) of receivers, DCB parameters estimation algorithm with GPS and Compass measurements, DCB accuracy assessment, long-term characteristic analysis of TGD paramters and prediction, are the core of this proposal. Expected accuracy of Compass TGD parameters estimation will be better than 0.5 ns. Real measurements of both GPS and COMPASS will be used to validate the method proposed. Furthermore, the long-term trend and forecast capabilities of COMPASS TGD parameters will be studied.

差分码偏差DCB参数（包括卫星TGD和接收机IFB）描述导航卫星发播的不同测距伪码之间的系统性偏差，其精度是导航定位授时服务的重要误差源之一。DCB参数的精确求解还是电离层建模和格网电离层解算的前提。本项目针对我国COMPASS系统的星座分布特征和区域监测站有限分布条件下DCB参数高精度解算问题，提出综合利用GPS观测数据联合求解电离层模型和COMPASS的TGD/IFB参数。通过约束条件合理设计、TGD/IFB精确分离、双系统数据融合解算方法、多模精度评估、TGD参数长期变化特征分析与预报建模等关键技术研究，实现卫星TGD和接收机IFB参数均优于0.5ns的解算精度。采用实测数据试验验证算法有效性，定量分析TGD/IFB精度对用户定位精度的影响，进行Compass卫星TGD参数变化趋势与预报建模研究。

本项目在详细分析北斗和GPS卫星TGD参数定义和用户使用特点的前提下，根据北斗卫星TGD参数出厂值均为正值，且比GPS卫星高一个数量级的特点，设计优选了一颗GEO卫星TGD参数出厂值作为约束条件，分离求解北斗系统卫星TGD和接收机IFB参数，避免采用GPS相同约束条件导致用户数十ns的授时误差。设计了两种北斗系统DCB参数解算方案，方案一根据IGS提供的GIM计算电离层延迟，采用最小二乘法求解北斗系统卫星TGD和接收机IFB参数；方案二联合北斗监测站和陆态网GPS观测数据，采用最小二乘联合求解一组5阶电离层球谐函数模型和一组卫星TGD和接收机IFB参数。.实测数据分析结果表明这两种方案解算的卫星TGD参数残差小于0.2ns，不同方案计算得到的同一颗卫星TGD参数差异小于0.3ns。从解算稳定度、电离层外符精度以及用户定位的角度综合分析北斗卫星DCB参数的精度。连续1个月的解算结果表明除观测条件较差的GEO-5号卫星外，其余卫星TGD参数的不确定度优于0.5ns（IGS提供GPS卫星的DCB参数不确定度优于0.1ns）。提出了基于三频观测数据的DCB精度评估DDCD方法，评估结果表明，不同频率组合计算同一天所有卫星得到的电离层延迟互差均值小于0.6TECU（对应B1频点时延约为0.31ns），北斗系统卫星TGD参数估计精度优于0.5ns。相比卫星TGD参数出厂标定值，采用解算后的TGD参数，用户95%三维位置误差改善1.07m-5.33m，改善比例为13.80%-47.42%。.对2013-2015年北斗系统卫星TGD参数的变化趋势进行了分析，分析结果表明，除GEO-3卫星2014年故障恢复后TGD参数缓慢跳变2ns，其余卫星TGD参数存在缓慢的线性变化趋势，年变化不超过0.5ns。在三类卫星中，GEO卫星TGD参数解算不确定度为0.3-0.5ns，IGSO卫星为0.4-0.5ns，MEO卫星为0.5-0.7ns，与IGS提供的DCB产品精度存在一定差距。因为北斗卫星TGD参数年变化幅度与解算误差处于同一个量级，采用二次多项式拟合预报的结果表明30，60，90天的预报误差没有明显差异。