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BDS/GNSS实时精密星历完好性监测方法研究

摘要

随着北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS）的全面部署，

全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）广域高精度实时导航定

位成为拓展GNSS应用场景的重要支撑。广播星历与实时精密星历参数是广域高精度

实时导航定位的基础信息，其准确性和可靠性是保证用户精准安全导航的前提，两者

之一的异常均可导致卫星位置计算失效，从而导致用户定位精度降低。因此，如何构

建实时精密星历异常监测体系，严格保障实时精密星历参数准确可靠是相关高精度导

航应用场景必须要解决的问题。

本文以BDS/GNSS播发的广播星历和状态空间表示（StateSpaceRepresentation,

SSR）修正量组合的实时精密星历为研究对象，分别从多站实时广播星历合成、星历

参数偏差对用户端影响以及实时精密星历B类故障完好性监测三个方面展开研究，严

格监测实时精密星历生成播发中的参数异常，保障用户使用实时精密星历的准确、安

全和可靠。本文主要研究内容如下：

(1)针对现阶段BRDM合成星历产品中，BDS因其周期重复值无法像全球定位系

统（GlobalPositioningSystem,GPS）使用星钟参数剔除异常鲁棒参数的问题，提出综

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合PRN和参数剔除BDS异常鲁棒参数的方法。该方法分别使用PRN和参数为

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剔除标准，进行多数投票表决以选取认可最高的合成星历。采用本文所提方法生成的

BCEP产品与IGS官方生产的BRDM产品分别对山东测站进行单点定位精度分析。测

试结果表明，所提方法更适用于BDS合成星历生成，与传统BRDM相比，基于BCEP

的BDS星历产品ENU方向的STD分别提升2.54%、8.23%和12.67%，RMS分别提升

9.80%、12.97%和13.40%。

(2)针对实时精密星历参数故障最终影响用户端高精度导航定位可靠性的问题，

需要探寻BDS传统YE-TE（Yesterday’sEphemerisminusToday’sEphemeris）天间不

同星历参数异常偏差对用户端有效差分测距误差的影响，对星历参数的灵敏度和有效

差分测距误差进行研究。基于天间星历参数偏差对卫星位置误差灵敏度分析基础上，

将用户端有效差分测距误差引入到灵敏度中，用二分法计算不同BDS星历参数偏差

对用户端精准导航定位造成影响的上限值，体现不同星历参数对用户定位造成异常差

异性。通过分析表明，YE-TE天间预测灵敏度较低，不足以完全满足无人场景高精度

导航监测需求，也为验证提出改进实时精密星历参数完好性监测算法的有效性提供了

相关依据。

哈尔滨工程大学硕士学位论文

(3)针对传统YE-TE零阶参数预测方法对实时精密星历异常检测灵敏度较差，无

法保障在无人应用场景下异常监测可靠性的问题，提出一种邻近精密星历外推

（AdjacentPrecisionephemerisExtrapolation,APE）预测法，基于历史星历外推卫星位

置和实时星历卫星位置的差值，构建检验统计量和最小可检测误差（Minimum

DetectableError,MDE）以实现实时精密星历B类故障完好性监测。实验结果表明，

相较于传统YE-TE下预测卫星位置，所提方法预测卫星位置更准确，卫星位置误差

有效减小，相应的对卫星MDE也会有所降低。无故障情况下，对BDS、GPS和伽利

略卫星导航系统（Galileosatellitenavigationsystem,Galileo）经过协方差矩阵膨胀后的

检验统计量与检测阈值比较，进行误警检验得出三系统均满足连续性风险要求。

(4)考虑到实时精密星历B类故障完好性监测在有故障下存在漏检的问题，利用

APE对实时精密星历进行漏检