北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)（鄭州）區(qū)域網(wǎng)性能測試與分析

王金娜 王軍見 張永杰 李志偉

摘 要：本文介紹我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀以及北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)（鄭州）區(qū)域網(wǎng)的基本情況。通過野外測試，得到各性能指標(biāo)的測試數(shù)據(jù)，并對測試數(shù)據(jù)中異常現(xiàn)象進(jìn)行分析，查找數(shù)據(jù)表象下的實質(zhì)原因。通過性能測試綜合分析得出，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)（鄭州）區(qū)域網(wǎng)的建設(shè)滿足實施方案指標(biāo)，可實現(xiàn)實時厘米級定位服務(wù)，為全國類似北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：北斗導(dǎo)航系統(tǒng)；地基增強(qiáng)系統(tǒng)；性能測試

中圖分類號：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）02-0039-02

Performance Test and Analysis of the Beidou Foundation

Reinforcement System （Zhengzhou） Regional Network

WANG Jinna1 WANG Junjian1 ZHANG Yongjie1 LI Zhiwei2

（1.Institute of Surveying Mapping and Geoinformation of Henan，Zhengzhou Henan 450006；2.Henan Bureau of Geo-exploration & Mineral Development，Zhengzhou Henan 450006）

Abstract： This paper introduced the development status of the Beidou satellite navigation system in China and the basic situation of the Beidou foundation reinforcement system （Zhengzhou） regional network. Through field test， the test data of various performance indexes were obtained， and the abnormal phenomena in the test data was analyzed， and the substantial reasons were found under the data representation. Through the comprehensive analysis of performance test， it was concluded that the construction of the Beidou foundation reinforcement system （Zhengzhou） regional network met the implementation plan index， and could achieve real-time centimeter level positioning service， laying the foundation for the construction of similar Beidou foundation reinforcement system in China.

Keywords： Beidou navigation system；foundation reinforcement system；performance test

2015年9月30日，我國成功發(fā)射了第四顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，標(biāo)志著我國北斗導(dǎo)航衛(wèi)星同時在軌數(shù)量已達(dá)20顆。隨著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)能力的提升，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)在全國也如雨后春筍般建立起來。北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)是由國家統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)的以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為主，兼容其他GNSS系統(tǒng)的地基增強(qiáng)系統(tǒng)，采用的地面基準(zhǔn)站間距為50～300km，通過地面通信系統(tǒng)播發(fā)導(dǎo)航信號修正量和輔助定位信號，向用戶提供厘米級至米級精密導(dǎo)航定位和大眾終端輔助增強(qiáng)服務(wù)。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)將通信、地理信息、對地觀測有效地結(jié)合起來，正逐步發(fā)展為國家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，也是當(dāng)前最具有創(chuàng)新性和生命力的新興信息產(chǎn)業(yè)之一[1]。

1 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)（鄭州）區(qū)域網(wǎng)介紹

河南省北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)于2014年立項，為原河南省地質(zhì)連續(xù)運(yùn)行采集系統(tǒng)（HNGICS）升級改造項目，并于2015年8月完成鄭州區(qū)域網(wǎng)建設(shè)，2015年11月順利通過由許其鳳為組長的專家組驗收。該系統(tǒng)由8個固定的連續(xù)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基準(zhǔn)站、1個數(shù)據(jù)處理中心以及通信系統(tǒng)和用戶組成?；鶞?zhǔn)站能同時接收北斗衛(wèi)星、GPS和Glonass衛(wèi)星信號，通過通信系統(tǒng)將接收到的衛(wèi)星信號傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心通過計算機(jī)軟件進(jìn)行計算，計算出各種改正數(shù)、狀態(tài)信息和其他的服務(wù)信息，再通過通信系統(tǒng)發(fā)布出去，用戶系統(tǒng)通過接收機(jī)內(nèi)置的通信模塊接收來自基準(zhǔn)站的各種改正數(shù)、狀態(tài)信息及其他服務(wù)項目，來修正點位的位置信息和其他信息。

2 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)（鄭州）區(qū)域網(wǎng)性能測試

2.1 測試目的

通過對北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)（鄭州）區(qū)域網(wǎng)應(yīng)用性能各項指標(biāo)的測試，得出系統(tǒng)的性能、流動站用戶接收機(jī)兼容性、用戶的定位初始化時間、系統(tǒng)時間可用性、系統(tǒng)空間可用性和流動站的定位精度等，評價北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)（鄭州）區(qū)域網(wǎng)中各項技術(shù)指標(biāo)水平。

2.2 測試方法

測試主要采取動靜態(tài)相結(jié)合的方法，采用不同的方式評定系統(tǒng)的靜態(tài)定位精度水平、動態(tài)定位精度水平、時間可用性、空間可用性、系統(tǒng)可靠性、服務(wù)時效性以及對系統(tǒng)的兼容性等，全方位對系統(tǒng)的性能進(jìn)行評估。

2.3 測試結(jié)果

測試采用天寶、華測、南方等國內(nèi)外主流的接收機(jī)，測試的內(nèi)容涵蓋定位精度、空間可用性、時間可用性、定位服務(wù)的時效性以及系統(tǒng)對用戶的兼容性等，測試結(jié)果如下。

①整個RTK作業(yè)覆蓋面積約1萬km2，覆蓋鄭州市包括所屬郊縣中牟、新鄭、滎陽、上街、鞏義、登封和新密等，以及開封市的通許、尉氏、開封縣，新鄉(xiāng)市的原陽縣、獲嘉縣，焦作市市區(qū)、修武縣、武陟縣，許昌市的禹州市等區(qū)域，網(wǎng)外20km仍能快速得到固定解，滿足了系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)。

②系統(tǒng)運(yùn)行基本正常，內(nèi)、外符合精度均達(dá)到設(shè)計要求。

③初始化時間普遍小于10s，但通過比較發(fā)現(xiàn)，在13：00—15：00多個點位的測試結(jié)果顯示，利用三星（GPS+GLONASS+BD）的初始化時間優(yōu)于兩星的初始化時間，甚至出現(xiàn)兩星不能固定，但三星可以獲得固定解的情況。但在鞏義市測試時，卻出現(xiàn)了利用兩星系統(tǒng)可以獲取固定解，但利用三星系統(tǒng)不能獲取固定解的情況。

④空間可用性上，在普通的路段均能獲取固定解，不能獲得固定解的路段主要是通信信號不好的路段，如立交橋下或樹木較多的路段。

⑤時間可用性上，根據(jù)時間可用性統(tǒng)計，獲取固定解的時間占總在線時間長度的96.2%。

⑥系統(tǒng)對第三方設(shè)備兼容性較好，能夠兼容國內(nèi)外主流品牌的GNSS接收機(jī)。

3 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)（鄭州）區(qū)域網(wǎng)性能測試分析

從測試數(shù)據(jù)的外符合精度來看，利用兩星（GPS+GLONASS）的外符合精度最高，平面中誤差為±1.69cm，高程中誤差為±4.33cm；三星（GPS+GLONASS+BD）系統(tǒng)的精度次之，平面中誤差為±1.49cm，高程中誤差為±6.31cm；單星（GPS）系統(tǒng)最低，平面中誤差為±2.05cm，高程中誤差為±4.38cm。從精度數(shù)據(jù)上看，3種測試模式所得結(jié)果均處在一個數(shù)量級，雖然也有高低之分，但不足以認(rèn)定哪種模式精度最高。一種原因是用來檢定系統(tǒng)數(shù)學(xué)精度的點數(shù)據(jù)不是絕對意義上的真值，所采用的C級D級點是采用靜態(tài)觀測得到的，當(dāng)時采用的是（GPS+GLONASS）衛(wèi)星數(shù)據(jù)，本次測試采用兩星（GPS+GLONASS）外符合精度最高也在情理之中。采用三星模式得到的數(shù)據(jù)精度略有下降，并不足以說明加上北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)以后精度降低了，原因只是沒有真正符合的檢測數(shù)據(jù)。另一種原因是所采集的數(shù)據(jù)樣本有限，可認(rèn)定精度在同一數(shù)量級，但不足以認(rèn)定各系統(tǒng)精度的優(yōu)劣。

在衛(wèi)星可利用率上，北斗衛(wèi)星明顯低于GPS和GLONASS，說明目前高度衛(wèi)星（GEO）在可見衛(wèi)星中所占比例較大，因為高度衛(wèi)星（GEO）定位精度較低，并且主要負(fù)責(zé)通信功能，導(dǎo)致現(xiàn)有衛(wèi)星可利用程度較低。隨著中高度北斗衛(wèi)星（MEO）數(shù)量的不斷增加，衛(wèi)星可利用率必將有質(zhì)的改變。目前，北斗的20顆在軌衛(wèi)星使用了6顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星、7顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星、7顆中高度圓軌道（MEO）衛(wèi)星。

通過性能測試綜合分析可以得出：北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)在空間可用性、時間可用性、初始化時間、第三方設(shè)備兼容性上都有明顯的提高，符合設(shè)計要求。區(qū)域網(wǎng)的建設(shè)滿足實施方案指標(biāo)，可實現(xiàn)實時厘米級定位服務(wù)，為全國類似省級北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

通過率先在全國地質(zhì)系統(tǒng)建立北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，為實現(xiàn)地質(zhì)工作主流程信息化搭建了平臺，并在河南省首次開展了社會化應(yīng)用。通過測試表明，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)（鄭州）區(qū)域網(wǎng)的建設(shè)滿足實施方案指標(biāo)，可實現(xiàn)實時厘米級定位服務(wù)，無論是抗遮擋性和作業(yè)距離的大幅度提高還是精度及穩(wěn)定性的提高，都對GNSS測量帶來了質(zhì)的提升，為全國建立類似北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。該系統(tǒng)的建設(shè)將全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)這一高新技術(shù)綜合應(yīng)用于河南省地質(zhì)、國土資源、測繪、氣象、地震、環(huán)境和水利等行業(yè)，對國防建設(shè)、國家安全和經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展具有特殊的戰(zhàn)略意義和積極的現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王軍見，遠(yuǎn)順立，王金娜，等.河南省地質(zhì)CORS建設(shè)與應(yīng)用[M].鄭州：河南人民出版社，2013.