淺析偽距差分技術在北斗系統(tǒng)中的應用

張 騰

(中國電子科技集團公司 第二十研究所，陜西 西安710068)

0 引言

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System)是我國正在實施的自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。與美國GPS系統(tǒng)、俄羅斯GLONASS系統(tǒng)、歐盟Galileo系統(tǒng)并稱全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗系統(tǒng)單點絕對定位在很多方面略顯不足，特別是其定位精度較差。而這不能滿足某些領域?qū)Ш蕉ㄎ痪雀叩男枨?。而偽距差分技術很好的解決了單點定位精度較差的問題。本文既是在分析差分GPS相關原理的基礎上，提出了一種適合北斗導航定位系統(tǒng)的偽距差分技術，以提高北斗導航定位系統(tǒng)的定位精度。

1 偽距差分定位技術原理

偽距差分技術的基本原理主要是依據(jù)衛(wèi)星的時鐘誤差，衛(wèi)星星歷誤差、電離層延時與對流層延時所具有的空間相關性和時間相關性這一事實。對于處在同一地域內(nèi)的不同接收機，它們的測量值中所包含的上述4種誤差成分近似相等或高度相關。將其中一個接收機作為基準接收機(基準站)。其位置是預先精確知道的，因此可以準確計算出衛(wèi)星到基準接收機的真實幾何距離。將基準接收機對這一衛(wèi)星的距離觀測值與這一真實幾何距離相比較，兩者的差異就是基準接收機對這一衛(wèi)星的測量誤差。

在同一時刻。同一地域內(nèi)的其他接收機對同一衛(wèi)星的距離測量值有相關或相近的誤差，如果基準接收機將其接收機測量誤差通過電波發(fā)射臺發(fā)送給用戶接收機(流動站)，用戶接收機可以利用接收到的基準接收機的測量誤差來校正用戶接收機對同一衛(wèi)星的距離測量值，從而提高流動站接收機的測量精度和定位精度。如圖1所示：

圖1

偽距差分技術就是利用基準接收機播發(fā)的差分校正量來降低甚至消除用戶接收機測量值從而提高定位精度。

用戶接收機利用式（1）對測量偽距進行修正。

其中，△pi是用戶接收機收到的第i顆衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘差，是用戶接收機衛(wèi)星鐘差修正后的測量偽距。

將修正后的偽距做最小二乘定位，得到解算結果（位置信息）。

其原理框圖如圖2所示：

圖2

2 仿真結果

通過試驗對北斗系統(tǒng)單點定位和偽距差分定位的精度進行了對比，所選取的數(shù)據(jù)為2014年3月3日，在某已知標校位置的定位數(shù)據(jù)，取其中600個歷元的數(shù)據(jù)，使用同樣的定位軟件得到差分前后的定位結果。

圖3縱坐標表示差分前后的經(jīng)度與基準坐標的偏差，單位為度(°)；圖4縱坐標表示差分前后的緯度與基準坐標的偏差，單位為度(°)；圖5縱坐標表示差分前后的緯度與基準坐標的偏差，單位為米(m)；橫坐標表示實測數(shù)據(jù)的連續(xù)采樣點數(shù)。

圖3 經(jīng)度與基準坐標的偏差分布圖

圖4 緯度與基準坐標的偏差分布圖

圖5 高度與基準坐標的偏差分布圖

通過對數(shù)據(jù)進行計算可知，水平方向的定位精度為，高程方向的定位精度為，差分定位明顯優(yōu)于單點定位。表1為差分前后的定位精度的均值與標準差之對比。

表1 差分前后的定位精度的均值與標準差對比

3 結論

本文對偽距差分技術原理做了詳細的闡述，并將其應用到北斗導航系統(tǒng)的單點定位中。并通過大量驗證性試驗，證明了利用偽距差分技術可以明顯提高接收機的定位精度。具有一定的工程應用價值。

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