區(qū)域北斗地基增強系統(tǒng)動態(tài)服務(wù)精度分析

謝玉兵，王昌瀚，蔣明富，汪海濤

（1. 61287部隊，四川 成都 610036；2.重慶市勘測院，重慶 400100）

區(qū)域北斗地基增強系統(tǒng)動態(tài)服務(wù)精度分析

謝玉兵1，王昌瀚2，蔣明富1，汪海濤1

（1. 61287部隊，四川 成都 610036；2.重慶市勘測院，重慶 400100）

分析了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型，并通過實際案例測試了其動態(tài)服務(wù)精度。結(jié)果表明，區(qū)域北斗地基增強系統(tǒng)的動態(tài)服務(wù)精度指標(biāo)完全達到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，特別是BDS+GPS組合較之傳統(tǒng)GPS增強系統(tǒng)有較大的提升，體現(xiàn)了多系統(tǒng)融合的優(yōu)勢，也為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在相關(guān)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用提供了豐富的數(shù)據(jù)支撐。

區(qū)域北斗地基增強系統(tǒng)；動態(tài)服務(wù)；精度分析

全國北斗地基增強系統(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)（BDS）為主，兼容其他GNSS系統(tǒng)的地基增強系統(tǒng)；利用間距為50～300 km的地面基準(zhǔn)站，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cm級至亞m級精密導(dǎo)航定位和大眾終端輔助增強服務(wù)[1]。

在全國北斗地基增強系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，一些較大的城市也在建立各自的區(qū)域北斗地基增強系統(tǒng)，主要包括連續(xù)運行參考站建設(shè)、控制中心建設(shè)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)建設(shè)和用戶應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)。在動態(tài)服務(wù)中，大多采用虛擬參考站技術(shù)（VRS）。本文結(jié)合重慶市北斗地基增強系統(tǒng)相關(guān)測試，對BDS的數(shù)據(jù)模型及其動態(tài)服務(wù)精度進行了深入分析。

1 BDS數(shù)據(jù)處理模型

在北斗的測量型應(yīng)用中，影響北斗載波相位觀測精度的誤差源主要為3類：與衛(wèi)星有關(guān)的誤差（如星歷誤差、衛(wèi)星鐘差等），與信號傳播路徑有關(guān)的誤差（如電離層誤差、對流層誤差、多路徑誤差等），與接收機有關(guān)的誤差（如接收機鐘差、載波相位觀測誤差等）。由于在BDS精密定位中，通過測站間組雙差的方法可消除或削弱以上大部分誤差的影響，因此在BDS數(shù)據(jù)處理中常采用相對定位方法來處理北斗測量型數(shù)據(jù)。

在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相對定位中，要獲得高精度的位置解，就必須使用載波相位觀測量，而載波相位觀測量整周模糊度的固定與否直接關(guān)系到定位的精度。相位、偽距測量的函數(shù)模型為：

式中， f為BDS的3個頻點（f=1，2，3）； j為衛(wèi)星的編號；m為測站；λf為頻點f對應(yīng)的載波波長；Φf,mj、Pf,m,j分別為載波相位和偽距觀測量；ρmj為測站m到衛(wèi)星j的幾何距離；δtm為測站m的接收機鐘差；δtj為衛(wèi)星j的鐘差；Nfmj為整周模糊度；Ifmj、Tmj分別為電離層和對流層延遲；Mm,φj、εm,φj分別為載波相位觀測量的多路徑效應(yīng)和觀測噪聲；Mm,ρj、εm,ρj分別為偽距觀測量的多路徑效應(yīng)和觀測噪聲；c為光速。

對于多頻數(shù)據(jù)來講，通過觀測值之間的線性組合可以構(gòu)造多種寬巷和窄巷線性組合觀測量，從而得到不包含電離層延遲誤差的觀測量，以此消除或減弱衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、對流層延遲的影響；并通過測站間作差消除接收機鐘差的影響，有利于整周模糊度的解算。本文采用MW組合對周跳進行探測與標(biāo)記，然后利用卡爾曼濾波法估計模糊度，再運用快速模糊度解算法對模糊度進行快速固定，最后利用觀測值之間的雙頻無電離層組合觀測量和已經(jīng)固定的模糊度恢復(fù)誤差方程，構(gòu)建法方程矩陣，求解待測站坐標(biāo)。

MW組合觀測量為：

雙頻無電離層組合觀測量為：

假設(shè)m站和n站同時進行測量，且它們具有共同的觀測衛(wèi)星，則雙差觀測量為：

雙差觀測量進一步削弱了對流層誤差、衛(wèi)星星歷誤差的影響，并消除了衛(wèi)星鐘差的未知量，可以比較容易地解算待測站坐標(biāo)。

區(qū)域BDS動態(tài)服務(wù)基本都采用VRS技術(shù)[2]，參考站間的雙差觀測值λ(??φ+??N)與距離雙差??ρ之間的差值可根據(jù)觀測值、已知站坐標(biāo)及衛(wèi)星星歷求得[3]，為已知值。采用一定的內(nèi)插算法[4]可求得作為參考點的參考站和虛擬參考站間的差值；求得二者之差后可根據(jù)式（6）計算雙差觀測值λ(??φPA+??NPA)。

式中，??φPA+??NPA=?φA-?φP+??NPA；?φA為參考站在兩顆衛(wèi)星間求一次差，可根據(jù)載波相位觀測值求得；??NPA為雙差整周模糊度，可在初始化過程中確定[5]。于是在虛擬參考站上的單差觀測值?φP便被求出；數(shù)據(jù)處理中心將該觀測值播發(fā)給用戶后，即可與流動站上的單差觀測值相減組成雙差觀測值進行動態(tài)定位。

2 區(qū)域北斗地基增強系統(tǒng)動態(tài)服務(wù)精度測試

2014年重慶市建成區(qū)域北斗地基增強系統(tǒng)，主要包括9個北斗連續(xù)運行參考站建設(shè)、控制中心建設(shè)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)建設(shè)和用戶運用系統(tǒng)建設(shè)。動態(tài)服務(wù)采用VRS技術(shù)。

2.1 測試點選取

重慶市作為典型山地城市，區(qū)域內(nèi)高差變化大。針對這一特點，在網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)外分別選取30個和24個高等級控制點，各點均具有精確WGS84大地坐標(biāo)系成果。測試點分布在具有地形代表性的位置，高程為188～833 m。

2.2 測試方法

測量時每個測試點上進行5次初始化，每次初始化連續(xù)記錄30組數(shù)據(jù)；統(tǒng)計內(nèi)符合精度；與已知成果比較，并統(tǒng)計外符合精度[6-9]。

2.3 測試結(jié)果及統(tǒng)計分析

1）內(nèi)符合精度統(tǒng)計。內(nèi)符合精度反映系統(tǒng)定位結(jié)果的收斂情況，用于分析系統(tǒng)定位精度的穩(wěn)定性。本項測試使用南方S82C雙星接收機，在網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)外測試點上采用BDS+GPS組合定位方式進行網(wǎng)絡(luò)RTK測量。根據(jù)《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《衛(wèi)星定位規(guī)范》）中點位坐標(biāo)分量內(nèi)符合中誤差和點位平面內(nèi)符合中誤差公式，計算網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)外內(nèi)符合精度，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

表1 網(wǎng)內(nèi)、外測試點內(nèi)符合精度統(tǒng)計/cm

由表1可看出，系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)外的內(nèi)符合精度均滿足《衛(wèi)星定位規(guī)范》中4.1.8：城市CORS系統(tǒng)測試坐標(biāo)分量內(nèi)符合中誤差不應(yīng)超過2 cm的要求。

2）外符合精度統(tǒng)計。外符合精度反映了系統(tǒng)定位的準(zhǔn)確性。通過對網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)外測試點采用BDS+GPS組合定位方式進行網(wǎng)絡(luò)RTK測量，計算各點觀測坐標(biāo)與已知坐標(biāo)的較差，從而計算系統(tǒng)外符合中誤差，結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?，系統(tǒng)在網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)外的外符合精度滿足《衛(wèi)星定位規(guī)范》中城市CORS系統(tǒng)測試外符合中誤差不應(yīng)超過5 cm的要求。

表2 網(wǎng)內(nèi)、外測試點外符合精度統(tǒng)計/cm

3）不同衛(wèi)星系統(tǒng)定位精度檢測。為了測試不同衛(wèi)星系統(tǒng)的定位精度，分別在網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)外各選取5個測試點，分別采用單獨BDS、單獨GPS和BDS+GPS組合3種方式進行測量，測試點內(nèi)符合精度見表3，與已知點較差見表4。結(jié)果表明，單獨GPS內(nèi)符合精度優(yōu)于單獨BDS；BDS+GPS組合的內(nèi)符合精度、外符合精度均較單獨GPS和單獨BDS有明顯提高。

表3 不同衛(wèi)星系統(tǒng)測量結(jié)果內(nèi)符合精度統(tǒng)計表/cm

P228

：B

：1672-4623（2016）11-0012-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.005

2015-07-23。