測(cè)繪科學(xué)技術(shù)

北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)測(cè)距信號(hào)的精度分析

程鵬飛，李瑋，秘金鐘

摘要：目的：自2000年發(fā)射第一顆試驗(yàn)衛(wèi)星以來(lái)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)就已引起極大的關(guān)注。可以預(yù)見，當(dāng)北斗系統(tǒng)正式建成后，將在定位、導(dǎo)航、授時(shí)、通信等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。對(duì)比分析了北斗和GPS測(cè)距信號(hào)質(zhì)量，并檢驗(yàn)了多路徑誤差對(duì)CC模糊度固定的影響。相關(guān)方法為分析北斗衛(wèi)星的數(shù)據(jù)質(zhì)量和接收機(jī)的觀測(cè)質(zhì)量奠定了理論基礎(chǔ)。方法：出發(fā)點(diǎn)是GPS/北斗的原始偽距和相位觀測(cè)方程，分別設(shè)計(jì)單測(cè)站和短基線實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)分析偽距相位差值（code-minus-phase combination，CC）和多路徑（multipath，MP）兩類組合觀測(cè)值。為移除CC和 MP觀測(cè)值中的趨勢(shì)項(xiàng)，單測(cè)站分析選用低階多項(xiàng)式擬合和歷元間差分兩種方式，而短基線分析則借助了站間單差和站星雙差。通過分析殘差的方差，考察GPS/北斗的觀測(cè)噪聲的量級(jí)，多路徑效應(yīng)的變化規(guī) 律及其對(duì)固定CC組合觀測(cè)值模糊度的影響。結(jié)果：選用2010年12月27日的短基線（長(zhǎng)度約為3.3 m）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分屬于GPS L1/L2、北斗B1/B2四個(gè)頻率、三類衛(wèi)星（GPS為MEO衛(wèi)星，北斗包括GEO和IGSO衛(wèi)星），觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)約1 h，采樣間隔為1 s。結(jié)果表明：（1）GPS衛(wèi)星信噪比在42～52 dB-Hz之間，而北斗GEO衛(wèi)星的信噪比主要集中在42～45 dB-Hz，IGSO衛(wèi)星的信噪比較GEO衛(wèi)星高，均分布在46～50 dB-Hz。北斗GEO衛(wèi)星的觀測(cè)精度為 0.03～0.04 m，IGSO衛(wèi)星的觀測(cè)精度約為0.10～0.12 m；（2）北斗多路徑組合值與信噪比呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系；GEO衛(wèi)星的多路徑組合變化范圍較大（-1 m～+1.2 m），呈現(xiàn)長(zhǎng)期變化的趨勢(shì)；而IGSO衛(wèi)星的多路徑組合變化范圍較?。?0.6 m～+0.6 m），呈現(xiàn)短期變化的趨勢(shì)；（3）采用600 s的時(shí)長(zhǎng)，CC組合在GPS L1、L2、北斗B1和B2頻率上模糊度固定的成功率均能達(dá)到90%以上；而對(duì)于120 s時(shí)長(zhǎng)，由于多路徑誤差不能完全的移除，模糊度固定成功率不高；考慮到IGSO衛(wèi)星多路徑誤差短期快速變化的趨勢(shì)和較差的觀測(cè)精度，其模糊度固定的成功率最低，兩個(gè)頻率均不超過50%。結(jié)論：GEO衛(wèi)星的測(cè)距信號(hào)質(zhì)量?jī)?yōu)于IGSO衛(wèi)星，且兩類測(cè)距信號(hào)的多路徑誤差分別包含長(zhǎng)、短期的變化趨勢(shì)；針對(duì)CC模糊度固定，當(dāng)采用較長(zhǎng)時(shí)間段（如600 s）時(shí)，GPS L1/L2和北斗B1/B2共4個(gè)頻段上的成功率均超90%；而對(duì)于快速模糊度固定（如120 s），由于受強(qiáng)多路徑誤差影響，北斗IGSO衛(wèi)星的固定成功率最低，不超過50%。

來(lái)源出版物：測(cè)繪學(xué)報(bào), 2012, 41(5): 690-695

入選年份：2016

天繪一號(hào)無(wú)地面控制點(diǎn)攝影測(cè)量

王任享，胡莘，王建榮

摘要：目的：衛(wèi)星攝影測(cè)量是獲取全球地理空間數(shù)據(jù)的主要途徑，攝影測(cè)量光束法平差是提升衛(wèi)星影像無(wú)控定位精度的有效手段，但線陣推掃影像光束法平差一直是攝影測(cè)量領(lǐng)域難以突破的難題。針對(duì)“天繪一號(hào)”衛(wèi)星影像，基于光束法平差原理，提出并實(shí)現(xiàn)高精度無(wú)控定位的關(guān)鍵技術(shù)及其理論。方法：無(wú)控定位技術(shù)涉及衛(wèi)星平臺(tái)、有效載荷及地面處理等多個(gè)內(nèi)容，傳統(tǒng)攝影測(cè)量中單一功能的“光束法平差軟件”，不能解決全球連續(xù)覆蓋模式光學(xué)攝影測(cè)量衛(wèi)星無(wú)控定位問題。針對(duì)“天繪一號(hào)”工程，提出特殊的光束法平差理論，并運(yùn)用于工程實(shí)踐。首先，以三線陣立體影像為基礎(chǔ)，以小面陣影像為框架，建立了 LMCCD（線陣—面陣混合配置相機(jī)）影像EFP（等效框幅像片）光束法平差理論，按反解空中三角測(cè)量原理對(duì)12個(gè)相機(jī)參數(shù)進(jìn)行在軌標(biāo)定。其次，基于EFP光束法平差理論，創(chuàng)造了包括全航線全三線交會(huì)平差、角元素低頻誤差補(bǔ)償及偏流角效應(yīng)改正等多功能的EFP光束法平差。最后，利用天繪一號(hào)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，對(duì)相關(guān)理論和方法進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果：從天繪一號(hào)衛(wèi)星影像試驗(yàn)結(jié)果看出：（1）將相機(jī)參數(shù)作為未知數(shù)參與LMCCD影像光束法平差，小面陣影像可以控制由于衛(wèi)星姿態(tài)變化率造成的航線模型系統(tǒng)變形。將標(biāo)定值用于多個(gè)精度檢測(cè)場(chǎng)，檢查點(diǎn)均無(wú)明顯的系統(tǒng)誤差，表明標(biāo)定方法的正確性和適用性。同時(shí)，標(biāo)定過程中自動(dòng)對(duì)偏流角造成的上下視差主要誤差量進(jìn)行處理，而上下視差次要誤差量則在多功能光束法平差中予以消除，從而實(shí)現(xiàn)僅用國(guó)內(nèi)在軌標(biāo)定參數(shù)進(jìn)行全球無(wú)控定位的目的，無(wú)需國(guó)外建立試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行相機(jī)參數(shù)標(biāo)定。（2）多功能EFP光束法平差，能有效將外方位角元素高頻誤差對(duì)平差結(jié)果的影響削弱約0.55因子。與“定向片”法相比，全三線交會(huì)平差能有效解決航線模型的系統(tǒng)變形，使平差航線三線交會(huì)范圍也能包括航線頭、尾基線交會(huì)區(qū)。同時(shí)，全三線交會(huì)平差未知參數(shù)不僅包含6個(gè)外方位參數(shù)，還含有在俯仰和偏航兩個(gè)公共參數(shù)，可有效補(bǔ)償?shù)皖l誤差的變化。（3）經(jīng)過相機(jī)參數(shù)在軌標(biāo)定和多功能EFP光束法平差處理后，天繪一號(hào)衛(wèi)星影像無(wú)地面控制點(diǎn)條件下01星定位精度為10.3 m/5.7 m（平面/高程），02星定位精度略高于 01星，03星定位精度提高為7.2 m/2.6 m。結(jié)論：中國(guó)以自身的空間技術(shù)研發(fā)了第一顆傳輸型立體測(cè)繪衛(wèi)星——天繪一號(hào)，并采用“光束法平差途徑”實(shí)現(xiàn)了無(wú)地面控制點(diǎn)高精度定位。01、02星無(wú)地面控制點(diǎn)目標(biāo)定位精度與美國(guó)SRTM精度相當(dāng)，03星較02星精度又有較大的提高，使全球連續(xù)覆蓋模式的光學(xué)攝影測(cè)量衛(wèi)星在無(wú)控定位方面又邁向了一個(gè)新的臺(tái)階。

來(lái)源出版物：測(cè)繪學(xué)報(bào), 2013, 42(1): 1-5

入選年份：2016