北斗實時高精度定位服務(wù)系統(tǒng)研究

張益澤

同濟大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院，上海 200092

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)獨創(chuàng)性地實現(xiàn)了基本導(dǎo)航與廣域差分融合一體的系統(tǒng)服務(wù)。經(jīng)過多年的穩(wěn)定運行，北斗服務(wù)性能指標(biāo)已經(jīng)完全達到了系統(tǒng)設(shè)計要求，在僅有10余顆區(qū)域星座的情況下實現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)與GPS等全球系統(tǒng)精度相當(dāng)?shù)姆?wù)。本文針對北斗實時高精密定位服務(wù)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)進行了研究。論文的研究內(nèi)容成果主要包括以下幾方面：

(1) GNSS高精度定位性能評估及分析。開發(fā)了GNSS精密定位軟件Net_PPP，利用全球分布的MGEX數(shù)據(jù)，對GNSS精密單點定位性能進行了分析。結(jié)果表明，Net_PPP的結(jié)果與目前國際上知名軟件的定位性能相當(dāng)。同時分析了影響單站精密定位收斂時間以及定位精度的因素，包括鐘差采樣率、數(shù)據(jù)采樣率、DOP變化及參數(shù)相關(guān)性、偽距噪聲及接收機類型、對流層先驗信息約束、多系統(tǒng)組合等，并給出了較優(yōu)的處理配置策略。

(2) GNSS廣播星歷空間信號精度分析及北斗廣播星歷偏差分析。對2015—2016年共2年的GPS、GLONASS、Galileo和2014年—2016年共近3年的BDS廣播星歷空間信號精度進行了評定，發(fā)現(xiàn)GLONASS、Galileo的E24及BDS衛(wèi)星的廣播星歷存在系統(tǒng)性偏差。利用全球分布的18個MGEX站3個多月的北斗觀測數(shù)據(jù)以及北斗廣播星歷計算了BDS廣播星歷在各個頻點上的偏差。分析表明：該偏差變化較為穩(wěn)定，且與廣播星歷的TGD和IGS的DCB的差異的相關(guān)性高達88%。確定了北斗系統(tǒng)廣播星歷偏差是由于北斗系統(tǒng)監(jiān)測站接收機與普通接收機的衛(wèi)星通道時延標(biāo)定不一致造成的。將該偏差改正到TGD上，用戶定位精度在N、E、U方向上分別提高14.9%、28.4%和15.5%。

(3) 北斗廣域差分實時鐘差改正數(shù)以及高頻度精密鐘差的計算策略研究。分析了在區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)范圍內(nèi)，測站個數(shù)以及分布對實時鐘差改正數(shù)計算精度的影響。采用軌道改正數(shù)和鐘差改正數(shù)分離的算法，用戶距離誤差由0.91 m降至0.26 m，用戶平均定位精度可由3.11 m提高至1.22 m。提出了一種改進的高采樣率、高精度衛(wèi)星鐘差估計的算法。利用MGEX觀測數(shù)據(jù)對GPS/BDS精密衛(wèi)星鐘差估計進行了試算，將采樣率為5 min的衛(wèi)星鐘差加密到30 s。得到的高頻衛(wèi)星鐘差精度與低頻的精度一致，兩者的差異在10 ps以內(nèi)。Allan方差以及用戶動態(tài)定位結(jié)果驗證了該算法的有效性。

(4) 提出了適用于北斗分米級廣域差分服務(wù)的分區(qū)綜合改正數(shù)，并詳細分析了其處理策略及用戶高精度定位算法。分區(qū)綜合改正模型基于參考站的偽距/相位觀測值改正數(shù)，將其綜合形成新增的廣域差分增強參數(shù)，并采用分區(qū)的方式編排到北斗廣播電文進行播發(fā)。用戶端接收分區(qū)綜合改正數(shù)后可實現(xiàn)基于單站模式的分米級定位。分析了參數(shù)更新頻度和時延對分區(qū)綜合改正數(shù)的影響，認(rèn)為更新頻度小于2 min對用戶定位精度影響不大。用戶定位結(jié)果表明，基于分區(qū)改正定位能實現(xiàn)分區(qū)中心600 km范圍內(nèi)雙頻動態(tài)定位精度平面小于0.15 m，高程小于0.20 m。單頻用戶動態(tài)定位精度平面小于0.30 m，高程小于0.46 m。動態(tài)定位雙頻用戶在30 min內(nèi)三維誤差可收斂至0.5 m，單頻用戶在30 min內(nèi)三維誤差可收斂至0.7 m?？傮w上，當(dāng)用戶在分區(qū)中心1000 km范圍內(nèi)時，分區(qū)改正數(shù)都能實現(xiàn)分米級定位服務(wù)。對于IGS站或普通用戶接收機，北斗廣播星歷偏差改正能提高分區(qū)改正雙頻定位精度和收斂時間。

論文取得研究成果已經(jīng)應(yīng)用到北斗地面運控相關(guān)軟件的升級改造中，取得了良好的效果。