基于四系統(tǒng)接收機觀測數據的BDS、GPS、GLONASS、Galileo系統(tǒng)性能分析＊

郭秦，昝富源

基于四系統(tǒng)接收機觀測數據的BDS、GPS、GLONASS、Galileo系統(tǒng)性能分析＊

郭秦，昝富源

（西南科技大學 城市學院，四川 綿陽 621000）

基于四系統(tǒng)接收機觀測及觀測的數據進行數據處理和分析，主要分析了觀測區(qū)域BDS、GPS、GLONASS、 Galileo系統(tǒng)衛(wèi)星的可見性、GDOP值的波動、定位精度等方面的內容。并對數據成果進行總結分析表明，當前BDS系統(tǒng)在實驗區(qū)域與其他系統(tǒng)定位性能基本一致，可見衛(wèi)星數比其他系統(tǒng)稍多，但BDS系統(tǒng)的GDOP值波動卻比其他系統(tǒng)要大一些。

BDS、GPS、GLONASS、Galileo；定位精度；DOP值；性能分析

1 前言

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是中國自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，研發(fā)目的是向全球的用戶提供高質量的定位導航和授時服務，其還有一個獨有的服務即短報文通信服務。中國早在2003年的時候就完成了具有區(qū)域導航功能的北斗一代，之后便開始著力構建服務全球的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，并且于2012年起向亞太大部分地區(qū)正式提供服務，計劃至2020年要完成全球系統(tǒng)的構建。截至2017-11底，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的衛(wèi)星總數已達到25枚，開始全球組網[1]。中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)與美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）和歐盟的伽利略定位系統(tǒng)（Galileo）是現今主要的四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。

定位性能是衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的核心指標之一。本文基于四系統(tǒng)接收機觀測及觀測的數據進行數據處理和分析，對于實驗區(qū)域均勻分布的控制點進行外業(yè)觀測及內業(yè)和外業(yè)的分析，得出本文結論。在進行導航定位時，定位性能的指標主要包括可用性、連續(xù)性、完好性、精度、覆蓋范圍等[2]。

本文選用在外業(yè)觀測過程中的衛(wèi)星可見數、DOP值以及對成果內業(yè)數據處理分析定位精度來進行評價。

2 區(qū)域實驗分析

2.1 外業(yè)觀測

實驗區(qū)域已有均勻分布的控制點，可直接利用已有的控制點成果對實驗成果進行對比分析。

在這些控制點上架設四系統(tǒng)GNSS接收機，分別利用BDS、GPS、GLONASS、Galileo系統(tǒng)或組合系統(tǒng)衛(wèi)星對這些控制點進行數據采集，在采集過程中，主要對衛(wèi)星可見數、空間幾何精度因子進行比對分析。

2.1.1 衛(wèi)星可見性比對分析

衛(wèi)星可見性是指在觀測期間接收機在一定的高度角情況下能夠觀測到的衛(wèi)星的個數，可以體現在觀測時間與觀測區(qū)域定位和導航的能力。

由衛(wèi)星導航定位原理可知，在觀測期間若可見衛(wèi)星數小于４顆，就不能實現導航定位的服務，本文取平均可見衛(wèi)星數作為定位性能的評價指標。將各點可見衛(wèi)星數在觀測期間求平均值，統(tǒng)計得到表1。

表1 各點平均可見衛(wèi)星數

系統(tǒng)名稱可見衛(wèi)星數/顆平均可見衛(wèi)星數/顆 BDS12～1915 GPS6～119 GPS+BDS+GLONASS30～3834 GPS+BDS+GLONASS+Galileo32～4237

從表1可以看出，在本觀測區(qū)域的此次觀測期間，BDS衛(wèi)星可見衛(wèi)星數為12～19顆，平均可見衛(wèi)星數為15顆；GPS衛(wèi)星可見衛(wèi)星數為6～11顆，平均可見衛(wèi)星數為9顆；GPS+BDS+GLONASS三系統(tǒng)組合可見衛(wèi)星數為30～38顆，平均可見衛(wèi)星數為34顆；GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系統(tǒng)組合可見衛(wèi)星數為32～42顆，平均可見衛(wèi)星數為37顆?？梢钥闯?，在此次觀測期間，BDS可見衛(wèi)星數比GPS稍多，歸因于本次實驗區(qū)域為中國區(qū)域，且北斗在中國區(qū)域實現了GEO衛(wèi)星與IGSO衛(wèi)星的覆蓋。三系統(tǒng)或者四系統(tǒng)組合可見衛(wèi)星數均有增加，這樣便大大增加了衛(wèi)星的空間幾何分布，在定位時將有更多的衛(wèi)星可供選擇。

2.1.2 GDOP值比對分析

精度衰減因子（DOP值）的大小與衛(wèi)星星座的位置、可見衛(wèi)星數目、空間衛(wèi)星的幾何分布有關，通過精確地測定DOP值，能夠衡量出衛(wèi)星星座的位置精度，DOP值越小，定位精度越高。DOP值通常包括平面位置精度因子（HDOP）、高程精度因子（VDOP）、空間位置精度因子（PDOP）、接收機鐘差精度因子（TDOP）、幾何精度因子（GDOP）[3]。本文選取幾何精度因子（GDOP）作為定位性能指標。將各點GDOP值變化在觀測期間求平均值，統(tǒng)計得到表2。

表2 各點GDOP值變化情況

系統(tǒng)名稱GDOP值平均GDOP值 BDS1.8～3.02.4 GPS1.2～2.01.6 GPS+BDS+GLONASS0.8～1.31.0 GPS+BDS+GLONASS+Galileo0.6～1.00.8

從表2可以看出，在本觀測區(qū)域的此次觀測期間，BDS衛(wèi)星GDOP值為1.8～3，平均GDOP值為2.4；GPS衛(wèi)星GDOP值為1.2～2.0，平均GDOP值為1.6；GPS+BDS+ GLONASS三系統(tǒng)組合GDOP值為0.8～1.3，平均GDOP值為1.0；GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系統(tǒng)組合GDOP值為0.7～1.0，平均GDOP值為0.8。

可以看出，BDS系統(tǒng)GDOP值變化比GPS系統(tǒng)稍大，三系統(tǒng)或者四系統(tǒng)組合GDOP值均有所下降，且變化范圍更小。GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系統(tǒng)組合定位時的GDOP值分布在0.6～1.0，GDOP值的變化范圍最小，說明此時的衛(wèi)星空間幾何分布達到最佳狀態(tài)，此時觀測成果的質量也最高。

2.2 內業(yè)數據處理

外業(yè)觀測結束后，將觀測數據進行內業(yè)數據處理，處理結果與原有成果比對并取平均值如表3所示。

表3 各點觀測成果比對

系統(tǒng)名稱平均X坐標變化量/m平均Y坐標變化量/m BDS0.060～0.0.0650.040～0.0.043 GPS0.045～0.0.0570.025～0.0.036 GPS+BDS+GLONASS0.041～0.0.0500.028～0.0.033 GPS+BDS+GLONASS+Galileo0.038～0.0.0420.021～0.0.028

內業(yè)數據處理后，將各系統(tǒng)組合觀測成果與原有坐標比較，得出變化量，再統(tǒng)計出平均及坐標變化量，從表3可以看出，在本觀測區(qū)域的此次觀測期間，BDS衛(wèi)星坐標變化量的值稍大，三系統(tǒng)或者四系統(tǒng)組合坐標變化量均有所下降，但是BDS衛(wèi)星坐標變化量最為平緩。究其原因，BDS系統(tǒng)GDOP變化量大導致觀測成果精度偏低，但是由于GEO與IGSO在緯度19°Ｎ～58°Ｎ實現了完全覆蓋，增強了衛(wèi)星分布的幾何空間結構，穩(wěn)定了定位成果的精度。

3 結論

根據本次實驗區(qū)域范圍的實驗分析，可以得到以下結論：GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系統(tǒng)組合定位在本次實驗區(qū)域的可見衛(wèi)星數能夠達到32～42顆，GDOP值最小，定位精度最高，相對其他方式的單系統(tǒng)或組合系統(tǒng)定位具有較大優(yōu)勢。多系統(tǒng)組合定位增加了可見衛(wèi)星的數目，降低了GDOP值，提高了導航定位的精度與系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

［1］楊元喜.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展、貢獻與挑戰(zhàn)［J］.測繪學報，2010，39（1）：1-5.

［2］楊鑫春，徐必禮.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的星座性能分析［J］.測繪科學，2013，38（2）：8-11，31.

［3］李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理［M］.武漢：武漢大學出版社，2005.

P228.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.022

2095－6835（2019）22－0067－02

郭秦（1986—），女，四川成都人，碩士研究生，講師，研究方向為GNSS原理與應用。

西南科技大學城市學院“基于四系統(tǒng)接收機觀測數據的BDS、GPS、GLONASS、Galileo系統(tǒng)性能分析”

〔編輯：嚴麗琴〕