北斗/GNSS全球增強(qiáng)系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題研究及服務(wù)性能分析

陳 良

1.北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京 100191;2.上海市空間導(dǎo)航與定位技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200030

北斗/GNSS多系統(tǒng)全球?qū)崟r(shí)增強(qiáng)服務(wù)是目前可提供大范圍高精度位置服務(wù)的有效手段。隨著導(dǎo)航星座衛(wèi)星數(shù)增量發(fā)展及對(duì)更高精度位置需求的不斷深入，對(duì)多系統(tǒng)融合數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，亟需針對(duì)不同系統(tǒng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)多GNSS全球?qū)崟r(shí)高時(shí)效增強(qiáng)信息估計(jì)技術(shù)并解決不同系統(tǒng)在終端層的信號(hào)差異，以提升用戶高精度應(yīng)用性能。論文圍繞北斗/GNSS全球?qū)崟r(shí)增強(qiáng)服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)研究了測(cè)距信號(hào)碼片形狀失真造成的接收機(jī)端星間碼偏差(ISCB)及精密鐘差產(chǎn)品零值偏差問(wèn)題，提出了高精度數(shù)據(jù)處理中多系統(tǒng)星間碼偏差模型算法，實(shí)現(xiàn)了多GNSS全球?qū)崟r(shí)高時(shí)效增強(qiáng)信息估計(jì)技術(shù)，開(kāi)展了北斗二號(hào)衛(wèi)星融合三號(hào)衛(wèi)星提供全球高精度增強(qiáng)性能原型驗(yàn)證。主要內(nèi)容如下：

(1)討論了接收機(jī)射頻前端測(cè)距信號(hào)碼片形狀失真，引入星間碼偏差至觀測(cè)值中的問(wèn)題，分析了其對(duì)精密鐘差產(chǎn)品星間零值偏差及定位性能影響。

(2)針對(duì)接收機(jī)端星間碼偏差導(dǎo)致終端偽距誤差改正精度下降進(jìn)而影響定位性能問(wèn)題，提出了單站多系統(tǒng)星間碼偏差實(shí)時(shí)估計(jì)與自校準(zhǔn)算法，削弱了接收機(jī)端星間碼偏差與衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品的星間零值偏差，顯著提高了接收機(jī)偽距觀測(cè)值改正精度。GLONASS PPP收斂時(shí)間縮短約70%，收斂階段及收斂后精度分別提升約64%、19%；GPS+GLONASS PPP收斂時(shí)間縮短約23%，收斂階段精度提升13%。

(3)針對(duì)實(shí)時(shí)鐘差產(chǎn)品中存在的零值偏差問(wèn)題，提出了顧及星間碼偏差改正的多系統(tǒng)精密鐘差估計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)零偏絕對(duì)鐘差獲取。四大系統(tǒng)實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差RMS減少了63%；解決了GLONASS、北斗各衛(wèi)星鐘差存在的偏差問(wèn)題，其鐘差STD精度提升約45%；該模型參數(shù)消除率達(dá)95%，該模型滿足多系統(tǒng)實(shí)時(shí)鐘差秒級(jí)估計(jì)與更新，滿足多系統(tǒng)增量發(fā)展需求。

(4)針對(duì)接收機(jī)端北斗二號(hào)與三號(hào)衛(wèi)星偽距觀測(cè)值存在的偏差不一致現(xiàn)象，提出了顧及星間碼偏差參數(shù)的北斗二號(hào)/三號(hào)聯(lián)合定位模型，充分利用北斗二號(hào)各衛(wèi)星全球信號(hào)(B1I+B3I)資源，實(shí)現(xiàn)了北斗二號(hào)與三號(hào)全球系統(tǒng)實(shí)時(shí)增強(qiáng)，進(jìn)一步提升了北斗全球信號(hào)高精度定位性能，北斗PPP收斂時(shí)間縮短約35%，收斂階段及收斂后精度分別提升15%、20%，北斗全球?qū)崟r(shí)增強(qiáng)進(jìn)一步提升了GNSS定位收斂性能及定位精度。

(5)設(shè)計(jì)并構(gòu)建了北斗/GNSS全球?qū)崟r(shí)增強(qiáng)原型軟件，利用全球近100個(gè)GNSS基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流資源，實(shí)現(xiàn)了包括北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)在內(nèi)的四大導(dǎo)航系統(tǒng)的產(chǎn)品。播發(fā)增強(qiáng)信息精度3～10 cm，達(dá)到了國(guó)際相關(guān)研究機(jī)構(gòu)同等水平，經(jīng)全球?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，北斗/GNSS定位精度可達(dá)到厘米級(jí)。