北斗三號網(wǎng)絡(luò)RTK 定位性能分析研究

□衢州市測繪院 裴勇軍 劉坤

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System）是中國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座由3 顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道 （IGSO）衛(wèi)星和24 顆中圓軌道（MEO）衛(wèi)星組成。目前，北斗三號系統(tǒng)除提供定位導(dǎo)航授時服務(wù)外，還集成了星基增強和精密單點定位功能。高精度、高完好性等特點與通信數(shù)傳功能完美的融合，實現(xiàn)并提供全球區(qū)域短報文通信及國際搜救服務(wù)。

衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準站（以下簡稱基準站）是國家空間基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其獨特的增強定位方式網(wǎng)絡(luò)RTK 為地理空間數(shù)據(jù)采集以及導(dǎo)航定位的實時性、高效性、精確性和便利性方面帶來了革命性的跨越，大大降低了高精度定位的成本和測繪外業(yè)成本，為經(jīng)濟社會快速發(fā)展提供了精確的位置保障。隨著北斗三號系統(tǒng)的正式開通，各行各業(yè)的應(yīng)用也逐步開展起來。在全面推廣應(yīng)用之前，結(jié)合行業(yè)需求對網(wǎng)絡(luò)RTK 定位性能開展前期評估是一項必不可少的工作。本文綜合考慮北斗三號網(wǎng)絡(luò)RTK 定位的關(guān)鍵技術(shù)和服務(wù)內(nèi)容，建立區(qū)域試驗場，從基準站模糊度固定率、初始化時間、用戶定位精度及穩(wěn)定性進行分析，為今后全省使用單北斗系統(tǒng)提供參考依據(jù)。

一、建立區(qū)域試驗場

基于浙江省已有的網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)設(shè)施，搭建國產(chǎn)軟、硬件的測試系統(tǒng)，利用LINA、DEQI、FUYA、XISH、ZJHZ 等5 座GNSS的觀測墩、天線、電纜線和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建由北斗GNSS 基準站、數(shù)據(jù)綜合處理中心及通信網(wǎng)絡(luò)等子系統(tǒng)組成的試驗網(wǎng)。配置以國產(chǎn)版卡為主的新一代國產(chǎn)北斗衛(wèi)星接收機，采用功分器一分為二即一個天線連接2 臺GNSS 接 收機，將實時北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)流通過網(wǎng)絡(luò)專網(wǎng)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，同時利用國產(chǎn)實時數(shù)據(jù)處理軟件，在三星（GPSGLONASSBDS）、雙星（GLONASSBDS）和單北斗系統(tǒng)下，采用國產(chǎn)的RTK 設(shè)備測試北斗三號網(wǎng)絡(luò)RTK 服務(wù)能力。

二、服務(wù)能力測試分析

（一）網(wǎng)絡(luò)RTK精度測試

在區(qū)域試驗場內(nèi)外布設(shè)14 個流動點（其中5 個流動點在區(qū)域試驗場內(nèi)，9 個流動點在區(qū)域試驗場外），采用國產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)RTK 設(shè)備，在BDSGPSGLONASS 三星模式、BDSGLONASS 雙星模式和BDS單北斗模式下外業(yè)采集流動點點位坐標數(shù)據(jù)，并以天寶R10 設(shè)備在PIVOT 系統(tǒng)下采集重合點位坐標數(shù)據(jù)為參考值，對國產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)RTK 設(shè)備不同模式下采集的結(jié)果進行對比分析，以此來測試該實驗系統(tǒng)的精度。

1.BDSGPSGLONASS 三星模式下，根據(jù)采集數(shù)據(jù)可得觀測成果較差標準差緯度方向0.72cm，經(jīng)度方向0.74cm，大地高3.49cm；觀測成果較差極大值緯度方向1.6cm，經(jīng)度方向1.3cm，大地高7.01cm；觀測成果較差極小值緯度方向-1.04cm，經(jīng)度方向-1.35cm，大地高-0.91cm；平面較差3cm，高程較差5cm 之內(nèi)的固定占比86%。試驗網(wǎng)區(qū)域內(nèi)測試的5 個點平面較差都小于2.1cm，滿足網(wǎng)絡(luò)RTK 測量規(guī)范的要求；在試驗網(wǎng)外20km 左右，RTK 還是可以固定，滿足網(wǎng)絡(luò)RTK 精度要求。

2.ABDSGLONASS 雙星模式下，根據(jù)采集數(shù)據(jù)可得觀測成果較差標準差緯度方向0.71cm，經(jīng)度方向0.81cm，大地高3.46cm；觀測成果較差極大值緯度方向1.21cm，經(jīng)度方向2.15cm，大地高7.46cm；觀測成果較差極小值緯度方向-0.90cm，經(jīng)度方向-1.10cm，大地高-1.60cm；平面較差3cm，高程較差5cm 之內(nèi)的固定占比86%。試驗網(wǎng)區(qū)域內(nèi)測試的5 個點其中4 個點平面較差都小于2.2cm，滿足網(wǎng)絡(luò)RTK 測量規(guī)范的要求；在試驗網(wǎng)外20km 左右，RTK 還是可以固定，滿足網(wǎng)絡(luò)RTK精度要求。

3.ABDS 單北斗模式下，根據(jù)采集數(shù)據(jù)可得觀測成果較差標準差緯度方向0.91cm，經(jīng)度方向0.79cm，大地高3.79cm；觀測成果較差極大值緯度方向1.52cm，經(jīng)度方向0.81cm，大地高6.21cm；觀測成果較差極小值緯度方向-1.21cm，經(jīng)度方向-1.70cm，大地高-1.46cm；平面較差3cm，高程較差5cm 之內(nèi)的固定占比71%。試驗網(wǎng)區(qū)域內(nèi)測試的5個點的平面較差都小于1.7cm，其中3 個點的大地高滿足網(wǎng)絡(luò)RTK 測量規(guī)范的要求，另外2 個點的大地高超過5cm。在測試網(wǎng)外20km，RTK還是可以固定，滿足網(wǎng)絡(luò)RTK 精度要求。網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)外測試的14 個點位，平面都滿足RTK 規(guī)范的要求，大地高超過5cm 的有4 個。

表1 各模式下國產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)RTK設(shè)備與天寶R10設(shè)備數(shù)據(jù)采集成果比對表

（二）系統(tǒng)穩(wěn)定性測試

在 LINA、DEQI、FUYA、XISH、ZJHZ 等已有成果的觀測墩上，采用國產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)RTK 設(shè)備，在BDSGPSGLONASS 三星模式、BDSGLONASS 雙星模式和BDS單北斗模式下進行長時間8 小時（09:00-17:00）的連續(xù)觀測，統(tǒng)計、分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可用性。

1.BDSGPSGLONASS 三星模式下，觀測成果標準差緯度方向0.34cm，經(jīng)度方向1.16cm，大地高2.19cm；觀測成果平均值與已有成果較差緯度方向-0.07cm，經(jīng)度方向1.11cm，大地高-1.97cm；觀測成果與已有成果較差極大值緯度方向1.62cm，經(jīng)度方向2.13cm，大地高1.32cm；；觀測成果與已有成果較差極小值緯度方向-1.17cm，經(jīng)度方向0.06cm，大地高-6.32cm。平面較差3cm，高程較差5cm 之內(nèi)的固定占比99.98%。

2.BDSGLONASS雙星模式下，觀測成果標準差緯度方向0.42cm，經(jīng)度方向1.31cm，大地高1.45cm；觀測成果平均值與已有成果較差緯度方向-0.10cm，經(jīng)度方向1.25cm，大地高-1.11cm；觀測成果與已有成果較差極大值緯度方向1.32cm，經(jīng)度方向2.85cm，大地高2.74cm；；觀測成果與已有成果較差極小值緯度方向-1.56cm，經(jīng)度方向-0.21cm，大地高-4.62cm。平面較差3cm，高程較差5cm 之內(nèi)的固定占比100%。

3.BDS 單北斗模式下，觀測成果標準差緯度方向0.88cm，經(jīng)度方向1.85cm，大地高2.38cm；觀測成果平均值與已有成果較差緯度方向-0.49cm，經(jīng)度方向1.74cm，大地高-1.43cm；觀測成果與已有成果較差極大值緯度方向3.87cm，經(jīng)度方向6.3cm，大地高10.47cm；觀測成果與已有成果較差極小值緯度方向-5.25cm，經(jīng)度方向-6.75cm，大地高-7.77cm。平面較差3cm，高程較差5cm 之內(nèi)的固定占比92.33%。

在BDSGPSGLONASS、BDSGLONASS 和單北斗不同模式下，平面較差3cm，高程較差5cm 之內(nèi)的固定占比都在92%以上。其中單北斗系統(tǒng)完全可以滿足常規(guī)網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)的需求，在單北斗模型下測試的結(jié)果與已知成果的比較如圖2。

三、結(jié)論與展望

經(jīng)系統(tǒng)測試評估，在單北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)下網(wǎng)絡(luò)RTK 服務(wù)能達到厘米級。

▲圖2 單北斗模式穩(wěn)定性精度統(tǒng)計圖

1.通過國產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)RTK 設(shè)備測試的單北斗系統(tǒng)數(shù)據(jù)表明，單北斗系統(tǒng)用于網(wǎng)絡(luò)RTK 作業(yè)是可行的。平面較差3cm，高程較差5cm 之內(nèi)的固定占比92.33；觀測成果標準差為緯度：0.88cm，經(jīng)度：1.85cm，大地高：2.38cm。

2.在單北斗系統(tǒng)下固定衛(wèi)星數(shù)至少達到7 顆，最多可以到達10顆北斗衛(wèi)星。在外業(yè)測試時，測試的5 個點的平面較差都小于1.7cm，其中3 個點的大地高滿足網(wǎng)絡(luò)RTK測量規(guī)范的要求；網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)外測試的14 個點位，平面都滿足RTK 規(guī)范的要求。

3.現(xiàn)在國產(chǎn)解算軟件可以解算到北斗C36 號衛(wèi)星，采用單北斗（BDS）組網(wǎng)時，數(shù)據(jù)處理軟件實時解算基線最少達到12 顆衛(wèi)星同時參與解算。隨著國產(chǎn)解算軟件的更新，網(wǎng)解的衛(wèi)星數(shù)會越來越多，固定率和精度都會有所提升。

4.隨著國產(chǎn)北斗三號接收機設(shè)備進一步改造，在4G 以上網(wǎng)絡(luò)覆蓋、觀測條件良好的區(qū)域，使用國產(chǎn)單北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準系統(tǒng)可以實現(xiàn)單北斗的網(wǎng)絡(luò)RTK 服務(wù)。

綜上所述，在單北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)下網(wǎng)絡(luò)RTK 服務(wù)能達到厘米級。隨著各軟硬件技術(shù)的自主發(fā)展，北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在提供導(dǎo)航授時、星基增強和精密單點定位等基礎(chǔ)上，其精度水平和服務(wù)能力也將日趨提高。