北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)研究及精度分析

徐波婁和松鄒慧

（1. 河南省測(cè)繪工程院，河南 鄭州450003；2.河南省地圖院，河南 鄭州450003）

北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)研究及精度分析

徐波1婁和松1鄒慧2

（1. 河南省測(cè)繪工程院，河南 鄭州450003；2.河南省地圖院，河南 鄭州450003）

針對(duì)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)性能測(cè)試，本文采用天寶R10對(duì)東南沿海某市三星系統(tǒng)分別進(jìn)行多模多系統(tǒng)動(dòng)態(tài)定位精度分析，以及聯(lián)測(cè)IGS站分析CORS定位精度的可靠性。測(cè)試結(jié)果表明，該市北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，動(dòng)態(tài)測(cè)量單GPS內(nèi)符合精度最優(yōu)，GPS+BD外符合精度最優(yōu)。

北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)；三星系統(tǒng)；內(nèi)符合精度；外符合精度

1 緒論

CORS系統(tǒng)是基于現(xiàn)代GNSS技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)定位服務(wù)技術(shù)、現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者已經(jīng)對(duì)CORS定位可靠性和精度進(jìn)行了大量的研究，但是基本上都是基于GPS+GLONASS雙系統(tǒng)之間進(jìn)行的研究與測(cè)試。文獻(xiàn)[1-3]對(duì)CORS系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行分析測(cè)試，主要對(duì)GPS+GLONASS雙星連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)的定位精度、時(shí)效性等進(jìn)行了測(cè)試。隨著我國(guó)北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的成熟，需要將北斗兼容到GPS/GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)中，組成多頻多系統(tǒng)導(dǎo)航定位系統(tǒng)，北斗+GPS+GLONASS三系統(tǒng)取代以往的雙系統(tǒng)是必然的趨勢(shì)。因此，需要對(duì)升級(jí)改造的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)進(jìn)行各種性能的測(cè)試[4]。

本文主要驗(yàn)證北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的可用性和定位精度，同時(shí)測(cè)試不同系統(tǒng)之間組合定位的優(yōu)越性。對(duì)某市已升級(jí)改造后的11個(gè)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的定位精度的可靠性和多系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行測(cè)試分析。

2 定位精度分析原理

CORS RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)?nèi)符合精度計(jì)算

N為測(cè)試點(diǎn)個(gè)數(shù)；

K為測(cè)試點(diǎn)的觀測(cè)次數(shù)。

外符合精度是測(cè)量值與真值之間的差值，主要反映系統(tǒng)的正確性、可靠性、兼容性等。

測(cè)試點(diǎn)的平面點(diǎn)位外符合精度按下式計(jì)算：

3 CORS定位精度可靠性研究

為了測(cè)試NJBD定位精度的可靠性，在臨近該市CORS地面基準(zhǔn)站的中國(guó)境內(nèi)選取6個(gè)IGS站與該市CORS站進(jìn)行聯(lián)合解算，選取的IGS站有上海站（SHAO）、臺(tái)灣的三個(gè)站（TCMS、TNML、TWTF）、武漢站（WUHN）、北京站（BJFS）。解算結(jié)果中，XYZ列是利用當(dāng)日24小時(shí)的觀測(cè)值，采用PANDA軟件進(jìn)行精密單點(diǎn)定位解算的結(jié)果[5]，NJBD基準(zhǔn)站和IGS站分別采用信息中心提供的基準(zhǔn)站坐標(biāo)（ITRF97, 2000歷元）與SOPAC網(wǎng)站上提供的IGS站坐標(biāo)作為參考真值，真誤差為PANDA解算的XYZ與參考真值的差值。7天的解算結(jié)果的均值與參考真值之差列表如下：由于篇幅所限，本文中只列出其中的6個(gè)CORS基準(zhǔn)站進(jìn)行分析。

表1 PANDA解算結(jié)果與參考真值較差

（1）通過(guò)PANDA解算出的結(jié)果與IGS提供的參考值之差很小，因此可以認(rèn)為軟件解算的CORS基準(zhǔn)站的結(jié)果是正確的，從而認(rèn)為信息中心提供的CORS基準(zhǔn)站原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的解算結(jié)果是正確的。

（2）通過(guò)表1 可以看出其他CORS基準(zhǔn)站的坐標(biāo)和解算出的坐標(biāo)存在一定的差值，且XYZ三個(gè)方向的差值基本穩(wěn)定，因此可以認(rèn)為解算的坐標(biāo)值與提供的坐標(biāo)值存在系統(tǒng)偏差。通過(guò)上述結(jié)果對(duì)年積日為121到131，11天的CORS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)采用GAMIT軟件進(jìn)行基線解算，以中國(guó)區(qū)域附近的IGS站坐標(biāo)作為約束平差的起算點(diǎn)，利用Cosa軟件對(duì)基線解算結(jié)果進(jìn)行網(wǎng)平差。結(jié)果如下：表2和表3分別表示采用ITRF08下瞬時(shí)歷元和ITRF97下2000歷元解算結(jié)果與信息中心提供的坐標(biāo)差值。

表2 ITRF08瞬時(shí)歷元解算差值（GAMIT）

表3 ITRF97下2000歷元解算差值（GAMIT）

通過(guò)表2和表3所列出的GAMIT解算出的結(jié)果與信息中心提供的CORS基準(zhǔn)站的坐標(biāo)信息的差值可以得到，采用ITRF97框架下的坐標(biāo)差值基本都在mm級(jí)，而采用ITRF08框架下的坐標(biāo)差值存在一個(gè)系統(tǒng)系偏差與表1所示的現(xiàn)象相同。因此,建議該市將CORS基準(zhǔn)站坐標(biāo)規(guī)劃到最新ITRF08框架下。

4 CORS多系統(tǒng)定位精度分析研究

在各個(gè)測(cè)試點(diǎn)上采用天寶R10型號(hào)RTK接收機(jī)分別在單GPS(G)、GPS+GLONASS(GR)、GPS+GLONASS+BDS(GRC)和GPS+BDS（GC重點(diǎn)）四種條件下（R10型號(hào)的接收機(jī)不能識(shí)別C源，故在此不進(jìn)行單C測(cè)試）接入CORS控制中心。為保證觀測(cè)精度和可靠性，進(jìn)行兩次連接和初始化，數(shù)據(jù)采樣間隔設(shè)置為1秒。獲取固定解后即開始記錄測(cè)量結(jié)果，連續(xù)記錄30個(gè)測(cè)量值并同時(shí)記錄初始化時(shí)間作為一組測(cè)試數(shù)據(jù)，然后斷開網(wǎng)絡(luò)重新連接記錄第二組30個(gè)固定解的測(cè)量值[6-7]。

CORS動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)果分析

天寶接收機(jī)CORS動(dòng)態(tài)測(cè)量四種模式下（G、GC、GR和GRC）的內(nèi)符合和外符合精度如表4和表5所示。

由表4和表5知：內(nèi)符合精度單G模式下個(gè)各坐標(biāo)分量和點(diǎn)位精度最優(yōu)，外符合精度GC模式精度最優(yōu)?！缎l(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：坐標(biāo)分量?jī)?nèi)符合中誤差不應(yīng)超過(guò)2cm，平面位置外符合中誤差不應(yīng)超過(guò)5cm。故天寶接收機(jī)在NJBD所有模式的內(nèi)、外符合精度全部滿足規(guī)程精度設(shè)計(jì)要求。

表4 NJBD系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)量的內(nèi)符合精度

表5 NJBD系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)量外符合精度

選取測(cè)區(qū)范圍內(nèi)15個(gè)控制點(diǎn)，利用天寶接收機(jī)在各個(gè)模式下測(cè)得控制點(diǎn)坐標(biāo)分量的較差如圖1所示。

從圖中可以看出，幾種模式下平面坐標(biāo)分量較差dX、dY基本都小于5cm，有部分點(diǎn)的dH較差超過(guò)5cm但沒有達(dá)到dm級(jí)，且所測(cè)各點(diǎn)坐標(biāo)分量較差基本均勻分布在零上下，符合誤差分布規(guī)律，基本滿足設(shè)計(jì)要求，高程精度方面仍有待提高。

圖1 NJBD單G模式坐標(biāo)分量較差

圖2 NJBD GC模式坐標(biāo)分量較差

圖3 NJBD GR模式坐標(biāo)分量較差

圖4 NJBD GRC模式坐標(biāo)分量較差

5 結(jié)論

通過(guò)表1至表3可以得到，采用ITRF97框架下的坐標(biāo)差值基本都在mm級(jí)，而采用ITRF08框架下的坐標(biāo)差值存在一個(gè)系統(tǒng)系偏差。由于，ITRF08框架相比較ITRF97框架精度更高，因此建議該市將CORS基準(zhǔn)站坐標(biāo)規(guī)劃到ITRF08框架下。

從表4和表5可以得到：①在G模式下的穩(wěn)定性（內(nèi)符合精度）最好，GRC、GR和GC的穩(wěn)定性依次降低。②GC動(dòng)態(tài)定位精度（外符合精度）最高，GRC、G和GR精度依次降低，達(dá)到精度設(shè)計(jì)要求。

[1]丁?。?CORS系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度測(cè)試研究[D]．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2014．

[2]蔡成輝, 劉立龍, 黎峻宇, 等．CORS定位精度的可靠性研究[J]．地理空間信息，2014，12(6)：73-76．

[3]顏琳．北斗/GPS 雙模 CORS網(wǎng)研制與測(cè)試技術(shù)研究[D]．上海：上海交通大學(xué)，2013．

[4]丁樂樂, 戈樂樂, 馮媛媛, 等．天津市北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)性能測(cè)試及分析[J]．工程勘察，2017(3)：64-68．

[5]周?。倍沸l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精密定位理論方法研究與實(shí)現(xiàn)[D]．鄭州： 解放軍信息工程大學(xué)，2013．

[6]李勝．北斗/GPS導(dǎo)航系統(tǒng)在西北地區(qū)的定位精度分析[J]．地理空間信息，2016(6)．

[7]蔡?hào)|健，范占永，嚴(yán)津，等．蘇州北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用研究[J]． 測(cè)繪與空間地理信息，2016(12)：70-73．

徐波（1991― ），男，碩士，主要從事GNSS導(dǎo)航定位與數(shù)據(jù)處理工作。E-mail:valuexb1005@163.com