不同布網(wǎng)形式下BDS/GPS靜態(tài)相對定位精度分析

薩和芽 黃曉君 烏日海 烏云鐵米日

摘要：在我國BDS已開啟全球服務(wù)的背景下，分析BDS/GPS的不同布網(wǎng)形式的定位精度具有重要意義?；诖耍疚囊詢?nèi)師大盛樂校區(qū)為試驗區(qū)，通過E級網(wǎng)技術(shù)要求，設(shè)計點、邊和網(wǎng)連式布網(wǎng)形式，開展BDS/GPS小區(qū)域靜態(tài)相對定位試驗，并分析BDS和GPS網(wǎng)平差精度。試驗結(jié)果表明：①不同布網(wǎng)形式的BDS與GPS網(wǎng)基線改正數(shù)及點位中誤差差異均較小;②兩者邊連式網(wǎng)的RMS值相等，而點和網(wǎng)連式下BDS比GPS小?？梢?，在不同布網(wǎng)形式下BDS和GPS定位精度接近，BDS完全可替代GPS在小區(qū)域內(nèi)進行靜態(tài)相對定位。

關(guān)鍵詞：BDS;GPS;不同布網(wǎng)形式;靜態(tài)相對定位;精度分析

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是我國自主研發(fā)、組建、運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[1]。BDS在軌衛(wèi)星數(shù)已經(jīng)超過其他國家，其定位精度亦較理想，甚至優(yōu)于其他系統(tǒng)。因此全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）隨著北斗系統(tǒng)的加入，多星座靜態(tài)相對定位測量相比單一星座測量而言更能提高導(dǎo)航定位的可用性、連續(xù)性和精度[2]。目前，美國的全球定位系統(tǒng)（Global positioning system，GPS）仍然在我國的衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域里占據(jù)壟斷地位，但BDS是否具備完全代替GPS方面的研究是人們最關(guān)注的話題。

針對BDS與GPS的定位精度問題，許多國內(nèi)外學(xué)者通過不同衛(wèi)星高度角、PDOP值、可見衛(wèi)星數(shù)等參數(shù)進行了一系列的比較。文獻[3-4]中研究了GNSS信號的特征，發(fā)現(xiàn)BDS與GPS結(jié)合后可見衛(wèi)星數(shù)量顯著增加，PDOP值明顯降低。綜合利用多種系統(tǒng)后提高定軌精度[3-4]。陳玉龍等分析BDS/GPS雙星座或單一星座的PDOP值和可見衛(wèi)星數(shù)對定位精度的影響，并利用實測數(shù)據(jù)得出雙星座系統(tǒng)的可見衛(wèi)星數(shù)明顯增多，PDOP值比單一系統(tǒng)的低，說明雙星座系統(tǒng)的定位精度比單一星座的定位精度高，系統(tǒng)更加穩(wěn)定[5]。文獻[6-7]通過GNSS數(shù)據(jù)進行分析了不同衛(wèi)星高度角對組合系統(tǒng)定位的影響，得出組合系統(tǒng)達到一定的可見衛(wèi)星數(shù)后，衛(wèi)星高度角對定位結(jié)果影響不大;當衛(wèi)星高度角大于30°時，3D方向的外符合定位精度有所改善[6-7]。袁本銀等在理想觀測條件與不好觀測條件下，分析了實測數(shù)據(jù)的可見衛(wèi)星數(shù)、外符合精度、RDOP、Ratio、RMS值，研究得出單一BDS系統(tǒng)已經(jīng)能夠進行靜態(tài)相對定位，只是由于BDS系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)與星座分布方面不如GPS系統(tǒng)，導(dǎo)致解算結(jié)果比GPS系統(tǒng)稍差[8]。毛文斌等通過點和邊連式的實測數(shù)據(jù)，對GPS網(wǎng)定位精度進行了分析，發(fā)現(xiàn)由于邊連式的圖形強度大，其點位精度優(yōu)于點連式[9]。綜上所述，雖然兩種導(dǎo)航定位系統(tǒng)定位精度方面諸多研究成果，但從不同布網(wǎng)形式下分析定位精度的較少。因此，本文從不同布網(wǎng)形式入手，研究BDS與GPS靜態(tài)相對定位精度，為GNSS測量工作提供參考。

1試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)獲取

1.1試驗設(shè)計

一直以來，GNSS靜態(tài)相對定位是各領(lǐng)域控制測量的主要方法[10]。目前在控制測量中，最常用的布網(wǎng)形式是同步圖形擴展式。它是指多臺GNSS接收機在不同測站上進行同步觀測，在完成一個時段的同步觀測后，又遷移到其他測站上進行同步觀測，每次同步觀測都可以形成一個同步圖形，在測量過程中，不同的同步圖形之間一般有若干個公共點相連，整個控制網(wǎng)由這些同步圖形構(gòu)成[11]。本試驗區(qū)為內(nèi)師大盛樂校區(qū)，在測區(qū)內(nèi)共布設(shè)了11個控制點，其中3個已知點作為起算數(shù)據(jù)。試驗中，海星達iRTK5接收機的靜態(tài)測量定位精度高于南方的“銀河6”接收機，并且采用網(wǎng)連式采集數(shù)據(jù)的優(yōu)點在于所測定的控制網(wǎng)圖形強度很高，在處理數(shù)據(jù)時使用BDS/GPS雙星組系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)解算，所以將使用海星達iRTK5接收機的觀測數(shù)據(jù)作為參考控制網(wǎng)，而使用南方“銀河6”接收機采用點、邊和網(wǎng)連式的布網(wǎng)形式進行靜態(tài)相對定位測量的控制網(wǎng)作為評價控制網(wǎng)。

1.2數(shù)據(jù)采集與處理

1.2.1參考/評價控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集與處理

按照試驗設(shè)計要求，對測區(qū)控制點進行同步觀測，取得兩種控制網(wǎng)的外業(yè)觀測數(shù)據(jù)，觀測時記錄點號、接收機型號、觀測員、觀測日期、觀測時間與天線高等信息，供后續(xù)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時使用。參考控制網(wǎng)借助中海達HGO軟件進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，獲得控制網(wǎng)坐標，為BDS/GPS不同布網(wǎng)形式控制網(wǎng)精度提供參考。評價控制網(wǎng)采用南方SGO軟件得到BDS/GPS控制網(wǎng)平差結(jié)果。

2研究結(jié)果與分析

2.1自由網(wǎng)平差結(jié)果與分析

為分析BDS/GPS網(wǎng)的自由網(wǎng)平差結(jié)果，選擇基線X、Y、Z分量改正數(shù)，對兩種網(wǎng)進行對比分析。根據(jù)GB/T18314-2009[12]，自由網(wǎng)基線分量改正數(shù)的絕對值應(yīng)滿足如下要求：

式中（a為固定誤差、b為比例誤差、d按網(wǎng)的實際平均邊長計算）。通過計算得出點、邊和網(wǎng)連式的σ分別為2.5333mm、2.5342mm和2.5340mm，基線X、Y、Z分量改正數(shù)的限差分別為7.6000mm、7.6025mm和7.6021mm。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，本次試驗中點、邊和網(wǎng)連式的基線分量改正數(shù)未超限。

在點連式下，BDS網(wǎng)于GPS網(wǎng)基線X、Y、Z分量改正數(shù)的平均值相差分別為，X：0.0005mm，Y：-0.0012mm，Z：-0.0014mm。在邊連式下，相差分別為X：-0.0013mm，Y：0.0019mm，Z ：0.0008mm。在網(wǎng)連式下，相差分別為X：-0.0008mm，Y：0.0013mm，Z：0.0006mm?？傮w來說，BDS與GPS網(wǎng)的自由網(wǎng)平差結(jié)果相差差異均小，在可接受的范圍之內(nèi)。

2.2二維約束網(wǎng)平差結(jié)果與分析

為分析BDS和GPS網(wǎng)二維約束網(wǎng)平差結(jié)果，選擇點位誤差和均方根誤差（RMS），對兩種網(wǎng)精度進行分析（見表2-表4）。在這期間以參考控制網(wǎng)坐標為基礎(chǔ)，根據(jù)計算點位誤差，再使用得到均方根誤差。

從表2可知，在點連式下，BDS網(wǎng)與GPS網(wǎng)的點位中誤差最大值相差0.8mm、最小值相差2.0mm、平均值相差0.6mm、RMS值相差1.0mm。從表3可知，在邊連式下，BDS網(wǎng)與GPS網(wǎng)點位中誤差分別相差3.6mm、0.4mm、0.0mm，RMS值相等。從表4可知，在網(wǎng)連式下，BDS網(wǎng)與GPS網(wǎng)點位中誤差分別相差2.6mm、1.0mm、0.1mm，RMS值相差0.1mm。由此可知，在點、邊和網(wǎng)連式下BDS定位精度可達mm級，與GPS定位精度相當[13]。

3結(jié)論

本文通過BDS和GPS不同布網(wǎng)形式靜態(tài)相對定位試驗分析，發(fā)現(xiàn)BDS和GPS網(wǎng)平差結(jié)果精度已符合國家GPS規(guī)范（GB/T18314-2009）要求。不同布網(wǎng)形式的BDS與GPS網(wǎng)基線改正數(shù)、點位中誤差及RMS差異均較小，其中兩者邊連式網(wǎng)的RMS值相等，而點和網(wǎng)連式下BDS比GPS小，說明兩者靜態(tài)相對定位精度相似?？梢姡珺DS不僅能夠代替GPS在小區(qū)域內(nèi)進行靜態(tài)相對定位，而且其應(yīng)用前景將逐漸擴大和發(fā)展。

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基金項目：內(nèi)蒙古師范大學(xué)教學(xué)研究項目（2020jxyj076）。

作者簡介：薩和芽（1999- ），女，本科生，蒙古族，籍貫：內(nèi)蒙古省錫林郭勒盟，研究方向為測繪工程。