基于RTX-PP分析北斗單星座定位精度

張曉紅

（1.青海省地理空間和自然資源大數(shù)據(jù)中心，青海 西寧 810001）

目前，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）在軌衛(wèi)星個(gè)數(shù)超過100顆，其中除了4個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)（美國(guó)GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟Galilean和中國(guó)北斗）以外，還有區(qū)域增加衛(wèi)星，例如日本的QZSS、印度的IRNSS等[1-3]。

北斗系統(tǒng)是我國(guó)全自主建設(shè)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，2020年上半年，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航工程將完成整個(gè)北斗三號(hào)系統(tǒng)的組網(wǎng)建設(shè)，這也意味著單北斗系統(tǒng)的定位服務(wù)即將拉開序幕。對(duì)比GPS系統(tǒng)而言，北斗三代衛(wèi)星定位精度如何，獨(dú)立星座定位和組合星座定位精度相差多少，都需要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)論證。

本文采用Trimble公司開發(fā)的RTX事后服務(wù)（RTX）[4-6]測(cè)試MGEX[7]核心站LHAZ不同星座定位差異，與其他系統(tǒng)比較北斗三代獨(dú)立定位精度。

1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

LHAZ測(cè)站采用LEICA GR25型號(hào)接收機(jī)和LEIAR25.R4+LEIT天線，接受GPS+GLONASS+ Galileo+BeiDou+SBAS衛(wèi)星信號(hào)。如圖1所示，從MGEX的數(shù)據(jù)中心BKG下載多系統(tǒng)導(dǎo)航電文、WUM下載包含北斗三代的精密星歷文件和IGN下載LHAZ測(cè)站RINEX3格式的全星座觀測(cè)文件；預(yù)處理涉及G-Nut/Anubis-2.2.4[8]對(duì)各衛(wèi)星系統(tǒng)觀測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)和GFZRNX-1.14對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行 編輯。

圖1 數(shù)據(jù)預(yù)處理流程

Nut/Anubis是捷克共和國(guó)大地觀測(cè)臺(tái)開發(fā)的一款開源應(yīng)用程序，能夠?qū)λ蠫NSS星座觀測(cè)的RINEX文件進(jìn)行定性和定量檢測(cè)；采用LHAZ測(cè)站2020-04-01觀測(cè)數(shù)據(jù)，檢測(cè)過程如下：

1 2 3$ anubis -X 2>lhaz092.xml$ anubis -x lhaz092.xml -v 9$ ./plot_Anubis.pl --ifile lhaz.xtr --plot="lhaz.png" --all --all --title="lhaz [2020:092]"說明：1.獲得默認(rèn)配置文件lhaz092.xml并修改參數(shù)；2.執(zhí)行主命令，生成檢測(cè)結(jié)果文件，數(shù)字9表示進(jìn)行最詳細(xì)檢測(cè)，其范圍取值為{0-9}；3.將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行圖形化展示

表1羅列了GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)參考范圍，圖2展示LHAZ質(zhì)量檢測(cè)可視化結(jié)果。從結(jié)果文件和圖形可以看出，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量均達(dá)到參考范圍以內(nèi)（北斗系統(tǒng)定位精度在U方向RMS超出5 m）。

圖2 LHAZ測(cè)站GNSS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

表1 GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo)

GFZRNX是德國(guó)地學(xué)中心提供的一款RINEX GNSS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與操作工具軟件，利用-satsys參數(shù)來分割四大導(dǎo)航定位系統(tǒng)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

1234$ gfzrnx -finp lhaz0920.20o -fout lhaz092c.20o -satsys C$ gfzrnx -finp lhaz0920.20o -fout lhaz092g.20o -satsys G$ gfzrnx -finp lhaz0920.20o -fout lhaz092e.20o -satsys E$ gfzrnx -finp lhaz0920.20o -fout lhaz092r.20o -satsys R-satsys參數(shù)說明：[-satsys ] - 輸入需要選擇的衛(wèi)星系統(tǒng)簡(jiǎn)碼（CEGIJRS）C - Beidou E - Galileo G - GPS I - IRNSS J - QZSS R - Glonass S - SBAS

2 RTX-PP定位解算

Trimble的RTX-PP服務(wù)能夠采用GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou和QZSS衛(wèi)星雙頻偽距和載波相位測(cè)量，從衛(wèi)星端到接收機(jī)的載波相位和偽距測(cè)量方程表示如下[9]：

式中，Φi和Pi分別表示頻率i載波相位和偽距觀測(cè)值；ρ表示衛(wèi)星到接收機(jī)天線的幾何距離；c表示信號(hào)傳播速度，一般等于光速；dT和dt分別表示接收機(jī)和衛(wèi)星鐘差；T表示對(duì)流層延遲；li表示頻率i的電離層延遲；Ai和i分別表示接收機(jī)和衛(wèi)星對(duì)于頻率i的偏移和變化；WΦ和wΦ分別表示接收機(jī)和衛(wèi)星的天線相位轉(zhuǎn)繞；BΦ,i和bΦ,i分別表示接收機(jī)和衛(wèi)星對(duì)于頻率i的載波相位偏差；BP,i和bP,i分別表示接收機(jī)和衛(wèi)星對(duì)于頻率i的偽距偏差；λi表示頻率N的載波波長(zhǎng)；Ni表示頻率i的整周模糊度；mΦ,i和mP,i分別表示頻率i的載波相位和偽距的多路徑效應(yīng)；εΦ,i和εP,i分別表示頻率i的載波相位和偽距的誤差和殘差。

RTX-PP通過Web應(yīng)用程序提供免費(fèi)服務(wù)，用戶將GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)上傳到CenterPoint RTX后處理服務(wù)進(jìn)行定位計(jì)算。將上述預(yù)處理獲得的各系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入RTX-PP進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示如表2所示，比較發(fā)現(xiàn)定位精度高低依次為GPS、Beidou、GLONASS、Galileo。GPS系統(tǒng)定位精度最好，24 h測(cè)結(jié)果內(nèi)符合精度在1cm以內(nèi)，而與ITRF2014結(jié)果對(duì)比，絕對(duì)定位精度能達(dá)到5 mm以內(nèi)；北斗系統(tǒng)定位精度在1.5cm以內(nèi)，而另外兩個(gè)星座定位精度均差為2 cm精度。

表2 RTX-PP不同星座解算結(jié)果和ITRF2014對(duì)比

從觀測(cè)數(shù)據(jù)搜星統(tǒng)計(jì)情況看，LHAZ測(cè)站2020-09-02在同一歷元平均GPS有9顆、Beidou有13顆、GLONASS有7顆和Galileo有5顆。Beidou系統(tǒng)包括二代和最新的三代衛(wèi)星，接收的信號(hào)段比GPS弱一些。

3 結(jié) 語

2020年5月份開始，北斗三代正式組網(wǎng)，開始為全球用戶提供服務(wù)。本文基于RTX-PP對(duì)比分析四大全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)在LHAZ站定位精度，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)均合格，接收衛(wèi)星個(gè)數(shù)北斗系統(tǒng)最多，達(dá)到13顆，而定位結(jié)果內(nèi)、外符合精度GPS系統(tǒng)均達(dá)到最好，絕對(duì)精度在5 mm以內(nèi)。隨著北斗系統(tǒng)不斷發(fā)展，預(yù)期定位精度能不斷提高，達(dá)到和GPS系統(tǒng)一致精度。