GNSS連續運行參考站實時測距精度評估方法

李 博，文 雯，王留朋

（1．61081部隊,北京 100094；2.61741部隊,北京 100094；3.75719部隊，湖北 武漢 430074）

GNSS連續運行參考站實時測距精度評估方法

李 博1，文 雯2，王留朋3

（1．61081部隊,北京 100094；2.61741部隊,北京 100094；3.75719部隊，湖北 武漢 430074）

從分析偽距觀測方程的角度，基于連續運行參考站的特性，推導了能夠適用于連續運行參考站的實時偽距精度評價方案；并對其中的關鍵問題進行了闡述分析；合理地提出了能夠適用于GNSS連續運行參考站的實時測距精度評估方案；并利用實際系統對該方法進行了實驗，得出了有益的實時測距精度評估方法，希望能給相關工作者帶來參考。

GNSS；連續運行參考站；精度評估

現在連續運行的 GNSS參考站已經成為我國各類大地觀測網絡的骨干設施，參考站的數據質量優劣，是影響各類網絡整體觀測精度的重要因素。由于參考站的連續運行等任務要求，對它的精度檢驗不能利用常規GNSS測量型接收機的GNSS檢定機構。所以制定在不影響參考站運行情況下的精度檢驗方法是各類GNSS網絡的迫切要求。本文立足于對連續運行參考站設備進行性能測試的基礎上，著眼于利用參考站實時采集的偽距觀測數據，提出了對于 GNSS連續運行參考站適用的精度評價方法。

1 偽距觀測方程

沒有誤差的測距觀測量在實踐過程中由于各種傳播誤差的存在是難以實現的，因此常常把含有衛星鐘和接收機鐘非同步誤差影響得到的衛星至測站的距離稱為偽距[1]。衛星導航參考站在當前時刻接收到的衛星信號，只是部分衛星發射的信號，是衛星在之前某一時刻發出的。對于不同衛星，雖然參考站在同一個歷元采樣，但這些信號是不同衛星在不同歷元發出的。信號收發之間的時延和衛星與接收機之間的距離、大氣狀態等緊密相關。當衛星發射的信號到達參考站時，參考站測出的偽距時鐘頻率、載波頻率和衛星發射時刻狀態比較都發生了改變，含有衛星運動和接收機運動的影響以及大氣的影響。因此，偽距觀測方程可用下式表達[4]：

式中，下標J表示觀測歷元；上標I表示觀測到的第I顆衛星；為衛星I到參考站之間的觀測偽距；為衛星到參考站之間的幾何距離（真實距離）；為被測參考站鐘差的等效偽距；為所有可確定的誤差項的等效偽距（包括對流層、電離層、多路徑效應等）；為測距誤差，包含高動態下的靈敏效應的觀測噪聲影響。

以檢測偽距測量精度來表示，則有：

2 GNSSS連續運行參考站進行精度評價

GNSS連續運行參考站一般具有不間斷運行的任務要求，另外參考站體積巨大不易移動。這些特性造成了常規的GNSS接收機檢定方法并不適用于GNSS連續運行參考站。零基線雙差檢驗法則可以在不間斷參考站運行的情況下進行精度評價。

具體步驟是：將同一天線接收的衛星導航信號通過功分器分成相位、功率相同的兩路信號，分別輸入兩臺接收機（標校接收機和被測參考站接收機），根據兩機共同觀測數據，利用相對定位的原理求解測距精度。

假設參考站接收機和標校接收機在某個歷元時刻J所觀測到的衛星I的偽距分別為則：

而參考站接收機和標校接收機在歷元時刻 J所觀測到的衛星k的偽距分別為、則：

因而上兩式消除了TR、DC項。

再對（5）中兩式做差，那么：

由上式可以看出，利用經過精度檢驗的 GNSS接收機求解偽距數據的雙差值，可以有效地反映 GNSS連續運行參考站的測距精度。由于連續運行的參考站的特點，這種間接評價的方法，理論上可以有效地用于連續運行參考站的實時精度評估。

3 實驗與分析

2008年11月作者對某個衛星導航系統連續運行參考站，進行了硬件和軟件的改造設計，通過改變天線原有設計、增加工分器和編寫實時軟件，利用一臺經過國家年度精度檢驗的高精度GNSS接收機，使得該參考站在不影響正常工作的前提下，具備了實時利用零基線雙差法進行精度評估的能力。該試驗的硬件組成如圖1所示。

圖1 連續運行參考站實時精度評估試驗的硬件組成圖

利用圖1提出的硬件設計，結合上章的理論原理。我們在2008年8月16日（GPST）至2008年8月18日（GPST）對該參考站的實時零基線測量數據進行了試算；并分別在第800、1 000、2 500、5 500歷元，加入人為的測距誤差1m、5m、10m、100m，給連續運行參考站的 waas3機，以期可以成功通過實時精度評估發現連續運行參考站的精度變化現象。圖 2是該零基線試驗的雙機偽距數據。

圖2 連續運行參考站實時精度評估試驗的雙機零基線觀測數據圖

利用圖2的兩組觀測數據，按照式（5）中的方法進行單差計算,結果如圖3所示。

圖3 連續運行參考站實時精度評估試驗的雙機零基線單差數據圖

再以式（6）為基礎，進行雙差計算，結果如圖4所示。

圖4 連續運行參考站實時精度評估試驗的雙機零基線雙差數據圖

通過圖 4可以看出本文采用的這種實時精度評估方法，可以有效地發現第2500、5500歷元，10m、100 m的測距誤差。但是對于另外2組10 m以下的誤差，實驗結果表明，并不能清晰的對誤差現象進行反映。

4結語

改造后的連續運行參考站利用零基線雙差法，可以實時地對測距精度進行評估，方法簡單，參考站的改裝成本低。在實時評估的同時，可以保證參考站的穩定運行。連續運行參考站的實時精度評估研究相對較少，而本文所述方法可以實時的清晰發現10m以上的測距誤差。希望此種方法可以給廣大的連續運行參考站維護部門帶來參考和借鑒。

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Accuracy of Real-time Range Assessment for CORS

by LIBo

An assessment method for the accuracy of near real-time range was proposed based on the pseudo range observation equation and the character of the CORS stations,and then the key problems of that were expounded in detail.In addition,the performance and adaptively were demonstrated base on real GPS data and the result gave the confidences that the assessment could be used in practical successfully.

CNSS,CORS,accuracy （Page:55）

P228.41

B

1672-4623(2011)02-0055-02

2010-08-30

項目來源：國家863計劃資助項目 (2007AA120603)。

李博，助理工程師，主要從事測量與導航工程研究。