北斗CORS的精密單點定位精度測試

朱建華，李 輝，楊 祖，張龍飛，程桂平

（1. 61243部隊，甘肅 蘭州 730020；2. 61287部隊，云南 昆明 650010）

北斗CORS的精密單點定位精度測試

朱建華1，李 輝1，楊 祖2，張龍飛1，程桂平1

（1. 61243部隊，甘肅 蘭州 730020；2. 61287部隊，云南 昆明 650010）

精密單點定位（PPP）技術(shù)可利用單臺接收機在全球范圍內(nèi)直接得到高精度的坐標信息。目前，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）已經(jīng)具備了亞太大部分地區(qū)的區(qū)域服務能力，其精密定位技術(shù)已成為國內(nèi)外GNSS領域的研究熱點。將北斗應用于CORS系統(tǒng)，可解決現(xiàn)有區(qū)域基準單一GPSCORS模式帶來的安全問題。以甘肅省CORS站為例，利用PPP技術(shù)對北斗CORS定位精度進行了測試，與GPS相比，其差值在0.07 m以內(nèi)。

BDS；CORS；PPP；Ambizap；精度測試

BDS自2007年6月開始已先后發(fā)射了16顆衛(wèi)星，完成了導航區(qū)域14顆衛(wèi)星的星座組網(wǎng)，包括4顆中高度圓軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和5顆地球靜止軌道衛(wèi)星。2012年12月27日，BDS正式試運行，并發(fā)布其空間信號接口控制文件，在繼續(xù)保留導航實驗系統(tǒng)有源定位、雙向授時和短報文通信服務基礎上，開始向亞太大部分地區(qū)正式提供連續(xù)無源定位、導航、授時等服務，擴大了系統(tǒng)覆蓋范圍[1]，在中國及周邊地區(qū)，BDS服務性能與GPS基本相當[2]。它的實現(xiàn)和發(fā)展是國家建設新一代現(xiàn)代測繪基準的重要手段[3]。

甘肅省自2012年啟動現(xiàn)代測繪基準建設項目以來，建立了覆蓋全省的CORS約120個，初步形成了以CORS網(wǎng)與高精度似大地水準面模型為核心的區(qū)域現(xiàn)代測繪基準服務體系。基于安全性考慮，對BDSCORS的靜態(tài)單點定位精度進行了測試，為推廣BDSCORS建立區(qū)域現(xiàn)代測繪基準探索了新思路。

1 BDSCORS

CORS由基準站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、用戶服務系統(tǒng)、用戶應用系統(tǒng)5個部分組成，監(jiān)控分析中心與各基準站之間通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)鏈接形成專用網(wǎng)絡[4]。CORS系統(tǒng)的建設與發(fā)展取決于衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設與發(fā)展。由于GPS是全球第一個建成并投入使用的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，所以我國目前已經(jīng)建立的CORS全部基于GPS系統(tǒng)。國家級的CORS系統(tǒng)主要是中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡和中國地殼運動觀測網(wǎng)絡。自2003年開始，全國很多地區(qū)陸續(xù)建設了城市甚至省級的CORS網(wǎng)，并逐漸形成了自地區(qū)級至省級最后達到國家級的“地區(qū)-省-全國” CORS網(wǎng)絡[5-7]。

BDSCORS在現(xiàn)有GPSCORS的基礎上，采用兼容GPS和BDS的接收機，能夠同時接收GPS和BDS定位數(shù)據(jù)的CORS系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于GPS和BDS的雙模數(shù)據(jù)處理。

2 BDSCORS數(shù)據(jù)解算方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理流程

數(shù)據(jù)來源于甘肅省CORS網(wǎng)，2014年第309天的觀測數(shù)據(jù)，主要包括北斗載波相位以及偽距觀測數(shù)據(jù)、參考站精確坐標、廣播星歷、精密預報星歷、氣象參數(shù)等。數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容包括預處理算法、基準站間基線解算和距離相關(guān)誤差估計3大部分；再生成改正數(shù)并發(fā)播給用戶進行定位解算，如圖1所示。

圖1 BDSCORS數(shù)據(jù)處理模塊

2.2 Ambizap算法

Blewitt.G在2008年提出了“不動點定理”的模糊度固定方法，并基于此提出基于PPP的GPS網(wǎng)解新算法——Ambizap[8]。經(jīng)測試，該算法的解算結(jié)果接近于全網(wǎng)模糊度的固定，對于連續(xù)觀測的大型GNSS網(wǎng)絡，各站的非差PPP解的精度和雙差模糊度固定解的精度均相近。Ambizap算法的基本思想是利用雙差模糊度解算結(jié)果來約束非差PPP解，逐點進行PPP解算，逐基線進行獨立基線解算，可實現(xiàn)大型GNSS網(wǎng)數(shù)據(jù)分布式高效處理。

設整網(wǎng)平差前PPP實數(shù)解為Xi，協(xié)方差矩陣為Ci，測站i和j構(gòu)成的獨立基線的雙差固定解為Xi′和Xj′，將各個獨立基線的雙差固定解當作獨立的子網(wǎng)。根據(jù)Blewitt.G提出的不動點定理，可利用雙差模糊度固定解對PPP解進行精度修正，得到整體網(wǎng)平差解。

設單個測站的非差法方程為NiXi=wi，則根據(jù)測站與測站間相互獨立的關(guān)系，構(gòu)建PPP網(wǎng)解法方程為：

引入獨立基線的雙差固定解提供的約束條件為：

獨立基線的雙差固定解ΔX'i?j提供給測站i和j的PPP解的精度改進為：

將獨立基線約束條件并行累加到非差網(wǎng)解法方程，得到新整網(wǎng)平差的法方程為：

利用測量平差分塊并行計算模型求解法方程，即可得到附加雙差解約束的坐標解算結(jié)果。

2.3 BDSCORS的PPP精度測試方案

目前，對GPS/GLONASS組合的研究較多，對GPS/BDS組合定位的研究剛起步,采用GPS/BDS雙差觀測模型[9]，在CORS系統(tǒng)定位覆蓋區(qū)域內(nèi)，選擇國家級或省市級的高等級且已知精確GPS坐標的點作為檢測點，將用戶接收機架設在每個檢測點上，每個點上觀測多個時段，各觀測時段的觀測時間為（30 min、l h、2 h等），采樣率為15"，記錄觀測值；采用Ambizap算法對實時定位結(jié)果進行統(tǒng)計分析。

3 測試結(jié)果

采用北斗數(shù)據(jù)使用Ambizap算法進行處理，將結(jié)果與GPS計算結(jié)果進行對比，見圖2。橫軸表示2014 年第309天的觀測時間（0～24 h），縱軸表示精度較差（0.1 m）。可以看出，X、Y、Z方向的互差在0.07 m內(nèi)。采用北斗和GPS組合定位的網(wǎng)絡RTK算法，計算得到均方根中誤差為3 cm。

圖2 測站3個方向坐標差比較圖

4 結(jié) 語

將BDS應用于CORS系統(tǒng)，不僅可有效解決其他導航衛(wèi)星系統(tǒng)帶來的安全性問題，而且也是今后我國建設區(qū)域現(xiàn)代化測繪基準的重要手段。以甘肅省CORS站為例，對BDSCORS的PPP精度進行了測試，

得出以下結(jié)論：在PPP解算中，實現(xiàn)了從dm級到cm 級的快速收斂，時間約為20 min；與GPS相比，其差值在0.07 m內(nèi)。由此可見BDS已具備區(qū)域較高精度定位能力，研究成果具有很強的針對性和實用性，可在各省（區(qū)）CORS系統(tǒng)推廣應用。

[1] 李克昭,韓夢澤,孟福軍.北斗系統(tǒng)的特色、機遇與挑戰(zhàn)[J].導航定位學報,2014,2(2)∶21-25

[2] 馬大喜,潛成勝,王艷.北斗系統(tǒng)對亞太地區(qū)導航性能的改善研究[J].導航定位學報,2014,2(2)∶50-53

[3] 楊元喜.北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的進展、貢獻與挑戰(zhàn)[J].測繪學報,2010,39(1)∶1-6

[4] 周樂韜.連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡實時動態(tài)定位理論算法與系統(tǒng)實現(xiàn)[D].成都∶西南交通大學,2007

[5] 蔡楊宇.淺談CORS-RTK技術(shù)優(yōu)勢及發(fā)展趨勢[J].地理空間信息,2013,11(4)∶21-22

[6] 汪偉,史廷玉,張志全.CORS系統(tǒng)的應用發(fā)展及展望[J].城市測繪,2010(3)∶45-47

[7] 李健,呂志平.基于CORS的衛(wèi)星定位在線服務系統(tǒng)[J].測繪通報,2007(8)∶40-44

[8] Blewitt G. Fixed Point Theorems of GPS Carrier Phase Ambiguity Resolution and Their Application to Massive Network Processing∶ Ambizap[J].Journal of Geophysical Research, 2008,113(10)∶12

[9] 高猛,徐愛功,祝會忠.雙導航定位系統(tǒng)偽距單點定位數(shù)據(jù)處理方法與精度分析[J].導航定位學報,2014,2(2)∶83-88

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B

1672-4623（2016）05-0058-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.018

朱建華，碩士，研究方向為大地測量和導航定位。

2015-07-17。

項目來源：軍地2013～2015年基金資助項目（參[2013]186號）。