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）技術可利用單臺接收機在全球范圍內直接得到高精度的坐標信息。目前，北斗衛星導航系統（BDS）已經具備了亞太大部分地區的區域服務能力，其精密定位技術已成為國內外GNSS領域的研究熱點。將北斗應用于CORS系統，可解決現有區域基準單一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。

BDS；CORS；PPP；Ambizap；精度測試

BDS自2007年6月開始已先后發射了16顆衛星，完成了導航區域14顆衛星的星座組網，包括4顆中高度圓軌道衛星、5顆傾斜地球同步軌道衛星和5顆地球靜止軌道衛星。2012年12月27日，BDS正式試運行，并發布其空間信號接口控制文件，在繼續保留導航實驗系統有源定位、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正式提供連續無源定位、導航、授時等服務，擴大了系統覆蓋范圍[1]，在中國及周邊地區，BDS服務性能與GPS基本相當[2]。它的實現和發展是國家建設新一代現代測繪基準的重要手段[3]。

甘肅省自2012年啟動現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網與高精度似大地水準面模型為核心的區域現代測繪基準服務體系。基于安全性考慮，對BDSCORS的靜態單點定位精度進行了測試，為推廣BDSCORS建立區域現代測繪基準探索了新思路。

1 BDSCORS

CORS由基準站網、數據處理與監控中心、數據傳輸系統、用戶服務系統、用戶應用系統5個部分組成，監控分析中心與各基準站之間通過數據傳輸系統鏈接形成專用網絡[4]。CORS系統的建設與發展取決于衛星導航系統的建設與發展。由于GPS是全球第一個建成并投入使用的衛星導航系統，所以我國目前已經建立的CORS全部基于GPS系統。國家級的CORS系統主要是中國大陸構造環境監測網絡和中國地殼運動觀測網絡。自2003年開始，全國很多地區陸續建設了城市甚至省級的CORS網，并逐漸形成了自地區級至省級最后達到國家級的“地區-省-全國” CORS網絡[5-7]。

BDSCORS在現有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定位數據的CORS系統，實現了基于GPS和BDS的雙模數據處理。

2 BDSCORS數據解算方法

2.1 數據來源及處理流程

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

圖1 BDSCORS數據處理模塊

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網解新算法——Ambizap[8]。經測試，該算法的解算結果接近于全網模糊度的固定，對于連續觀測的大型GNSS網絡，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，可實現大型GNSS網數據分布式高效處理。

設整網平差前PPP實數解為Xi，協方差矩陣為Ci，測站i和j構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。根據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，得到整體網平差解。

設單個測站的非差法方程為NiXi=wi，則根據測站與測站間相互獨立的關系，構建PPP網解法方程為：

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解法方程，得到新整網平差的法方程為：

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系統定位覆蓋區域內，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算法對實時定位結果進行統計分析。

3 測試結果

采用北斗數據使用Ambizap算法進行處理，將結果與GPS計算結果進行對比，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。采用北斗和GPS組合定位的網絡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 語

將BDS應用于CORS系統，不僅可有效解決其他導航衛星系統帶來的安全性問題，而且也是今后我國建設區域現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，

得出以下結論：在PPP解算中，實現了從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。由此可見BDS已具備區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）CORS系統推廣應用。

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

[2] 馬大喜,潛成勝,王艷.北斗系統對亞太地區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.北斗衛星系統的進展、貢獻與挑戰[J].測繪學報,2010,39(1)∶1-6

[4] 周樂韜.連續運行參考站網絡實時動態定位理論算法與系統實現[D].成都∶西南交通大學,2007

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

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

[7] 李健,呂志平.基于CORS的衛星定位在線服務系統[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.雙導航定位系統偽距單點定位數據處理方法與精度分析[J].導航定位學報,2014,2(2)∶83-88

P228

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）。