淺談北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在道路勘測中的應(yīng)用

俞曉飛/寧波市天一測繪設(shè)計研究有限公司

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淺談北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在道路勘測中的應(yīng)用

俞曉飛/寧波市天一測繪設(shè)計研究有限公司

【摘 要】北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已能為亞太地區(qū)提供高精度定位服務(wù)，其定位精度測試結(jié)果表明北斗載波相位差分定位精度可達厘米級，與GPS定位精度處在同一水平。通過研究給出的是B1、B2及B3頻率的定位精度，具有工程參考價值。 本文針對淺談北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在道路勘測中的應(yīng)用進行了分析。

【關(guān)鍵詞】北斗導(dǎo)航；道路勘測；應(yīng)用

一、前言

為快速高效地完成道路前期勘測、放紅線、施工便道勘測，保障施工機械進場作業(yè)，提出了一種利用寬巷觀測值的北斗單歷元定位方法，首先使用載波相位偽距組合求解最容易固定的(0，-1，1)組合和(1，4，-5)組合觀測值模糊度，再用已固定的(0，-1，1)組合和(1，4，-5)組合模糊度得到寬巷(1，-1，0)組合模糊度單歷元解，最后基于(1，-1，0)組合觀測值成功地進行了單歷元坐標解算。

二、北斗三頻寬巷組合單歷元定位模型

針對道路施工測量需求，依據(jù)北斗超寬巷模糊度容易固定的特點，提出了北斗三頻寬巷組合單歷元定位的思想：首先，對北斗超寬巷組合觀測值實現(xiàn)單歷元模糊度固定；然后，將已固定模糊度的超寬巷組合觀測值作為精度較高的觀測量，與寬巷觀測值構(gòu)成無幾何模型，實現(xiàn)寬巷/超寬巷模糊度的單歷元固定；最后，采用噪聲較小的第二個寬巷觀測方程進行單歷元定位。

(一)道路施工測量精度需求

道路施工之初，需要確定中樁的位置，《公路勘測規(guī)范》(JTGC10-2007)中以中樁位置中誤差來標定中樁平面樁位精度，《公路勘測規(guī)范》中規(guī)定“高速公路”在山嶺地區(qū)中樁樁位平面精度應(yīng)優(yōu)于10cm，中樁樁位檢測之差的精度應(yīng)優(yōu)于20cm。《工程測量規(guī)范》(GB50026-2007)中以縱向誤差與橫向誤差來標定中樁平面樁位精度，規(guī)定的限差要寬于《公路勘測規(guī)范》。

（二）北斗觀測值線性組合

用戶接收機通過接收北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)射信號，可以獲得三個載波頻率的相位觀測值，對三個頻率相位觀測值進行線性組合。

三、公路測量中的關(guān)鍵技術(shù)

北斗系統(tǒng)及多系統(tǒng)組合定位的關(guān)鍵技術(shù)研究

（一）確定衛(wèi)星軌道任意時刻衛(wèi)星的坐標計算

BDS、GPS、GLONASS等衛(wèi)星系統(tǒng)的定位原理既有相似之處，也有各自的特點，首先要掌握多系統(tǒng)組合聯(lián)合定位中各個系統(tǒng)定位的原理、觀測數(shù)據(jù)格式及星歷格式。根據(jù)不同衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的衛(wèi)星星歷特點，確定衛(wèi)星的位置計算方法，目前北斗導(dǎo)航衛(wèi)星星座中有5顆地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)。GPS衛(wèi)星屬于MEO衛(wèi)星，GPS的廣播星歷形式應(yīng)用于MEO衛(wèi)星，已經(jīng)得到充分的理論和實踐應(yīng)用驗證，但并不意味著這一星歷表示形式適合地球靜止軌道衛(wèi)星，因此需要對GEO導(dǎo)航衛(wèi)星廣播星歷求解算法進行研究。GPS、BDS星歷類似，給出的是衛(wèi)星軌道的開普勒根數(shù)及其變化參數(shù)，只要知道所求歷元的時間即可求出該歷元衛(wèi)星的坐標；而GLONASS星歷給出的是衛(wèi)星在指定坐標系統(tǒng)中某個時刻的位置和速度及日月引力攝動加速度，因此需要研究根據(jù)不同衛(wèi)星星歷求解任意時刻衛(wèi)星坐標的算法。

（二）不同高度衛(wèi)星觀測值的合理定權(quán)

GPS與GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)都是由MEO衛(wèi)星設(shè)計而成的同質(zhì)星座，在同質(zhì)星座中通常假設(shè)所有衛(wèi)星的偽距誤差是獨立的，具有零均值和相同的均方根值。而BDS是由MEO、IGSO和GEO組成的混合星座導(dǎo)航系統(tǒng)，由于各種衛(wèi)星定軌精度和外推精度不同，使得不同衛(wèi)星的測距誤差差異甚為明顯，因此在進行北斗系統(tǒng)定位及不同衛(wèi)星系統(tǒng)組合定位時，需要研究如何對不同高度衛(wèi)星的觀測值進行合理定權(quán)，按常規(guī)GPS基線解算以衛(wèi)星高度角進行定權(quán)是否仍然適用于組合星座，同時需要研究確定參數(shù)的隨機模型。

（三）消除和削弱各誤差項對定位精度的影響

衛(wèi)星定位誤差項主要包括衛(wèi)星軌道和鐘誤差、電離層延遲誤差、對流層延遲誤差、接收機鐘差、多路徑誤差和觀測噪聲等。電離層與對流層延遲誤差是影響衛(wèi)星定位結(jié)果的主要誤差源，電離層延遲誤差通過雙頻觀測可以得到很好的消除，對流層延遲誤差一般通過對流層誤差改正模型加以改正，對流層誤差通過模型改正后，模型的干分量改正精度可以達到1％～2％，而濕分量改正精度約為10％～15％。由于干燥氣體在時間和空間上較為穩(wěn)定，干分量的改正誤差很容易進一步參數(shù)化，而濕分量的折射誤差容易受到測站環(huán)境的響，因而很難精確改正。需要進一步研究不同對流層改正模型對多系統(tǒng)組合定位的影響。

（四）載波相位數(shù)據(jù)處理整周模糊度確定方法

載波相位差分定位核心問題就是整周模糊度的求解，北斗信號采用碼分多址技術(shù)識別，類似于GPS信號，其衛(wèi)星的信號處理可采用GPS常用算法來確定整周模糊度，研究選擇合適的算法。另外，我國BD2發(fā)射3個頻率觀測值，可以構(gòu)成多組模糊度容易固定的寬巷組合，對準確快速求解整周模糊度極為有利，該方法具有很好的應(yīng)用前景。同時也可通過不同頻率的觀測值線性組合，使得相應(yīng)的組合測量值有與電離層無關(guān)、幾何無關(guān)等求解整周模糊度和相對定位精度高的特性。

四、結(jié)束語

從北斗系統(tǒng)定位和多系統(tǒng)組合定位技術(shù)的分析來看，在確定衛(wèi)星軌道任意時刻衛(wèi)星的坐標計算、不同高度衛(wèi)星觀測值的合理定權(quán)、消除和削弱各誤差項對定位精度的影響、載波相位整周模糊度確定方法，以及不同導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合等關(guān)鍵技術(shù)方面還需進一步研究。

參考文獻：

[1]魏好，梁永.北斗RTK在鐵路勘測中應(yīng)用研究及精度分析[J].鐵道勘察，2015(05).

[2]梁永.北斗系統(tǒng)在鐵路勘測應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].測繪通報，2013(S1):37-39.

[3]雷靜.GPS/北斗定位解算算法的研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2013.