區域北斗地基增強系統動態服務精度分析

謝玉兵，王昌瀚，蔣明富，汪海濤

（1. 61287部隊，四川 成都 610036；2.重慶市勘測院，重慶 400100）

區域北斗地基增強系統動態服務精度分析

謝玉兵1，王昌瀚2，蔣明富1，汪海濤1

（1. 61287部隊，四川 成都 610036；2.重慶市勘測院，重慶 400100）

分析了北斗衛星導航系統數據模型，并通過實際案例測試了其動態服務精度。結果表明，區域北斗地基增強系統的動態服務精度指標完全達到了相關標準的要求，特別是BDS+GPS組合較之傳統GPS增強系統有較大的提升，體現了多系統融合的優勢，也為北斗衛星導航系統在相關領域的推廣應用提供了豐富的數據支撐。

區域北斗地基增強系統；動態服務；精度分析

全國北斗地基增強系統是由國家統一規劃建設的，以北斗衛星導航系統（BDS）為主，兼容其他GNSS系統的地基增強系統；利用間距為50～300 km的地面基準站，通過地面通信系統播發導航信號修正量和輔助定位信號，向用戶提供cm級至亞m級精密導航定位和大眾終端輔助增強服務[1]。

在全國北斗地基增強系統的基礎上，一些較大的城市也在建立各自的區域北斗地基增強系統，主要包括連續運行參考站建設、控制中心建設、數據通信系統建設和用戶應用系統建設。在動態服務中，大多采用虛擬參考站技術（VRS）。本文結合重慶市北斗地基增強系統相關測試，對BDS的數據模型及其動態服務精度進行了深入分析。

1 BDS數據處理模型

在北斗的測量型應用中，影響北斗載波相位觀測精度的誤差源主要為3類：與衛星有關的誤差（如星歷誤差、衛星鐘差等），與信號傳播路徑有關的誤差（如電離層誤差、對流層誤差、多路徑誤差等），與接收機有關的誤差（如接收機鐘差、載波相位觀測誤差等）。由于在BDS精密定位中，通過測站間組雙差的方法可消除或削弱以上大部分誤差的影響，因此在BDS數據處理中常采用相對定位方法來處理北斗測量型數據。

在衛星導航系統相對定位中，要獲得高精度的位置解，就必須使用載波相位觀測量，而載波相位觀測量整周模糊度的固定與否直接關系到定位的精度。相位、偽距測量的函數模型為：

式中， f為BDS的3個頻點（f=1，2，3）； j為衛星的編號；m為測站；λf為頻點f對應的載波波長；Φf,mj、Pf,m,j分別為載波相位和偽距觀測量；ρmj為測站m到衛星j的幾何距離；δtm為測站m的接收機鐘差；δtj為衛星j的鐘差；Nfmj為整周模糊度；Ifmj、Tmj分別為電離層和對流層延遲；Mm,φj、εm,φj分別為載波相位觀測量的多路徑效應和觀測噪聲；Mm,ρj、εm,ρj分別為偽距觀測量的多路徑效應和觀測噪聲；c為光速。

對于多頻數據來講，通過觀測值之間的線性組合可以構造多種寬巷和窄巷線性組合觀測量，從而得到不包含電離層延遲誤差的觀測量，以此消除或減弱衛星星歷誤差、衛星鐘差、對流層延遲的影響；并通過測站間作差消除接收機鐘差的影響，有利于整周模糊度的解算。本文采用MW組合對周跳進行探測與標記，然后利用卡爾曼濾波法估計模糊度，再運用快速模糊度解算法對模糊度進行快速固定，最后利用觀測值之間的雙頻無電離層組合觀測量和已經固定的模糊度恢復誤差方程，構建法方程矩陣，求解待測站坐標。

MW組合觀測量為：

雙頻無電離層組合觀測量為：

假設m站和n站同時進行測量，且它們具有共同的觀測衛星，則雙差觀測量為：

雙差觀測量進一步削弱了對流層誤差、衛星星歷誤差的影響，并消除了衛星鐘差的未知量，可以比較容易地解算待測站坐標。

區域BDS動態服務基本都采用VRS技術[2]，參考站間的雙差觀測值λ(??φ+??N)與距離雙差??ρ之間的差值可根據觀測值、已知站坐標及衛星星歷求得[3]，為已知值。采用一定的內插算法[4]可求得作為參考點的參考站和虛擬參考站間的差值；求得二者之差后可根據式（6）計算雙差觀測值λ(??φPA+??NPA)。

式中，??φPA+??NPA=?φA-?φP+??NPA；?φA為參考站在兩顆衛星間求一次差，可根據載波相位觀測值求得；??NPA為雙差整周模糊度，可在初始化過程中確定[5]。于是在虛擬參考站上的單差觀測值?φP便被求出；數據處理中心將該觀測值播發給用戶后，即可與流動站上的單差觀測值相減組成雙差觀測值進行動態定位。

2 區域北斗地基增強系統動態服務精度測試

2014年重慶市建成區域北斗地基增強系統，主要包括9個北斗連續運行參考站建設、控制中心建設、數據通信系統建設和用戶運用系統建設。動態服務采用VRS技術。

2.1 測試點選取

重慶市作為典型山地城市，區域內高差變化大。針對這一特點，在網內、網外分別選取30個和24個高等級控制點，各點均具有精確WGS84大地坐標系成果。測試點分布在具有地形代表性的位置，高程為188～833 m。

2.2 測試方法

測量時每個測試點上進行5次初始化，每次初始化連續記錄30組數據；統計內符合精度；與已知成果比較，并統計外符合精度[6-9]。

2.3 測試結果及統計分析

1）內符合精度統計。內符合精度反映系統定位結果的收斂情況，用于分析系統定位精度的穩定性。本項測試使用南方S82C雙星接收機，在網內、網外測試點上采用BDS+GPS組合定位方式進行網絡RTK測量。根據《衛星定位城市測量技術規范》（以下簡稱《衛星定位規范》）中點位坐標分量內符合中誤差和點位平面內符合中誤差公式，計算網內、網外內符合精度，統計結果如表1所示。

表1 網內、外測試點內符合精度統計/cm

由表1可看出，系統網內、網外的內符合精度均滿足《衛星定位規范》中4.1.8：城市CORS系統測試坐標分量內符合中誤差不應超過2 cm的要求。

2）外符合精度統計。外符合精度反映了系統定位的準確性。通過對網內、網外測試點采用BDS+GPS組合定位方式進行網絡RTK測量，計算各點觀測坐標與已知坐標的較差，從而計算系統外符合中誤差，結果如表2所示。可以看出，系統在網內、網外的外符合精度滿足《衛星定位規范》中城市CORS系統測試外符合中誤差不應超過5 cm的要求。

表2 網內、外測試點外符合精度統計/cm

3）不同衛星系統定位精度檢測。為了測試不同衛星系統的定位精度，分別在網內、網外各選取5個測試點，分別采用單獨BDS、單獨GPS和BDS+GPS組合3種方式進行測量，測試點內符合精度見表3，與已知點較差見表4。結果表明，單獨GPS內符合精度優于單獨BDS；BDS+GPS組合的內符合精度、外符合精度均較單獨GPS和單獨BDS有明顯提高。

表3 不同衛星系統測量結果內符合精度統計表/cm

P228

：B

：1672-4623（2016）11-0012-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.005

2015-07-23。