測繪科學技術

北斗導航衛星系統測距信號的精度分析

程鵬飛，李瑋，秘金鐘

摘要：目的：自2000年發射第一顆試驗衛星以來，北斗導航系統就已引起極大的關注。可以預見，當北斗系統正式建成后，將在定位、導航、授時、通信等多個領域發揮重要作用。對比分析了北斗和GPS測距信號質量，并檢驗了多路徑誤差對CC模糊度固定的影響。相關方法為分析北斗衛星的數據質量和接收機的觀測質量奠定了理論基礎。方法：出發點是GPS/北斗的原始偽距和相位觀測方程，分別設計單測站和短基線實驗，重點分析偽距相位差值（code-minus-phase combination，CC）和多路徑（multipath，MP）兩類組合觀測值。為移除CC和 MP觀測值中的趨勢項，單測站分析選用低階多項式擬合和歷元間差分兩種方式，而短基線分析則借助了站間單差和站星雙差。通過分析殘差的方差，考察GPS/北斗的觀測噪聲的量級，多路徑效應的變化規 律及其對固定CC組合觀測值模糊度的影響。結果：選用2010年12月27日的短基線（長度約為3.3 m）實測數據，分屬于GPS L1/L2、北斗B1/B2四個頻率、三類衛星（GPS為MEO衛星，北斗包括GEO和IGSO衛星），觀測時長約1 h，采樣間隔為1 s。結果表明：（1）GPS衛星信噪比在42～52 dB-Hz之間，而北斗GEO衛星的信噪比主要集中在42～45 dB-Hz，IGSO衛星的信噪比較GEO衛星高，均分布在46～50 dB-Hz。北斗GEO衛星的觀測精度為 0.03～0.04 m，IGSO衛星的觀測精度約為0.10～0.12 m；（2）北斗多路徑組合值與信噪比呈負相關的關系；GEO衛星的多路徑組合變化范圍較大（-1 m～+1.2 m），呈現長期變化的趨勢；而IGSO衛星的多路徑組合變化范圍較小（-0.6 m～+0.6 m），呈現短期變化的趨勢；（3）采用600 s的時長，CC組合在GPS L1、L2、北斗B1和B2頻率上模糊度固定的成功率均能達到90%以上；而對于120 s時長，由于多路徑誤差不能完全的移除，模糊度固定成功率不高；考慮到IGSO衛星多路徑誤差短期快速變化的趨勢和較差的觀測精度，其模糊度固定的成功率最低，兩個頻率均不超過50%。結論：GEO衛星的測距信號質量優于IGSO衛星，且兩類測距信號的多路徑誤差分別包含長、短期的變化趨勢；針對CC模糊度固定，當采用較長時間段（如600 s）時，GPS L1/L2和北斗B1/B2共4個頻段上的成功率均超90%；而對于快速模糊度固定（如120 s），由于受強多路徑誤差影響，北斗IGSO衛星的固定成功率最低，不超過50%。

來源出版物：測繪學報, 2012, 41(5): 690-695

入選年份：2016

天繪一號無地面控制點攝影測量

王任享，胡莘，王建榮

摘要：目的：衛星攝影測量是獲取全球地理空間數據的主要途徑，攝影測量光束法平差是提升衛星影像無控定位精度的有效手段，但線陣推掃影像光束法平差一直是攝影測量領域難以突破的難題。針對“天繪一號”衛星影像，基于光束法平差原理，提出并實現高精度無控定位的關鍵技術及其理論。方法：無控定位技術涉及衛星平臺、有效載荷及地面處理等多個內容，傳統攝影測量中單一功能的“光束法平差軟件”，不能解決全球連續覆蓋模式光學攝影測量衛星無控定位問題。針對“天繪一號”工程，提出特殊的光束法平差理論，并運用于工程實踐。首先，以三線陣立體影像為基礎，以小面陣影像為框架，建立了 LMCCD（線陣—面陣混合配置相機）影像EFP（等效框幅像片）光束法平差理論，按反解空中三角測量原理對12個相機參數進行在軌標定。其次，基于EFP光束法平差理論，創造了包括全航線全三線交會平差、角元素低頻誤差補償及偏流角效應改正等多功能的EFP光束法平差。最后，利用天繪一號衛星影像數據，對相關理論和方法進行驗證。結果：從天繪一號衛星影像試驗結果看出：（1）將相機參數作為未知數參與LMCCD影像光束法平差，小面陣影像可以控制由于衛星姿態變化率造成的航線模型系統變形。將標定值用于多個精度檢測場，檢查點均無明顯的系統誤差，表明標定方法的正確性和適用性。同時，標定過程中自動對偏流角造成的上下視差主要誤差量進行處理，而上下視差次要誤差量則在多功能光束法平差中予以消除，從而實現僅用國內在軌標定參數進行全球無控定位的目的，無需國外建立試驗場進行相機參數標定。（2）多功能EFP光束法平差，能有效將外方位角元素高頻誤差對平差結果的影響削弱約0.55因子。與“定向片”法相比，全三線交會平差能有效解決航線模型的系統變形，使平差航線三線交會范圍也能包括航線頭、尾基線交會區。同時，全三線交會平差未知參數不僅包含6個外方位參數，還含有在俯仰和偏航兩個公共參數，可有效補償低頻誤差的變化。（3）經過相機參數在軌標定和多功能EFP光束法平差處理后，天繪一號衛星影像無地面控制點條件下01星定位精度為10.3 m/5.7 m（平面/高程），02星定位精度略高于 01星，03星定位精度提高為7.2 m/2.6 m。結論：中國以自身的空間技術研發了第一顆傳輸型立體測繪衛星——天繪一號，并采用“光束法平差途徑”實現了無地面控制點高精度定位。01、02星無地面控制點目標定位精度與美國SRTM精度相當，03星較02星精度又有較大的提高，使全球連續覆蓋模式的光學攝影測量衛星在無控定位方面又邁向了一個新的臺階。

來源出版物：測繪學報, 2013, 42(1): 1-5

入選年份：2016