北斗地基增強系統（鄭州）區域網性能測試與分析

王金娜 王軍見 張永杰 李志偉

摘 要：本文介紹我國北斗衛星導航系統發展現狀以及北斗地基增強系統（鄭州）區域網的基本情況。通過野外測試，得到各性能指標的測試數據，并對測試數據中異常現象進行分析，查找數據表象下的實質原因。通過性能測試綜合分析得出，北斗地基增強系統（鄭州）區域網的建設滿足實施方案指標，可實現實時厘米級定位服務，為全國類似北斗地基增強系統的建設奠定基礎。

關鍵詞：北斗導航系統；地基增強系統；性能測試

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）02-0039-02

Performance Test and Analysis of the Beidou Foundation

Reinforcement System （Zhengzhou） Regional Network

WANG Jinna1 WANG Junjian1 ZHANG Yongjie1 LI Zhiwei2

（1.Institute of Surveying Mapping and Geoinformation of Henan，Zhengzhou Henan 450006；2.Henan Bureau of Geo-exploration & Mineral Development，Zhengzhou Henan 450006）

Abstract： This paper introduced the development status of the Beidou satellite navigation system in China and the basic situation of the Beidou foundation reinforcement system （Zhengzhou） regional network. Through field test， the test data of various performance indexes were obtained， and the abnormal phenomena in the test data was analyzed， and the substantial reasons were found under the data representation. Through the comprehensive analysis of performance test， it was concluded that the construction of the Beidou foundation reinforcement system （Zhengzhou） regional network met the implementation plan index， and could achieve real-time centimeter level positioning service， laying the foundation for the construction of similar Beidou foundation reinforcement system in China.

Keywords： Beidou navigation system；foundation reinforcement system；performance test

2015年9月30日，我國成功發射了第四顆新一代北斗導航衛星，標志著我國北斗導航衛星同時在軌數量已達20顆。隨著北斗導航系統服務能力的提升，北斗地基增強系統在全國也如雨后春筍般建立起來。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為主，兼容其他GNSS系統的地基增強系統，采用的地面基準站間距為50～300km，通過地面通信系統播發導航信號修正量和輔助定位信號，向用戶提供厘米級至米級精密導航定位和大眾終端輔助增強服務。衛星導航技術將通信、地理信息、對地觀測有效地結合起來，正逐步發展為國家的戰略性產業，也是當前最具有創新性和生命力的新興信息產業之一[1]。

1 北斗地基增強系統（鄭州）區域網介紹

河南省北斗地基增強系統于2014年立項，為原河南省地質連續運行采集系統（HNGICS）升級改造項目，并于2015年8月完成鄭州區域網建設，2015年11月順利通過由許其鳳為組長的專家組驗收。該系統由8個固定的連續運行的全球衛星導航系統基準站、1個數據處理中心以及通信系統和用戶組成。基準站能同時接收北斗衛星、GPS和Glonass衛星信號，通過通信系統將接收到的衛星信號傳輸至數據處理中心，數據處理中心通過計算機軟件進行計算，計算出各種改正數、狀態信息和其他的服務信息，再通過通信系統發布出去，用戶系統通過接收機內置的通信模塊接收來自基準站的各種改正數、狀態信息及其他服務項目，來修正點位的位置信息和其他信息。

2 北斗地基增強系統（鄭州）區域網性能測試

2.1 測試目的

通過對北斗地基增強系統（鄭州）區域網應用性能各項指標的測試，得出系統的性能、流動站用戶接收機兼容性、用戶的定位初始化時間、系統時間可用性、系統空間可用性和流動站的定位精度等，評價北斗地基增強系統（鄭州）區域網中各項技術指標水平。

2.2 測試方法

測試主要采取動靜態相結合的方法，采用不同的方式評定系統的靜態定位精度水平、動態定位精度水平、時間可用性、空間可用性、系統可靠性、服務時效性以及對系統的兼容性等，全方位對系統的性能進行評估。

2.3 測試結果

測試采用天寶、華測、南方等國內外主流的接收機，測試的內容涵蓋定位精度、空間可用性、時間可用性、定位服務的時效性以及系統對用戶的兼容性等，測試結果如下。

①整個RTK作業覆蓋面積約1萬km2，覆蓋鄭州市包括所屬郊縣中牟、新鄭、滎陽、上街、鞏義、登封和新密等，以及開封市的通許、尉氏、開封縣，新鄉市的原陽縣、獲嘉縣，焦作市市區、修武縣、武陟縣，許昌市的禹州市等區域，網外20km仍能快速得到固定解，滿足了系統設計指標。

②系統運行基本正常，內、外符合精度均達到設計要求。

③初始化時間普遍小于10s，但通過比較發現，在13：00—15：00多個點位的測試結果顯示，利用三星（GPS+GLONASS+BD）的初始化時間優于兩星的初始化時間，甚至出現兩星不能固定，但三星可以獲得固定解的情況。但在鞏義市測試時，卻出現了利用兩星系統可以獲取固定解，但利用三星系統不能獲取固定解的情況。

④空間可用性上，在普通的路段均能獲取固定解，不能獲得固定解的路段主要是通信信號不好的路段，如立交橋下或樹木較多的路段。

⑤時間可用性上，根據時間可用性統計，獲取固定解的時間占總在線時間長度的96.2%。

⑥系統對第三方設備兼容性較好，能夠兼容國內外主流品牌的GNSS接收機。

3 北斗地基增強系統（鄭州）區域網性能測試分析

從測試數據的外符合精度來看，利用兩星（GPS+GLONASS）的外符合精度最高，平面中誤差為±1.69cm，高程中誤差為±4.33cm；三星（GPS+GLONASS+BD）系統的精度次之，平面中誤差為±1.49cm，高程中誤差為±6.31cm；單星（GPS）系統最低，平面中誤差為±2.05cm，高程中誤差為±4.38cm。從精度數據上看，3種測試模式所得結果均處在一個數量級，雖然也有高低之分，但不足以認定哪種模式精度最高。一種原因是用來檢定系統數學精度的點數據不是絕對意義上的真值，所采用的C級D級點是采用靜態觀測得到的，當時采用的是（GPS+GLONASS）衛星數據，本次測試采用兩星（GPS+GLONASS）外符合精度最高也在情理之中。采用三星模式得到的數據精度略有下降，并不足以說明加上北斗衛星數據以后精度降低了，原因只是沒有真正符合的檢測數據。另一種原因是所采集的數據樣本有限，可認定精度在同一數量級，但不足以認定各系統精度的優劣。

在衛星可利用率上，北斗衛星明顯低于GPS和GLONASS，說明目前高度衛星（GEO）在可見衛星中所占比例較大，因為高度衛星（GEO）定位精度較低，并且主要負責通信功能，導致現有衛星可利用程度較低。隨著中高度北斗衛星（MEO）數量的不斷增加，衛星可利用率必將有質的改變。目前，北斗的20顆在軌衛星使用了6顆地球靜止軌道（GEO）衛星、7顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星、7顆中高度圓軌道（MEO）衛星。

通過性能測試綜合分析可以得出：北斗地基增強系統在空間可用性、時間可用性、初始化時間、第三方設備兼容性上都有明顯的提高，符合設計要求。區域網的建設滿足實施方案指標，可實現實時厘米級定位服務，為全國類似省級北斗地基增強系統的建設奠定了基礎。

4 結語

通過率先在全國地質系統建立北斗地基增強系統，為實現地質工作主流程信息化搭建了平臺，并在河南省首次開展了社會化應用。通過測試表明，北斗地基增強系統（鄭州）區域網的建設滿足實施方案指標，可實現實時厘米級定位服務，無論是抗遮擋性和作業距離的大幅度提高還是精度及穩定性的提高，都對GNSS測量帶來了質的提升，為全國建立類似北斗地基增強系統奠定了基礎。該系統的建設將全球導航衛星系統這一高新技術綜合應用于河南省地質、國土資源、測繪、氣象、地震、環境和水利等行業，對國防建設、國家安全和經濟社會的發展具有特殊的戰略意義和積極的現實意義。

參考文獻：

[1]王軍見，遠順立，王金娜，等.河南省地質CORS建設與應用[M].鄭州：河南人民出版社，2013.