衛星導航接收機定位精度評估方法研究

邢旺

摘要：分析了衛星定位測量過程中存在的各種誤差，提出了較為系統的精度評估測試方法和統計算法，并結合實驗應用驗證評估方法的準確性與實用性，為衛星導航接收機定位精度的評估提供依據。

Abstract： The errors in the satellite positioning measurement are analyzed. The testing methods and statistical algorithms of positioning accuracy evaluation are proposed. Both theoretic analysis and experimental results can verify the accuracy and practicality of the evaluation methods. The study can provide a basis for evaluating the positioning accuracy of satellite navigation receiver.

關鍵詞：衛星導航;誤差;定位精度;精度評估

Key words： satellite navigation;error;positioning accuracy;accuracy evaluation

中圖分類號：TN967.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）16-0150-03

0? 引言

隨著衛星導航事業的蓬勃發展，基于衛星技術的定位導航終端已經被廣泛應用于軍事安全、大地測量、航海航空、氣象服務、物流交通等領域。衛星導航接收機的性能指標眾多，最重要的指標就是衛星導航接收機的定位精度，其反映的是接收機測量解算的位置坐標與實際位置坐標之間的離散度和差異度。當衛星導航接收機定位精度較低時，會出現測量位置與實際位置距離較遠，難以滿足用戶導航、定位、測速等需求，甚至造成不可估量的損失，所以，事先對衛星導航接收機的精度進行評估具有極其重要的作用[1]。本文首先分析了衛星定位測量過程中存在的各種誤差，然后針對衛星導航接收機的應用場景提出了較為系統的精度評估測試方法和統計算法，并結合實例應用驗證評估方法的準確性與實用性，為衛星導航接收機定位精度的評估提供依據。

1? 誤差因素分析

1.1 衛星本身的誤差

導航衛星本身造成的誤差有衛星星歷誤差與衛星鐘差。衛星星歷誤差主要為地面監控站提供的衛星位置和衛星實際位置的偏差。衛星鐘差一般指在衛星內部安置一個鐘面時，并且鐘面時和衛星導航系統標準時間之間存在一定的差異，通常衛星鐘差包括鐘差和頻偏等偏差。

1.2 信號傳播過程中的誤差

衛星信號在傳輸過程中，需要經過地球的電離層、對流層，在電離層與對流層中傳輸時，會因折射造成信號傳輸路徑改變，造成衛星信號傳輸誤差;衛星信號接收機天線附近往往因信號反射造成多路徑效應，使信號傳輸距離增加，造成多路徑偏差。

1.3 接收機本身的誤差

接收機本身的誤差包括接收機鐘差和天線誤差。衛星導航接收機內置一個時鐘，其與衛星系統標準時間的誤差為接收機鐘差，接收機天線誤差包括天線相位中心誤差和天線布設時造成的位置偏差[2]。

接收機的位置誤差是接收設備天線相位中心相對標識中心位置存在的誤差，包括天線的置平和對中誤差及量取天線高的誤差等。因此，在精密測量中，必須仔細操作，以盡量減少這種誤差的影響。接收機天線相位中心偏差是接收設備天線的相位中心與幾何中心之間的偏差。在短基線上，采用同一類型的天線，可以通過求差來減弱它的影響，但各個觀測站的天線應按天線附有的方位標進行定向[2]。

2? 精度評估測試方法

衛星導航接收機可以根據用途、工作原理、接收頻率等進行分類，每種接收機也具有多種功能，需要根據接收機的各種定位精度指標，設置不同的精度評估測試實驗，以評估接收機定位精度是否滿足指標要求。通常，按照接收機的運動狀態，可以將測試實驗分為靜態定位精度測試和動態定位精度測試。

2.1 靜態定位精度測試

靜態定位精度測試通常需要將衛星導航接收機天線放到已知坐標的基準點上，以基準點坐標作為位置真值，測試環境應具有良好的衛星通視狀況，并且測試場地附近無電磁信號干擾，根據接收機的靜態定位精度指標，設置相應的測試場景，錄取足夠的位置測量數據[3]。

2.2 動態定位精度測試

在實際應用中，衛星導航接收機往往不是靜止不動的，動態定位才是常用的工作模式。為模擬動態場景，可將接收機天線置于提前設計好的機械裝置上，使機械裝置處于直線、圓周、正弦等運動狀態，并實時錄取接收機的位置測量數據，與運動路線上的已知坐標進行對比，評估接收機的動態定位精度。為了逼近真實的使用場景，也可以將被測接收機和天線置于運動的載體上，如飛機、汽車等，同時還需要一臺對比用的衛星導航接收機，被測接收機與對比用接收機共用一個天線，且對比用接收機定位精度應高于被測試接收機定位精度，實時錄取兩臺接收機的位置測量數據，并對比同一時刻兩臺接收機的定位結果，進而評估被測接收機的定位精度[4]。