北斗單頻PPP車道級試驗結果分析

李瑤，黃永誠，邱平武

（湖南省有色地質勘查局二四七隊，長沙410129）

1 引言

北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)（BDS）是我國自主研發(fā)的全球定位通信系統(tǒng)，它是繼美國GPS和俄羅斯GLONASS之后，第三國自主研發(fā)的第三套衛(wèi)星導航系統(tǒng)，從服務中國到服務亞太區(qū)域，再到如今的全球服務能力，BDS經歷了3個階段：第一代、第二代和第三代。BDS設計包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、30顆非靜止軌道衛(wèi)星[1，2]。2020年7月31日，BDS三號完成組網并正式播發(fā)信號，標志著中國的BDS正式向全球提供服務。

自1997年Zumberge提出精密點定位技術[3]（PPP）以來，PPP逐步被應用推廣。針對BDS系統(tǒng)的應用，相關科研人員進行了較多的研究。利用GPS+BDS研究得出，北斗的軌道精度優(yōu)于GEO（地球觀測組織），IGSO（傾斜地球同步軌道的精度）優(yōu)于0.2 m，單個BDS的PPP定位精度可以達到厘米級[4]。利用估計的事后BDS精密軌道和鐘差產品，在對單BDS、單GPS和GPS+BDS-PPP的定位精度進行了比較。結果表明，單個BDS-PPP的定位精度可以達到厘米級[5]。國內學者研究表明，單北斗系統(tǒng)PPP的平面靜態(tài)解優(yōu)于1 cm，高程優(yōu)于3 cm。動態(tài)定位可達到平面精度1～2 cm，高程4～7 cm[6]。目前，對北斗PPP的研究大多停留在后計算階段，其依賴事后的精密軌道鐘差產品。本文對BDS實時PPP進行了研究。建立了單頻北斗實時PPP模型，并驗證了模型的正確性。

2 單頻BDS精密單點定位函數(shù)模型和隨機模型

BDS偽距及載波相位觀測值與計算值之差可用表示如下[7，8]：

式中，ΔPsrf，ΔLsrf分別為接收機r和可視衛(wèi)星s某一頻率f的偽距及載波相位觀測值與計算值之差，m，其中，相位中心、相位繞轉以及固體潮等誤差均被改正；Δxsr為與頻率f無關的待估參數(shù)，包括接收機r位移和對流層天頂濕分量延遲；ursT為線性化后待估參數(shù)的系數(shù)；tr為接收機鐘差；tsf為頻率f觀測值對應的衛(wèi)星鐘差；Iszr為天頂方向總電子含量；βsrf為電離層歸一化校正函數(shù)，βsrf=γsr40.3/f2，其中，γsr為電離層投影函數(shù)；Nsrf為頻率f載波觀測值浮點解模糊度；λf為頻率f載波觀測值波長；εP，εL分別為偽距和載波觀測值噪聲。

傳統(tǒng)的無電離層聯(lián)合PPP和基于原始觀測的非差分非聯(lián)合PPP各有優(yōu)缺點。雖然沒有電離層組合的PPP中的電離層延遲被觀測組合所消除，但是，這種組合放大了觀測的噪聲（大約是原始觀測的3倍）。同時，電離層自由組合PPP函數(shù)模型只適用于雙頻觀測，不能充分利用多頻觀測的信息。單頻PPP可以充分利用每個觀測點的信息，但需要估計電離層延遲，增加模糊度參數(shù)，本文BDS單頻PPP各項誤差處理見文獻[9]和文獻[10]。

3 單頻BDS實時精密單點定位性能分析

本文對單頻BDS實時精密單點定位性能進行了實驗分析。實驗使用1臺單頻北斗接收機設備,天線放置于實驗車頂，如圖1所示。觀測數(shù)據(jù)的采樣間隔時間設置為1 s，截止高度角設置為7°，通過4G網絡實時獲取精密軌道和鐘差改正數(shù)。實驗環(huán)境如圖2所示，觀測環(huán)境一般。

圖1 BDS車載天線示意圖

圖2 實驗環(huán)境圖

將定位結果展示到Google Earth中，結果如圖3所示，由圖3a可知，車載定位結果路線與設計路線能較好地吻合；由圖3b和圖3c可知，在一般路況環(huán)境下，單頻接收機BDS的PPP能夠實現(xiàn)車道級定位，并能夠分辨出車輛變道行駛。

圖3 單頻BDS PPP定位結果展示到Google Earth結果圖

4 結語

由于實時北斗PPP尚處于研發(fā)階段，其定位性能和定位精度有待進一步提高，對待這個問題，使用單頻接收機進行了車載動態(tài)測試實驗。實驗結果表明，本文提出的BDS單頻PPP模型具有很好的使用價值，該北斗單頻PPP模型可以實現(xiàn)車道級定位，并能夠分辨車輛變道行駛，為BDS的實時應用推廣做出了重要探索。