西半球IGS站北斗、Galileo和GPS定位精度分析

楊佳林，楊黎黎

（1.青海省有色第一地質(zhì)勘查院，青海 西寧 810001；2.青海正和工程管理有限責(zé)任公司，青海 西寧 810001）

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）能全天候?yàn)榻乜臻g點(diǎn)提供三維位置和速度信息，是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一[1-3]。由于GNSS信號(hào)在傳輸過程中受各種誤差源干擾，其定位精度通常只有5～10 m[4]，無法滿足高精度用戶需求，從而制約了GNSS的工程應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)厘米級(jí)、靜態(tài)毫米級(jí)精度需求，學(xué)者們提出了兩種解決方法[5-6]：差分相對(duì)定位和精密單點(diǎn)定位。這兩種方法最具代表性的軟件成果分別為GAMIT/GLOBK和

GIPSY/OASIS。

隨著中國(guó)北斗（BDS）和歐盟Galileo系統(tǒng)的逐漸完成[7-9]，GAMIT軟件已能支持多星座解算。本文解算了西半球15個(gè)IGS站點(diǎn)GPS、Galileo、BDS（BDS-2和BDS-3）三大導(dǎo)航系統(tǒng)連續(xù)5 d（2020-121—125）的觀測(cè)數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)均采用RINEX3文件格式，軟件解算均采用雙頻模式。所有站點(diǎn)的位置分布如圖1所示。本文基于GAMIT/GLOBK10.71版本測(cè)試了三大導(dǎo)航系統(tǒng)的整體靜態(tài)差分相對(duì)定位精度，為GNSS綜合應(yīng)用提供意見指導(dǎo)。

圖1 測(cè)站點(diǎn)分布圖（審圖號(hào)：GS（2020）4392）

1 數(shù)據(jù)解算

本文采用的數(shù)據(jù)為GPS的L1和L2頻率，Galileo的E1和E5頻率，BDS的C2和C7頻率[10]。GPS、Galileo和BDS系統(tǒng)的頻點(diǎn)統(tǒng)計(jì)信息如表1所示。衛(wèi)星的頻率編碼規(guī)則為系統(tǒng)頻率簡(jiǎn)碼+ID號(hào)，如C7表示BDS的ID號(hào)為7的頻率，查閱表1可知，C7為BDS-3的B2b頻率和BDS-2的B2I/B2Q頻率。

表1 GPS、Galileo和BDS三大系統(tǒng)頻率統(tǒng)計(jì)

GAMIT/GLOBK10.71的解算策略：數(shù)據(jù)采樣率為30 s，觀測(cè)值模型為L(zhǎng)C_AUTCLN，高度截止角為10°，松弛約束；基線解算中加入了月歷、日歷、章動(dòng)、地球自轉(zhuǎn)、海洋潮汐等改正。本文選取2020年121—125年積日，共計(jì)5 d的靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)以及GFZ提供的混合精密星歷。VILL測(cè)站121年積日24 h之內(nèi)所有衛(wèi)星跟蹤天空視圖如圖2所示，可以看出，GPS系統(tǒng)在24 h內(nèi)跟蹤到32顆衛(wèi)星，Galileo系統(tǒng)跟蹤到18顆衛(wèi)星；BDS系統(tǒng)跟蹤到8顆衛(wèi)星（3顆MEO衛(wèi)星、5顆地球同步衛(wèi)星），BDS系統(tǒng)跟蹤到的衛(wèi)星數(shù)量明顯少于其他兩個(gè)系統(tǒng)。

圖2 VILL測(cè)站三大系統(tǒng)衛(wèi)星跟蹤天空視圖

2 解算結(jié)果分析

本文利用GAMIT/GLOBK 10.71版本，采用相同的配置參數(shù)，解算得到15個(gè)測(cè)站3大系統(tǒng)的靜態(tài)定位結(jié)果。121年積日三大系統(tǒng)不同測(cè)站解算得到的相位噪聲如表2所示，可以看出，Galileo系統(tǒng)觀測(cè)值的相位噪聲比GPS系統(tǒng)略大，可能是由于對(duì)E5信號(hào)較敏感或Galileo軌道精度較差；由于只跟蹤到3顆MEO衛(wèi)星，BDS系統(tǒng)的相位噪聲波動(dòng)更明顯。

表2 三大系統(tǒng)相位噪聲統(tǒng)計(jì)

相位噪聲將降低Galileo和BDS系統(tǒng)解算時(shí)的模糊度固定率，三大系統(tǒng)相位模糊度固定率如表3所示。通過統(tǒng)計(jì)GAMIT解算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，GPS系統(tǒng)的寬巷和窄巷固定率均大于90%，三大系統(tǒng)的窄巷固定率均低于寬巷，這與解算策略相一致，即MW組合觀測(cè)值先固定寬巷模糊度、再固定窄巷模糊度。

表3 三大系統(tǒng)相位模糊度固定率/%

本文統(tǒng)計(jì)了15個(gè)測(cè)站解算結(jié)果在N、E、U三分量坐標(biāo)上的穩(wěn)定性以及WRMS，結(jié)果如表4所示。通過IGS分析中心評(píng)估三大系統(tǒng)的軌道質(zhì)量，結(jié)果表明Galileo和BDS系統(tǒng)的軌道比GPS系統(tǒng)差2～4倍；站點(diǎn)解算坐標(biāo)精度受衛(wèi)星數(shù)量的影響。BOR1測(cè)站三大系統(tǒng)解算結(jié)果坐標(biāo)序列如圖3所示。

圖3 BOR1測(cè)站三大系統(tǒng)解算結(jié)果坐標(biāo)序列

表4 三大系統(tǒng)測(cè)站解算精度統(tǒng)計(jì)/mm

3 結(jié)語

本文收集并處理了西半球15個(gè)IGS站點(diǎn)GPS、Galileo和BDS三大系統(tǒng)連續(xù)5 d的靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)，評(píng)估了GAMIT/GLOBK10.71解算精度以及三大系統(tǒng)之間的定位差異。結(jié)果表明，GPS系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于Galileo和BDS系統(tǒng)。分析其原因發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星軌道精度和搜星個(gè)數(shù)對(duì)解算坐標(biāo)穩(wěn)定性具有較大影響。