李 博，文 雯，王留朋

（1．61081部隊(duì),北京 100094；2.61741部隊(duì),北京 100094；3.75719部隊(duì)，湖北 武漢 430074）

GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站實(shí)時(shí)測(cè)距精度評(píng)估方法

李 博1，文 雯2，王留朋3

（1．61081部隊(duì),北京 100094；2.61741部隊(duì),北京 100094；3.75719部隊(duì)，湖北 武漢 430074）

從分析偽距觀測(cè)方程的角度，基于連續(xù)運(yùn)行參考站的特性，推導(dǎo)了能夠適用于連續(xù)運(yùn)行參考站的實(shí)時(shí)偽距精度評(píng)價(jià)方案；并對(duì)其中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了闡述分析；合理地提出了能夠適用于GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站的實(shí)時(shí)測(cè)距精度評(píng)估方案；并利用實(shí)際系統(tǒng)對(duì)該方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，得出了有益的實(shí)時(shí)測(cè)距精度評(píng)估方法，希望能給相關(guān)工作者帶來(lái)參考。

GNSS；連續(xù)運(yùn)行參考站；精度評(píng)估

現(xiàn)在連續(xù)運(yùn)行的 GNSS參考站已經(jīng)成為我國(guó)各類大地觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的骨干設(shè)施，參考站的數(shù)據(jù)質(zhì)量?jī)?yōu)劣，是影響各類網(wǎng)絡(luò)整體觀測(cè)精度的重要因素。由于參考站的連續(xù)運(yùn)行等任務(wù)要求，對(duì)它的精度檢驗(yàn)不能利用常規(guī)GNSS測(cè)量型接收機(jī)的GNSS檢定機(jī)構(gòu)。所以制定在不影響參考站運(yùn)行情況下的精度檢驗(yàn)方法是各類GNSS網(wǎng)絡(luò)的迫切要求。本文立足于對(duì)連續(xù)運(yùn)行參考站設(shè)備進(jìn)行性能測(cè)試的基礎(chǔ)上，著眼于利用參考站實(shí)時(shí)采集的偽距觀測(cè)數(shù)據(jù)，提出了對(duì)于 GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站適用的精度評(píng)價(jià)方法。

1 偽距觀測(cè)方程

沒(méi)有誤差的測(cè)距觀測(cè)量在實(shí)踐過(guò)程中由于各種傳播誤差的存在是難以實(shí)現(xiàn)的，因此常常把含有衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘非同步誤差影響得到的衛(wèi)星至測(cè)站的距離稱為偽距[1]。衛(wèi)星導(dǎo)航參考站在當(dāng)前時(shí)刻接收到的衛(wèi)星信號(hào)，只是部分衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，是衛(wèi)星在之前某一時(shí)刻發(fā)出的。對(duì)于不同衛(wèi)星，雖然參考站在同一個(gè)歷元采樣，但這些信號(hào)是不同衛(wèi)星在不同歷元發(fā)出的。信號(hào)收發(fā)之間的時(shí)延和衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離、大氣狀態(tài)等緊密相關(guān)。當(dāng)衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)到達(dá)參考站時(shí)，參考站測(cè)出的偽距時(shí)鐘頻率、載波頻率和衛(wèi)星發(fā)射時(shí)刻狀態(tài)比較都發(fā)生了改變，含有衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)和接收機(jī)運(yùn)動(dòng)的影響以及大氣的影響。因此，偽距觀測(cè)方程可用下式表達(dá)[4]：

式中，下標(biāo)J表示觀測(cè)歷元；上標(biāo)I表示觀測(cè)到的第I顆衛(wèi)星；為衛(wèi)星I到參考站之間的觀測(cè)偽距；為衛(wèi)星到參考站之間的幾何距離（真實(shí)距離）；為被測(cè)參考站鐘差的等效偽距；為所有可確定的誤差項(xiàng)的等效偽距（包括對(duì)流層、電離層、多路徑效應(yīng)等）；為測(cè)距誤差，包含高動(dòng)態(tài)下的靈敏效應(yīng)的觀測(cè)噪聲影響。

以檢測(cè)偽距測(cè)量精度來(lái)表示，則有：

2 GNSSS連續(xù)運(yùn)行參考站進(jìn)行精度評(píng)價(jià)

GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站一般具有不間斷運(yùn)行的任務(wù)要求，另外參考站體積巨大不易移動(dòng)。這些特性造成了常規(guī)的GNSS接收機(jī)檢定方法并不適用于GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站。零基線雙差檢驗(yàn)法則可以在不間斷參考站運(yùn)行的情況下進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。

具體步驟是：將同一天線接收的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)通過(guò)功分器分成相位、功率相同的兩路信號(hào)，分別輸入兩臺(tái)接收機(jī)（標(biāo)校接收機(jī)和被測(cè)參考站接收機(jī)），根據(jù)兩機(jī)共同觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用相對(duì)定位的原理求解測(cè)距精度。

假設(shè)參考站接收機(jī)和標(biāo)校接收機(jī)在某個(gè)歷元時(shí)刻J所觀測(cè)到的衛(wèi)星I的偽距分別為則：

而參考站接收機(jī)和標(biāo)校接收機(jī)在歷元時(shí)刻 J所觀測(cè)到的衛(wèi)星k的偽距分別為、則：

因而上兩式消除了TR、DC項(xiàng)。

再對(duì)（5）中兩式做差，那么：

由上式可以看出，利用經(jīng)過(guò)精度檢驗(yàn)的 GNSS接收機(jī)求解偽距數(shù)據(jù)的雙差值，可以有效地反映 GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站的測(cè)距精度。由于連續(xù)運(yùn)行的參考站的特點(diǎn)，這種間接評(píng)價(jià)的方法，理論上可以有效地用于連續(xù)運(yùn)行參考站的實(shí)時(shí)精度評(píng)估。

3 實(shí)驗(yàn)與分析

2008年11月作者對(duì)某個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站，進(jìn)行了硬件和軟件的改造設(shè)計(jì)，通過(guò)改變天線原有設(shè)計(jì)、增加工分器和編寫(xiě)實(shí)時(shí)軟件，利用一臺(tái)經(jīng)過(guò)國(guó)家年度精度檢驗(yàn)的高精度GNSS接收機(jī)，使得該參考站在不影響正常工作的前提下，具備了實(shí)時(shí)利用零基線雙差法進(jìn)行精度評(píng)估的能力。該試驗(yàn)的硬件組成如圖1所示。

圖1 連續(xù)運(yùn)行參考站實(shí)時(shí)精度評(píng)估試驗(yàn)的硬件組成圖

利用圖1提出的硬件設(shè)計(jì)，結(jié)合上章的理論原理。我們?cè)?008年8月16日（GPST）至2008年8月18日（GPST）對(duì)該參考站的實(shí)時(shí)零基線測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了試算；并分別在第800、1 000、2 500、5 500歷元，加入人為的測(cè)距誤差1m、5m、10m、100m，給連續(xù)運(yùn)行參考站的 waas3機(jī)，以期可以成功通過(guò)實(shí)時(shí)精度評(píng)估發(fā)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行參考站的精度變化現(xiàn)象。圖 2是該零基線試驗(yàn)的雙機(jī)偽距數(shù)據(jù)。

圖2 連續(xù)運(yùn)行參考站實(shí)時(shí)精度評(píng)估試驗(yàn)的雙機(jī)零基線觀測(cè)數(shù)據(jù)圖

利用圖2的兩組觀測(cè)數(shù)據(jù)，按照式（5）中的方法進(jìn)行單差計(jì)算,結(jié)果如圖3所示。

圖3 連續(xù)運(yùn)行參考站實(shí)時(shí)精度評(píng)估試驗(yàn)的雙機(jī)零基線單差數(shù)據(jù)圖

再以式（6）為基礎(chǔ)，進(jìn)行雙差計(jì)算，結(jié)果如圖4所示。

圖4 連續(xù)運(yùn)行參考站實(shí)時(shí)精度評(píng)估試驗(yàn)的雙機(jī)零基線雙差數(shù)據(jù)圖

通過(guò)圖 4可以看出本文采用的這種實(shí)時(shí)精度評(píng)估方法，可以有效地發(fā)現(xiàn)第2500、5500歷元，10m、100 m的測(cè)距誤差。但是對(duì)于另外2組10 m以下的誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，并不能清晰的對(duì)誤差現(xiàn)象進(jìn)行反映。

4結(jié)語(yǔ)

改造后的連續(xù)運(yùn)行參考站利用零基線雙差法，可以實(shí)時(shí)地對(duì)測(cè)距精度進(jìn)行評(píng)估，方法簡(jiǎn)單，參考站的改裝成本低。在實(shí)時(shí)評(píng)估的同時(shí)，可以保證參考站的穩(wěn)定運(yùn)行。連續(xù)運(yùn)行參考站的實(shí)時(shí)精度評(píng)估研究相對(duì)較少，而本文所述方法可以實(shí)時(shí)的清晰發(fā)現(xiàn)10m以上的測(cè)距誤差。希望此種方法可以給廣大的連續(xù)運(yùn)行參考站維護(hù)部門(mén)帶來(lái)參考和借鑒。

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Accuracy of Real-time Range Assessment for CORS

by LIBo

An assessment method for the accuracy of near real-time range was proposed based on the pseudo range observation equation and the character of the CORS stations,and then the key problems of that were expounded in detail.In addition,the performance and adaptively were demonstrated base on real GPS data and the result gave the confidences that the assessment could be used in practical successfully.

CNSS,CORS,accuracy （Page:55）

P228.41

B

1672-4623(2011)02-0055-02

2010-08-30

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目 (2007AA120603)。

李博，助理工程師，主要從事測(cè)量與導(dǎo)航工程研究。