付　佳，李　輝，武　堅(jiān)，張　民，楊　祖

(1.61243部隊(duì)，甘肅　蘭州　730020；2.61287部隊(duì)，云南　昆明　650010)

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一種GPS網(wǎng)解的BDS精密單點(diǎn)定位測試

付佳1，李輝1，武堅(jiān)1，張民1，楊祖2

(1.61243部隊(duì)，甘肅蘭州730020；2.61287部隊(duì)，云南昆明650010)

為了研究BDS運(yùn)用于CORS定位服務(wù)時(shí)的定位精度及GPS可能引發(fā)的安全性問題，測試了BDS精密單點(diǎn)定位精度，利用Ambizap算法解算了甘肅省CORS網(wǎng)站觀測數(shù)據(jù)，比較分析了BDS CORS與GPS CORS的精密單點(diǎn)定位結(jié)果。結(jié)果表明，坐標(biāo)分量差值在mm至cm級。

GPS；BDS；Ambizap；精密單點(diǎn)定位；精度；檢測

0　引言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou navigation satellite system，BDS)至今已先后發(fā)射了20顆衛(wèi)星，現(xiàn)有14顆衛(wèi)星在軌正常工作，基本完成了導(dǎo)航定位系統(tǒng)的星座組網(wǎng)，在亞太大部分地區(qū)提供全天候24 h的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)[1]。BDS導(dǎo)航定位也已開始應(yīng)用于區(qū)域衛(wèi)星定位的連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站系統(tǒng)(continual operating reference station，CORS)建設(shè)階段[2]。目前，多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)研究引起了廣泛關(guān)注：利用BDS與全球定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)系統(tǒng)之間的互操作性和兼容性可以減少定位誤差、保證導(dǎo)航系統(tǒng)的高質(zhì)量[3-4]；同時(shí)也是出于安全性策略考慮。為此，BDS精密單點(diǎn)定位(precise point positioning，PPP)精度引起高度關(guān)注，并且在部分地區(qū)已經(jīng)取得相應(yīng)研究成果[5-8]。

CORS為BDS精密單點(diǎn)定位研究提供了重要平臺。目前，全國和各省、區(qū)、市都已將CORS列入加快現(xiàn)代化測繪基準(zhǔn)建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容。截止2014年底，全國共有31個省(區(qū)、市)開展了區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)建設(shè)，這些建設(shè)是對國家連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站的加密和補(bǔ)充[5]。甘肅省自2012年啟動現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)建設(shè)項(xiàng)目以來，建成了覆蓋全省的衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站約120個，是目前為止覆蓋地域最廣、跨度最長、參考站最多的省級CORS系統(tǒng)之一。

本文以甘肅省CORS站網(wǎng)數(shù)據(jù)為例，使用Ambizap算法對BDS CORS的靜態(tài)單點(diǎn)定位精度進(jìn)行測試。

1　Ambizap算法

文獻(xiàn)[9]提出了“不動點(diǎn)定理”的模糊度固定方法，并基于此提出基于精密單點(diǎn)定位的GPS網(wǎng)解新算法即Ambizap算法。經(jīng)測試，該算法的解算結(jié)果近似接近于全網(wǎng)模糊度的固定，對于連續(xù)觀測的大型全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(global navigation satellite system，GNSS)網(wǎng)絡(luò)，各站的非差PPP解的精度和雙差模糊度固定解的精度均相近。Ambizap算法的基本思想是利用雙差模糊度解算結(jié)果來約束非差PPP解，逐點(diǎn)進(jìn)行PPP解算，逐基線進(jìn)行獨(dú)立基線解算，可實(shí)現(xiàn)大型GNSS網(wǎng)數(shù)據(jù)分布式高效處理。

設(shè)單個測站的非差法方程為NiXi=wi，則根據(jù)測站與測站之間相互獨(dú)立的關(guān)系，構(gòu)建PPP網(wǎng)解法方程為

(1)

引入獨(dú)立基線的雙差固定解提供的約束條件

(2)

(3)

將獨(dú)立基線約束條件并行累加到非差網(wǎng)解法方程，得到新整網(wǎng)平差的法方程為

(4)

利用測量平差分塊并行計(jì)算模型求解法方程，即可得到附加雙差解約束的坐標(biāo)解算結(jié)果。

2　檢測方案

2.1內(nèi)、外符合性檢測

采用類似于GPS CORS的精度檢測方法，BDS CORS系統(tǒng)的可靠性可采用其內(nèi)、外符合性確定[10]：在覆蓋區(qū)域內(nèi)，選擇國家級或省市級的等級，并以已知精確坐標(biāo)的點(diǎn)位作為檢測點(diǎn)，將BDS與GPS兼容型的用戶接收機(jī)架安置在檢測點(diǎn)位上，觀測多個時(shí)段，每個時(shí)段的觀測時(shí)間分別為30、60、120 min等，采樣率為15 s，且記錄觀測值；然后對實(shí)時(shí)定位解算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到在檢測點(diǎn)實(shí)時(shí)定位的內(nèi)、外符合精度，以判斷其可靠性。

(5)

外符合精度與點(diǎn)位、轉(zhuǎn)換參數(shù)、系統(tǒng)定位的精度3者相關(guān)[10]。計(jì)算外符合精度計(jì)算公式為

(6)

BDS CORS定位的內(nèi)插精度、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度和CORS系統(tǒng)綜合誤差內(nèi)插質(zhì)量等也可使用該方法來檢驗(yàn)檢測，從而檢驗(yàn)整個系統(tǒng)的定位精度、穩(wěn)定性、可靠性和內(nèi)插模型的合理性等。

2.2PPP檢測方案

在CORS系統(tǒng)定位覆蓋區(qū)域內(nèi)，選擇國家級或省市級的高等級且已知精確GPS坐標(biāo)點(diǎn)作為檢測點(diǎn)，在流動站采用BDS和GPS兼容型CORS接收機(jī)，同時(shí)采集GPS和BDS數(shù)據(jù)。將用戶接收機(jī)架設(shè)在每個檢測點(diǎn)上，每個點(diǎn)上觀測多個時(shí)段，各觀測時(shí)段的觀測時(shí)間為(30、60、120 min等)，采樣率15 s，并記錄觀測值。采用Ambizap算法對實(shí)時(shí)定位結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3　檢測結(jié)果與分析

本次實(shí)驗(yàn)將BDS CORS觀測數(shù)據(jù)所計(jì)算的坐標(biāo)成果與GPS CORS的定位成果進(jìn)行比較，并計(jì)算其內(nèi)、外符合精度。觀測數(shù)據(jù)來源于甘肅省CORS網(wǎng)站2015年第12 d的BDS和GPS記錄成果。將GPS CORS結(jié)果作為真值對比精度，相應(yīng)歷元(30 s)計(jì)算結(jié)果對應(yīng)差值見表1。

表1　BDS與GPS靜態(tài)單點(diǎn)定位坐標(biāo)差比較　m

從表1中可以看出，3個方向坐標(biāo)互差在0.070 m內(nèi)。另經(jīng)計(jì)算，外符合精度為0.033 m，內(nèi)符合精度為0.027 m，精度較好，說明定位成果可靠。

4　結(jié)束語

本文使用Ambizap算法處理了甘肅省CORS網(wǎng)站的BDS和GPS系統(tǒng)靜態(tài)單點(diǎn)定位觀測數(shù)據(jù)，從結(jié)果來看：BDS精密單點(diǎn)定位能達(dá)到較高的定位精度；但所處理的只是1d的數(shù)據(jù)，還有待于連續(xù)驗(yàn)證。隨著BDS系統(tǒng)的建設(shè)，其精密產(chǎn)品精度得到提升，BDS在PPP領(lǐng)域中的作用和精度會愈加重要和完善。同時(shí)，可解決區(qū)域現(xiàn)有測量基準(zhǔn)單一、只能依賴GPS CORS數(shù)據(jù)處理而帶來的安全性問題，為工程應(yīng)用提供可靠的雙模式定位服務(wù)。

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Testing of BDS PPP using an algorithm of GPS solution Ambizap

FU Jia1，LI Hui1，WU Jian1，ZHANG Min1，YANG Zu2

(1.Troops 61243，Lanzhou，Gansu 730020，China；2.Troops 61287，Kunming，Yunnan 650010，China)

In order to study on the positioning accuracy of BDS when used in CORS positioning service and on the security issues caused by GPS，the paper tested the positioning accuracy of BDS PPP，calculated the observed data in Gansu province CORS with Ambizap algorithm，and comparatively analyzed the precise point positioning results of GPS CORS and BDS CORS.Result showed that the deviation of coordinate components would be between mm～cm level.

GPS；BDS；Ambizap；PPP；accuracy；testing

2015-10-26

付佳(1985—)，男，寧夏賀蘭人，助理工程師，研究方向?yàn)榭刂茰y量。

簡介：李輝(1966—)，男，甘肅靜寧人，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)榇蟮販y量。

10.16547/j.cnki.10-1096.20160312.

P228

A

2095-4999(2016)03-0055-03

引文格式：付佳，李輝，武堅(jiān)，等.一種GPS網(wǎng)解的BDS精密單點(diǎn)定位測試[J].導(dǎo)航定位學(xué)報(bào)，2016，4(3)：55-57.(FU Jia，LI Hui，WU Jian，et al.Testing of BDS PPP using an algorithm of GPS solution Ambizap[J].Journal of Navigation and Positioning，2016，4(3)：55-57.)