馮　艷

（燕山大學(xué)里仁學(xué)院，秦皇島 066004）

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的船位精度計算方法

馮艷

（燕山大學(xué)里仁學(xué)院，秦皇島 066004）

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的建設(shè)使我國擺脫了對國外衛(wèi)星定位系統(tǒng)的依賴。在海洋試驗工程領(lǐng)域，使用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行船位定位和精度計算，提髙定位結(jié)果的可靠性和精度尤為重要。本文對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行位置精度評定時所需要的艦船位置獲取方法進(jìn)行研究，給出了一種使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的船位精度計算方法，為船用定位測量工作提供了新的思路。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)船位精度

引言

目前，獲取空間信息和數(shù)據(jù)的主要手段是使用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在全球范圍內(nèi)，世界各國陸續(xù)開發(fā)、相繼建設(shè)多種衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，例如美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）和歐盟的伽利略定位系統(tǒng)（GALILEO），并已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou）則是我國自主研制、獨立發(fā)展、正在運行和持續(xù)完善的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，主要提供定位、測速、授時和通信等開放或授權(quán)服務(wù)。海上使用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)完成以艦船為目標(biāo)的探測性質(zhì)試驗需要可靠和精確的船舶實時位置信息，以確保試驗結(jié)果的有效性和準(zhǔn)確性。

1　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與船位測量

1.1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，其中空間部分由5顆軌道高度為三萬六千公里的靜止軌道（GEO）衛(wèi)星、27顆軌道高度兩萬一千五百公里的中軌道（MEO）衛(wèi)星和3顆軌道高度為三萬六千公里的傾斜同步衛(wèi)星（IGSO）組成。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用三球交匯測量原理進(jìn)行定位和測量。原理是以兩顆衛(wèi)星為球心，兩球心至用戶的距離為半徑作球面，另一個球面是以地球地心用戶所在點至地心的距離為半徑作球面，三個球面的交匯點為用戶位置［1］，定位精度達(dá)到10m以內(nèi)。

1.2船位測量與衛(wèi)星定位

由于海洋環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性，海洋領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程建設(shè)還面臨著諸多難題，其中最為關(guān)鍵的技術(shù)制約之一就是船舶的精準(zhǔn)定位與實時監(jiān)控。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的出現(xiàn)，有助于推進(jìn)和實現(xiàn)我國海洋工程的國產(chǎn)化和全球化，突破國外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的制約和控制。目前，船舶定位和測量的方法主要包括推算定位、陸標(biāo)定位、天文定位、無線電定位和衛(wèi)星定位等5種方法。本文主要介紹衛(wèi)星船位測量方法。

利用空間衛(wèi)星來測量和確定船位，多普勒測量法、偽距測量法、干涉法和載波相位測量法是較為常用的方法。多普勒測量法是用戶接收機通過連續(xù)對幾顆衛(wèi)星多普勒頻移的進(jìn)行測量。偽距測量法是由于空間衛(wèi)星的位置已知，用戶接收機分別接收三顆以上空間衛(wèi)星信號，測出用戶接收機到衛(wèi)星的距離可解出船位。干涉法是同時在已知點和未知點進(jìn)行衛(wèi)星觀測，得到同顆衛(wèi)星信號到達(dá)測量點的時間之差，同步測定多顆衛(wèi)星的延時差和變化率解算出未知點的數(shù)據(jù)。載波相位測量法是利用本地參考信號與用戶接收機接收衛(wèi)星載波信號的相位差，計算出電波從用戶接收機到衛(wèi)星的相位延遲，確定相對的距離。

2　精度測量流程

我國自主研制的北斗二代衛(wèi)星的陸續(xù)發(fā)射，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的功能日趨完善，越來越多的北斗二代用戶機將接入科研、試驗、勘探、航海等國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。在科研、試驗等對動態(tài)精度要求較高的業(yè)務(wù)工作中，精度測量一般執(zhí)行以下的流程過程。北斗用戶接收機?？掌脚_實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集、存儲并回傳至船載活動中心站及陸地數(shù)據(jù)中心；船載中心站實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集、處理、顯示、分發(fā)、對船載活動站進(jìn)行輔助控制及事后精密處理的功能；陸地基準(zhǔn)站實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集存儲、發(fā)送基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、對各個配合平臺進(jìn)行協(xié)調(diào)控制、數(shù)據(jù)采集、存儲備份功能。設(shè)備架設(shè)于需要測量平臺的載體上，通過數(shù)據(jù)鏈路傳輸定位數(shù)據(jù)，為科研和試驗提供高精度定位信息。

3　精度評定方法

3.1按標(biāo)準(zhǔn)偏差處理

3.1.1標(biāo)準(zhǔn)偏差

將測量值排成一列；求出測量值與真值的偏差。

計算標(biāo)準(zhǔn)偏差：

式中，n—測量次數(shù)；xi—第i次測量值與真值的偏差。

3.1.2徑向標(biāo)準(zhǔn)偏差σR

式中，n—測量次數(shù)；σx—X軸向標(biāo)準(zhǔn)偏差；σy—Y軸向標(biāo)準(zhǔn)偏差；xi、yi分別為 x和y方向的測量值；x和y分別為x和y方向的真值。

3.2按系統(tǒng)誤差和隨機誤差綜合處理

3.2.1求取數(shù)據(jù)緯度、經(jīng)度一次差

3.2.2計算緯度、經(jīng)度的系統(tǒng)誤差

計算緯度、經(jīng)度的隨機誤差：

3.2.3計算綜合誤差

結(jié)果形式：ΔR±σR

3.3精度評定

海上航行測量中，船位真值測量設(shè)備的系統(tǒng)誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差與被測設(shè)備系統(tǒng)誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差比較應(yīng)滿足下式：

動態(tài)評定時，當(dāng)測量設(shè)備天線與被試設(shè)備天線不在同一位置時，在精度評定時就考慮位置歸心改正；

每一項定位精度應(yīng)注明其可信度，下表給出的誤差X出現(xiàn)在之間的概率可供參考。

由表1可看出測量值出現(xiàn)在±之間的可能性為68%；測量值出現(xiàn)在±之間的可能性為95%；測量值出現(xiàn)在±之間的可能性為99.7%。

表1　定位精度可信度概率表

4　結(jié)束語

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在科學(xué)、經(jīng)濟(jì)等多個領(lǐng)域有著廣泛的用途，發(fā)揮著越來越重要的作用。本文給出了一種使用北斗衛(wèi)星定位時的精度評定方法，為船用定位測量業(yè)務(wù)使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供參考。

［1］王磊，張榮文，張超.基于北斗系統(tǒng)的VRS技術(shù)在定位中的應(yīng)用［J］.海洋測繪.2009（01）.

［2］中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專項管理辦公室.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡介［OL］.2010，http：//www.beidou.gov.cn/.

A Calculation Method for Warship Location Accuracy Using the Beidou Satellite Navigation System

FENG Yan
（Liren College of Yanshan University，Qinhuangdao，066004，China）

The construction of Beidou satellite navigation and positioning system make our country get rid of the dependence on foreign satellite positioning system.In ocean engineering field，the use of position location and accuracy of Beidou satellite system increases the reliability of the positioning results and the accuracy.In this paper，the warship location acquisition method for the Beidou satellite navigation and positioning system was discussed，the calculation method of warship location accuracy based on Beidou satellite navigation and positioning system was put up.

Beidou satellite，navigation and positioning system，warship location accuracy