姚宜斌，胡明賢，許超鈐

1. 武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學(xué)地球空間環(huán)境與大地測量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079; 3. 地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430079

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基于DREAMNET的GPS/BDS/GLONASS多系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK定位性能分析

姚宜斌1,2,3，胡明賢1，許超鈐1

1. 武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學(xué)地球空間環(huán)境與大地測量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079; 3. 地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430079

隨著BDS系統(tǒng)完成亞太地區(qū)組網(wǎng)、GLONASS系統(tǒng)再次實(shí)現(xiàn)滿星座部署以及GPS系統(tǒng)的現(xiàn)代化，多系統(tǒng)集成已逐步成為網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的發(fā)展趨勢。本文結(jié)合筆者所在課題組自主研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)DREAMNET，對不同衛(wèi)星系統(tǒng)組合模式下的定位精度進(jìn)行比較分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK和GPS/BDS網(wǎng)絡(luò)RTK的定位精度最高，GPS、BDS單系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK次之。此外，隨著高度角的增加，GPS單系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK的可用性顯著降低，而GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK在高度角為40°時(shí)依然可以在99.84%的時(shí)間里提供水平精度0.01 m、高程精度0.025 m的定位服務(wù)。最后，對15 d的定位結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，包括不依賴GPS系統(tǒng)的BDS和BDS/GLONASS在內(nèi)的6種組合方式皆可達(dá)到水平0.01 m、高程0.025 m的定位精度，其中GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK則可以得到水平0.006 m、高程0.015 m的定位精度，證明DREAMNET的定位精度和穩(wěn)定性完全可以滿足測繪作業(yè)的需要。

GPS；BDS；GLONASS；網(wǎng)絡(luò)RTK；定位精度比較

與常規(guī)RTK技術(shù)相比，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)擴(kuò)大了覆蓋范圍，提高了定位精度，降低了作業(yè)成本，減少了用戶定位的初始化時(shí)間，已經(jīng)逐漸成為應(yīng)用最廣泛的GNSS精密定位技術(shù)。但是，原有的GPS單系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)，高度受制于觀測條件，如由于建筑物或者地形的遮擋，可視衛(wèi)星的數(shù)量有限，使得用戶在城市、山區(qū)等遮擋嚴(yán)重的地區(qū)無法獲得高精度的定位結(jié)果，使其在某些時(shí)空條件下的使用受到限制?，F(xiàn)今，隨著GLONASS系統(tǒng)于2011年12月31日再次實(shí)現(xiàn)24顆衛(wèi)星滿星座部署，以及我國獨(dú)立自主研發(fā)的BDS系統(tǒng)于2012年12月27日正式具備向我國及周邊地區(qū)提供定位服務(wù)能力，過去單一的GPS網(wǎng)絡(luò)RTK正逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘞到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK。與原有的GPS單系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK、GPS/BDS/GLONASS 3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，RTK將極大地增加可視衛(wèi)星數(shù)，可視衛(wèi)星數(shù)的增加不僅能有效地增強(qiáng)觀測衛(wèi)星的圖形強(qiáng)度、提高定位結(jié)果精度，更能提高網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)定位結(jié)果的可靠性。因此多系統(tǒng)集成已經(jīng)成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。

目前，已有許多國內(nèi)外學(xué)者對多系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行了研究，并取得了豐碩成果[1-14]：文獻(xiàn)[2]提出了網(wǎng)絡(luò)RTK單歷元整周模糊度搜索法和綜合誤差內(nèi)插法，并通過試驗(yàn)得到了厘米級的定位精度；文獻(xiàn)[3]在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了BDS網(wǎng)絡(luò)RTK單歷元整周模糊度搜索法，并通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；文獻(xiàn)[6]詳細(xì)介紹了網(wǎng)絡(luò)RTK的處理策略，并利用悉尼CORS網(wǎng)數(shù)據(jù)，初步驗(yàn)證了GPS/GLONASS定位精度。文獻(xiàn)[7]利用北斗三頻數(shù)據(jù)，使用寬巷組合進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)RTK定位也取得了厘米級的定位精度;文獻(xiàn)[8]對BDS網(wǎng)絡(luò)RTK的算法進(jìn)行了研究，并對比了電離層平靜期和電離層活躍期BDS的網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度。然而，這些研究中對于GPS+BDS、BDS+GLONASS、GPS+BDS+GLONASS組合研究較少，特別是GPS/BDS/GLONASS在亞太地區(qū)都已具備提供定位服務(wù)能力的情況下，網(wǎng)絡(luò)RTK的相關(guān)研究依舊以GPS為主，鮮有不包含GPS系統(tǒng)的研究成果。這并不利于我國的國防建設(shè)和BDS系統(tǒng)獨(dú)立自主的發(fā)展?；诖耍疚牟粌H對GPS、GPS+GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK的定位精度及可靠性進(jìn)行再次驗(yàn)證，還將對GPS+BDS、GPS+BDS+GLONASS以及不包含GPS系統(tǒng)的BDS、BDS+GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行研究。此外，針對實(shí)際作業(yè)中，城市建筑物遮擋嚴(yán)重影響測繪作業(yè)的情況，專門研究了多系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK在缺少低高度角衛(wèi)星狀態(tài)下的定位精度和性能，為實(shí)際測繪作業(yè)和相關(guān)研究提供參考。

1　GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK定位算法

網(wǎng)絡(luò)RTK的數(shù)據(jù)處理流程主要分為3個(gè)模塊：①對GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)中的基線進(jìn)行解算，固定雙差整周模糊度；②利用每條基線的GNSS觀測值、雙差整周模糊度、精確的基準(zhǔn)站位置坐標(biāo)等計(jì)算每條基線的電離層延遲、對流層延遲及綜合誤差；③根據(jù)用戶發(fā)送的概略坐標(biāo)，插值確定網(wǎng)絡(luò)RTK用戶的差分改正信息，從而為網(wǎng)絡(luò)RTK用戶提供實(shí)時(shí)厘米級的定位服務(wù)。數(shù)據(jù)處理流程見圖1。

1.1GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK基站間整周模糊度解算

基站間整周模糊度解算是實(shí)現(xiàn)GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK的關(guān)鍵，可分為以下3個(gè)步驟[6,10-12]：

(1) 通過載波相位觀測值和P碼偽距組成Melbourne-Wübbena組合(M-W組合)，計(jì)算得到寬巷整周模糊度[14]。

(2) 將載波相位和偽距觀測值進(jìn)行無電離層組合，解算得到無電離層模糊度的實(shí)數(shù)解，觀測方程如下

(1)

式中，ρ為測站到衛(wèi)星的距離；Trop為對流層延遲誤差；ε為載波相位觀測值噪聲；γ為偽距觀測值噪聲。

由于GLONASS采用頻分多址的信號結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致GLONASS雙差模糊度在以距離為單位的雙差觀測方程中，其雙差模糊度不為整數(shù)，需將其變換為一個(gè)雙差整周模糊度和一個(gè)單差整周模糊度[4,6]，可得觀測方程如下

(2)

式中，λglo、φglo、Pglo、Nglo分別為GLONASS觀測值的波長、相位觀測值、偽距觀測值和整周模糊度；p為觀測衛(wèi)星；q為參考衛(wèi)星。

(3) 利用步驟(1)解算的寬巷整周模糊度、步驟(2)解算的無電離層模糊度實(shí)數(shù)解和相應(yīng)的方差協(xié)方差陣得到窄巷模糊度的實(shí)數(shù)解和對應(yīng)的方差協(xié)方差陣[10]，并使用LAMBDA算法[15]固定窄巷整周相位模糊度，進(jìn)而計(jì)算得到L1、L2整周相位模糊度。

圖1　網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)處理流程Fig.1　Flow chart of network RTK data processing

1.2GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK誤差處理

在計(jì)算網(wǎng)絡(luò)RTK誤差時(shí)，將誤差分成電離層延遲、對流層延遲和包含二階電離層延遲、軌道誤差、多路徑誤差等的綜合誤差并分別進(jìn)行計(jì)算。在固定各基線的整周模糊度后，即可以根據(jù)每條基線的GNSS觀測值、雙差整周模糊度、精確的基準(zhǔn)站位置坐標(biāo)等計(jì)算得到以上3種誤差，具體公式如下

(3)

式中，MF為對流層映射函數(shù)；ZWD為對流層濕延遲，由式(1)估計(jì)得到；ZHD為對流層靜力學(xué)延遲，由GPT2w模型[16]內(nèi)插得到；Other為綜合誤差。

在各項(xiàng)誤差計(jì)算完成后，根據(jù)流動站提供的改正坐標(biāo)即可實(shí)時(shí)內(nèi)插流動站的各項(xiàng)誤差改正數(shù)。由于電離層延遲誤差、對流層延遲誤差和綜合誤差具有較強(qiáng)的時(shí)空相關(guān)性，而流動站和基準(zhǔn)站在垂直方向上的距離相較于水平距離要小得多，故本文采用反距離加權(quán)法按基線東、北方向矢量分別內(nèi)插流動站的以上3種誤差，進(jìn)而為用戶提供厘米級的定位服務(wù)。

2　GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK試驗(yàn)及結(jié)果分析

按照上述的算法流程，本課題組自主研發(fā)了GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)DREAMNET(datareserving,editingandmanagingsystemofnetworkRTK)和流動站GNSS精密定位軟件，詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理策略如表1所示。

表1中，IGV為IGS提供的GPS/GLONASS精密預(yù)報(bào)星歷，BRDC為BDS的廣播星歷。采用實(shí)測數(shù)據(jù)對所研發(fā)的軟件平臺進(jìn)行了驗(yàn)證。

2.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)及方案

試驗(yàn)使用我國貴陽市連續(xù)運(yùn)行參考站(GYCORS)提供的2015年年積日(DOY)303—317共計(jì)15d(1s采樣率)的GNSS觀測數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)站點(diǎn)分布圖見圖 2。由于本文是模擬實(shí)時(shí)解算，避免了數(shù)據(jù)延遲、丟失等情況的出現(xiàn)，故與實(shí)測精度有些許差別。

表1　GNSS網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)處理策略

圖2　基準(zhǔn)站分布Fig.2　The distribution of stations

為研究衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之間不同組合情況下的定位精度，本文共設(shè)計(jì)以下6種組合模式：

(1) 單系統(tǒng)：單GPS、單BDS，簡寫為G、C；由于GLONASS衛(wèi)星質(zhì)量較差且存在頻間偏差等誤差，導(dǎo)致GLONASS單系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度較差且可用性較低[18-20]，故本文不對GLONASS單系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行討論。

(2) 雙系統(tǒng)組合：GPS+GLONASS、GPS+BDS、BDS+GLONASS，簡寫為GR、GC、CR。

(3) 3系統(tǒng)組合：GPS+BDS+GLONASS，簡寫為GCR。

為了研究GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK的定位精度，本文共設(shè)計(jì)4個(gè)試驗(yàn)方案。

2.2網(wǎng)絡(luò)RTK誤差內(nèi)插精度分析

由于網(wǎng)絡(luò)RTK主要是對電離層延遲、對流層延遲以及綜合誤差等進(jìn)行建模改正，故這些誤差內(nèi)插精度如何就顯得十分重要，因此在進(jìn)行定位精度分析之前，首先要對DREAMNET誤差內(nèi)插精度進(jìn)行分析。

試驗(yàn)1：選用2015年DOY 312 1 s采樣率的貴陽市CORS網(wǎng)GNSS觀測數(shù)據(jù)，利用DREAMNET生成的整網(wǎng)誤差模型內(nèi)插QINZ-BAIY基線上的電離層延遲、對流層延遲以及綜合誤差，并利用QINZ-BAIY基線實(shí)際計(jì)算的電離層延遲、對流層延遲以及綜合誤差作為真值進(jìn)行比較，對DREAMNET誤差內(nèi)插精度進(jìn)行分析。由圖 3可以明顯地看出DREAMNET的內(nèi)插值與實(shí)際計(jì)算值符合得較好，其中G01的對流層延遲、電離層延遲以及綜合誤差內(nèi)插值與計(jì)算值的RMS值分別為9.9 mm、7.1 mm、8.5 mm，C06和R22的RMS值分別為7.9 mm、5.4 mm、7.3 mm和2.2 mm、10.7 mm、1.4 mm。試驗(yàn)證明了DREAMNET誤差內(nèi)插的正確性和精度。

2.3不同組合模式網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度比較

試驗(yàn)2：使用2015年DOY 307 1 s采樣率的貴陽市CORS網(wǎng)GNSS觀測數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理過程中，使用QINZ、XIUW、YONG、QINY、KAIY為基準(zhǔn)站，BAIY為流動站。

利用DREAMNET動態(tài)確定BAIY站在GPS、BDS、GC、GR、CR、GCR 6種組合模式下的坐標(biāo)，圖 4為BAIY點(diǎn)在6種模式下E、N、U方向坐標(biāo)差值序列圖， 表 2為BAIY點(diǎn)在6種模式下的定位精度統(tǒng)計(jì)。

圖4顯示了DOY 307從UTC 0:00—24:00流動站BAIY在6種不同模式下的東方向(E)、北方向(N)、天頂方向(U)的坐標(biāo)序列圖，可以看出在6種模式下，DREAMNET均可提供穩(wěn)定的定位服務(wù)，其中GC和GCR的坐標(biāo)誤差的離散程度更小，定位精度更高；而BDS和CR組合網(wǎng)絡(luò)RTK雖然相對其他組合離散程度稍大，但依然能保證絕大部分的定位結(jié)果的E、N、U方向偏差是小于0.05 m。

圖4　BAIY點(diǎn)在6種模式下E、N、U方向坐標(biāo)差值序列Fig.4　Time series of residual error in E,N，U direction of station BAIY in six situations

精度指標(biāo)方向GPSBDSGRCRGCGCR最大偏差E2.292.733.392.591.51 1.78N3.152.384.473.871.892.15U8.217.558.338.495.015.24均值E-0.11 0.280.040.17-0.16 -0.11N0.130.010.030.160.210.14U0.19-0.200.08-0.260.090.04RMSE0.430.570.570.670.36 0.42N0.530.600.840.910.410.52U1.341.361.841.970.921.10

表2給出了這6種模式的具體定位精度比較，首先從最大、最小值中可以看出，在86 400個(gè)歷元中定位結(jié)果與真值之差都小于0.1 m，故證明了DREAMNET定位穩(wěn)定性；其次從RMS值可以得到6種組合模式下定位精度皆可以達(dá)到水平0.01 m、高程0.025 m，故滿足實(shí)際作業(yè)要求；再次，從最大偏差值和RMS皆可以看出GC和GCR模式定位精度要高于其余4種模式，而GR和CR精度最差，這是因?yàn)镚LONASS衛(wèi)星在中低緯度地區(qū)衛(wèi)星數(shù)較少且存在頻間偏差等誤差，使得GR和CR精度相對較差。最后，在不依賴GPS系統(tǒng)的情況下，BDS和CR組合網(wǎng)絡(luò)RTK的定位精度也達(dá)到了水平0.01 m、高程0.025 m，足以滿足測繪的日常作業(yè)。

圖4給出了GCR模式下DAIY站分別在E、N、U三維方向的定位精度圖。

圖5　GCR模式下DAIY站三維定位精度Fig.5　Positioning accuracy of DAIY provided by GPS/BDS/GLONASS network RTK between UTC 0:00—24:00

2.4高度角變化對網(wǎng)絡(luò)RTK定位性能的影響

在城市的建設(shè)管理過程中，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。然而，由于城市各種樓房建筑的遮擋，可視衛(wèi)星十分有限，往往使得原有的GPS單系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK無法進(jìn)行正常的測繪作業(yè)。而GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK由于極大地增加了可視衛(wèi)星數(shù)量，從而有效地克服了這一難題。

試驗(yàn)3：使用2015年DOY 303貴州CORS網(wǎng)數(shù)據(jù)，利用不同截止高度角模擬不同程度的城市建筑物遮擋，研究GPS網(wǎng)絡(luò)RTK與GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK在信號受遮擋情況下的定位性能。

由圖 4可以看出，GPS網(wǎng)絡(luò)RTK與GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK在截止高度角為10°時(shí)，即無遮擋環(huán)境下，兩種網(wǎng)絡(luò)RTK都可以全天候提供正常的定位服務(wù)，即可視衛(wèi)星數(shù)大于等于5顆。當(dāng)截止高度角分別提高到20°、30°、40°時(shí)，即信號遮擋逐漸加重時(shí)，GPS網(wǎng)絡(luò)RTK在一天中分別只有96.53%、75.61%和26.1%的時(shí)間可以提供定位服務(wù)，而GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK由于可視衛(wèi)星數(shù)量較多，在一天中可以提供定位服務(wù)的時(shí)間分別為99.97%、99.96%和99.84%。且由圖 6可知，當(dāng)高度角為40°時(shí)，GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK依然可以提供水平精度0.01 m、高程精度0.025 m的定位服務(wù)，保障正常的測繪作業(yè)。

2.5DREAMNET 15 d定位結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)4：使用DREAMNET處理2015年DOY 303—317共計(jì)15 d的貴州省CORS數(shù)據(jù)，進(jìn)一步驗(yàn)證GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK、無GPS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK(BDS網(wǎng)絡(luò)RTK和BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK)以及其他組合模式網(wǎng)絡(luò)RTK的定位精度和DREAMNET的工作性能。

本試驗(yàn)使用DREAMNET計(jì)算DOY 303—317共15 d的單天動態(tài)解，并統(tǒng)計(jì)其單天解RMS值和DOY 303—317的整體RMS值。其中圖 7為6種組合模式單天解的E、N、U方向RMS；表 3為6種組合模式在DOY 303—317的整體精度。

表3　DOY 303—317 6種組合模式定位精度統(tǒng)計(jì)表

圖6　40°高度角下DAIY站GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度Fig.6　Positioning accuracy of DAIY provided by GPS/BDS/GLONASS network RTK with 40° cut-off elevations

圖7　DOY 303—317 6種組合模式定位精度Fig.7　RMS of DAIY in six situations between DOY 303—317

由圖7可知，在DOY 303—317期間， 6種組合模式的定位精度水平方向皆小于0.015 m，高程方向皆小于0.03 m，且波動不大，進(jìn)一步證明了DREAMNET的定位結(jié)果具有很好的穩(wěn)定性和較高的精度。對表 3具體分析可得，BDS網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度與GPS網(wǎng)絡(luò)RTK相比較，在水平方向大致相當(dāng)，在高程方向上略差，這主要可能是受大氣建模誤差和低高度角衛(wèi)星較少的影響[6]；GC與GCR組合網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度最高，水平方向上小于0.006 m，高程方向上小于0.015 m；在包括BDS和CR的6種組合模式下DREAMNET皆可達(dá)到水平0.01 m、高程0.025 m的定位精度，不僅證明了DREAMNET的定位精度，也證明了BDS系統(tǒng)可以在無GPS情況下滿足網(wǎng)絡(luò)RTK定位需要。其中，GPS/BDS/GLONASS 3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK較原有GPS單系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK在E、N、U方向定位精度分別提高14.16%、15.73%和17.31%，證明了GPS/BDS/GLONASS 3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK較GPS單系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK在精度上有較大提高。

3　結(jié)　論

本文基于貴陽市CORS網(wǎng)15 d數(shù)據(jù)，使用筆者所在課題組自主開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)DREAMNET和流動站GNSS精密定位軟件，研究分析了不同組合模式下網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度，以及在不同高度角下不同組合模式的定位性能。得到以下幾條結(jié)論：

(1) 由GPS、BDS、GLONASS 3系統(tǒng)構(gòu)成的6種組合模式中，GPS網(wǎng)絡(luò)RTK與BDS網(wǎng)絡(luò)RTK在水平方向定位精度相當(dāng)，BDS網(wǎng)絡(luò)RTK在高程方向略差于GPS網(wǎng)絡(luò)RTK；GPS/BDS網(wǎng)絡(luò)RTK與GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度最高，其中GPS/BDS/GLONASS 3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK較GPS單系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK在E、N、U方向定位精度分別提高14.16%、15.73%和17.31%。

(2) 隨著高度角的增大，GPS網(wǎng)絡(luò)RTK的定位性能顯著下降，當(dāng)高度角為40°時(shí)，一天中可用時(shí)間僅有26.1%，已無法為用戶提供正常的定位服務(wù)。而GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK由于可視衛(wèi)星數(shù)量較多，即使高度角為40°時(shí)，依然可以在99.84%的時(shí)間里提供水平方向精度0.01 m、高程方向0.025 m的定位服務(wù)。

(3) 使用DREAMNET連續(xù)解算15 d數(shù)據(jù)，在 6種組合模式下，其結(jié)果均非常穩(wěn)定，皆可以得到水平0.01 m、高程0.025 m的定位精度，證明了DREAMNET的定位精度；其中GPS/BDS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK可以得到水平0.006 m、高程0.015 m的定位精度，足以滿足測繪作業(yè)的高精度需要。

(4) 在不依賴GPS系統(tǒng)情況下，BDS以及CR組合網(wǎng)絡(luò)RTK均可以達(dá)到水平0.01 m、高程0.025 m的定位精度，這證明了在不依賴GPS的情況下，我國的BDS系統(tǒng)足以滿足網(wǎng)絡(luò)RTK定位的需要。

致謝：感謝貴陽市測繪院地理信息中心為本課題的研究提供的貴陽市連續(xù)運(yùn)行參考站GNSS觀測數(shù)據(jù)；感謝武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心宋偉偉博士提供的寶貴意見。

[1]王世進(jìn), 秘金鐘, 李得海, 等. GPS/BDS的RTK定位算法研究[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2014, 39(5): 621-625.

WANG Shijin, BEI Jinzhong, LI Dehai, et al. Real-time Kinematic Positioning Algorithm of GPS/BDS[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014, 39(5): 621-625.

[2]高星偉. GPS/GLONASS網(wǎng)絡(luò)RTK的算法研究與程序?qū)崿F(xiàn)[D]. 武漢: 武漢大學(xué), 2002. GAO Xingwei. The Algorithmic Research of GPS/GLONASS Network RTK and Its Program Realization[D]. Wuhan: Wuhan University, 2002.

[3]祝會忠, 徐愛功, 高猛, 等. BDS網(wǎng)絡(luò)RTK中距離參考站整周模糊度單歷元解算方法[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2016, 45(1): 50-57. DOI: 10.11947/j.AGCS.2016.20140525.

ZHU Huizhong, XU Aigong, GAO Meng, et al. The Algorithm of Single-epoch Integer Ambiguity Resolution between Middle-range BDS Network RTK Reference Stations[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2016, 45(1): 50-57. DOI: 10.11947/j.AGCS.2016.20140525.

[4]段舉舉, 沈云中. GPS/GLONASS組合靜態(tài)相位相對定位算法[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2012, 41(6): 825-830.

DUAN Juju, SHEN Yunzhong. An Algorithm of Combined GPS/GLONASS Static Relative Positioning[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2012, 41(6): 825-830.

[5]李金龍. 北斗/GPS多頻實(shí)時(shí)精密定位理論與算法[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2015, 44(11): 1297. DOI: 10.11947/j.AGCS.2015.20150254.LI Jinlong. BDS/GPS Multi-frequency Real-time Kinematic Positioning Theory and Algorithms[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2015(11): 1297. DOI: 10.11947/j.AGCS.2015.20150254.

[6]張紹成. 基于GPS/GLONASS集成的CORS網(wǎng)絡(luò)大氣建模與RTK算法實(shí)現(xiàn)[D]. 武漢: 武漢大學(xué), 2010.

ZHANG Shaocheng. The GPS/GLONASS Integrated CORS Network Atmosphere Modeling and RTK Algorithm Implementation[D]. Wuhan: Wuhan University, 2010.

[7]高旺, 高成發(fā), 潘樹國, 等. 北斗三頻寬巷組合網(wǎng)絡(luò)RTK單歷元定位方法[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2015, 44(6): 641-648. DOI: 10.11947/j.AGCS.2015.20140308.

GAO Wang, GAO Chengfa, PAN Shuguo, et al. Single-epoch Positioning Method in Network RTK with BDS Triple-frequency Widelane Combinations[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2015, 44(6): 641-648. DOI: 10.11947/j.AGCS.2015.20140308.

[8]張晶晶. BDS網(wǎng)絡(luò)RTK虛擬參考站數(shù)據(jù)生成的算法研究[D]. 北京: 中國測繪科學(xué)研究院, 2014.

ZHANG Jingjing. Algorithm of Generating VRS Data for Compass Navigation System[D]. Beijing: Chinese Academy of Surveying and Mapping, 2014.

[9]祝會忠. 基于非差誤差改正數(shù)的長距離單歷元GNSS網(wǎng)絡(luò)RTK算法研究[D]. 武漢: 武漢大學(xué), 2012. ZHU Huizhong. The Study of GNSS Network RTK Algorithm between Long Range at Single Epoch Using Un-difference Error Corrections[D]. Wuhan: Wuhan University,

2012.

[10]張明, 劉暉, 丁志剛, 等. 基于序貫平差的長距離基準(zhǔn)站間模糊度快速固定[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2015, 40(3): 366-371.

ZHANG Ming, LIU Hui, DING Zhigang, et al. Fast Ambiguity Resolution between Long-range Base Stations Based on Sequential Adjustment[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(3): 366-371.

[11]唐衛(wèi)明, 劉經(jīng)南, 施闖, 等. 三步法確定網(wǎng)絡(luò)RTK基準(zhǔn)站雙差模糊度[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2007, 32(4): 305-308.

TANG Weiming, LIU Jingnan, SHI Chuang, et al. Three Steps Method to Determine Double Difference Ambiguities Resolution of Network RTK Reference Station[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2007, 32(4): 305-308.

[12]鄢子平, 丁樂樂, 黃恩興, 等. 網(wǎng)絡(luò)RTK參考站間模糊度固定新方法[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2013, 38(3): 295-298, 323.

YAN Ziping, DING Lele, HUANG Enxing, et al. A New Method of Ambiguity Resolution in Network RTK between Reference Stations[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2013, 38(3): 295-298, 323.

[13]高星偉, 陳銳志, 趙春梅. 網(wǎng)絡(luò)RTK算法研究與實(shí)驗(yàn)[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2009, 34(11): 1350-1353. GAO Xingwei, CHEN Ruizhi, ZHAO Chunmei. A Network RTK Algorithm and Its Test[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2009, 34(11): 1350-1353.

[14]LI Bofeng, SHEN Yunzhong, FENG Yanming, et al. GNSS Ambiguity Resolution with Controllable Failure Rate for Long Baseline Network RTK[J]. Journal of Geodesy, 2014, 88(2): 99-112.

[15]TEUNISSEN P J G. The Least-squares Ambiguity Decorrelation Adjustment: A Method for Fast GPS Integer Ambiguity Estimation[J]. Journal of Geodesy, 1995, 70(1-2): 65-82.

[16]B?HM J, M?LLER G, SCHINDELEGGER M, et al. Development of an Improved Empirical Model for Slant Delays in the Troposphere (GPT2w)[J]. GPS Solutions, 2015, 19(3): 433-441.

[17]BOEHM J, NIELL A, TREGONING P, et al. Global Mapping Function (GMF): A New Empirical Mapping Function Based on Numerical Weather Model Data[J]. Geophysical Research Letters, 2006, 33(7): L07304.

[18]AL-SHAERY A, ZHANG S, RIZOS C. An Enhanced Calibration Method of GLONASS Inter-channel Bias for GNSS RTK[J]. GPS Solutions, 2013, 17(2): 165-173.

[19]WANNINGER L. Carrier-phase Inter-frequency Biases of GLONASS Receivers[J]. Journal of Geodesy, 2012, 86(2): 139-148.

[20]BANVILLE S, COLLINS P, LAHAYE F. GLONASS Ambiguity Resolution of Mixed Receiver Types without External Calibration[J]. GPS Solutions, 2013, 17(3): 275-282.

[21]YAO Yibin, XU Chaoqian, SHI Junbo, et al. ITG: A New Global GNSS Tropospheric Correction Model[J]. Scientific Reports, 2015, 5: 10273.

[22]YAO Yibin, ZHANG Bao, XU Chaoqian, et al. A Global Empirical Model for Estimating Zenith Tropospheric Delay[J]. Science China Earth Sciences, 2016, 59(1): 118-128.

[23]姚宜斌, 張豹, 嚴(yán)鳳, 等. 兩種精化的對流層延遲改正模型[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 2015, 58(5): 1492-1501.

YAO Yibin, ZHANG Bao, YAN Feng, et al. Two New Sophisticated Models for Tropospheric Delay Corrections[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2015, 58(5): 1492-1501.

(責(zé)任編輯：陳品馨)

Positioning Accuracy Analysis of GPS/BDS/GLONASS Network RTK Based on DREAMNET

YAO Yibin1,2,3,HU Mingxian1,XU Chaoqian1

1. School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China; 2. Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy, Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan 430079, China; 3. Collaborative Innovation Center for Geospatial Technology, Wuhan 430079, China

With BDS being continually providing service in the Asia-Pacific Region, GLONASS being fully operational with 24 satellites in orbit again and GPS modernization, multi-GNSS network RTK will become the development trend of network RTK in the future. The data of multi-GNSS will be process by data reserving, editing and managing system of network RTK (DREAMNET), which developed independently by this research group, to analyze and compare the positioning accuracy between different combinations of global navigation satellite system. According to the experiment, the positioning accuracy of GPS/BDS/GLONASS network RTK and GPS/BDS network RTK is highest, GPS and BDS only second. Besides, with the increasing of the cut-off elevation, the availability of single GPS network RTK significantly reduces. However with 40° cut-off elevations, positioning service with the accuracy of 0.005 m in horizontal, 0.025 m in vertical will be provided by GPS/BDS/GLONASS network RTK in 99.84% time of a day. Finally, the statistics of positioning accuracy for 15 days show that the accuracy of 0.01 m in horizontal, 0.025 m in vertical could be reached in six situations, which including BDS and BDS/GLONASS network RTK. Besides, the accuracy of 0.006 m in horizontal, 0.015 m in vertical could be reached by GPS/BDS/GLONASS network RTK, proving that the positioning accuracy and stability of DREAMNET can meet the needs of surveying and mapping.

GPS; BDS; GLONASS; network RTK; positioning accuracy comparison

The National Natural Science Foundation of China (No.41574028); The Natural Science Funds for Distinguished Young Scholar of Hubei Province, China (No.2015CFA036)

YAO Yibin(1976—), male, PhD, professor, majors in geodetic data processing, GNSS space environment science.

姚宜斌，胡明賢，許超鈐.基于DREAMNET的GPS/BDS/GLONASS多系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK定位性能分析[J].測繪學(xué)報(bào)，2016,45(9)：1009-1018.

10.11947/j.AGCS.2016.20160133.

YAO Yibin,HU Mingxian,XU Chaoqian.Positioning Accuracy Analysis of GPS/BDS/GLONASS Network RTK Based on DREAMNET[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2016,45(9):1009-1018. DOI:10.11947/j.AGCS.2016.20160133.

P228

A

1001-1595(2016)09-1009-10

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41574028)；湖北省杰出青年科學(xué)基金(2015CFA036)

2016-03-30

姚宜斌(1976—)，男，博士，教授，研究方向?yàn)闇y量數(shù)據(jù)處理理論與方法、GNSS空間環(huán)境學(xué)。

E-mail： ybyao@whu.edu.cn

修回日期： 2016-06-20