張清華

信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450001

?

GNSS監(jiān)測評估理論與方法研究

張清華

信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450001

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)目前形成了GPS、GLONASS、BDS和Galileo多極化發(fā)展的新趨勢，特別是隨著BDS區(qū)域系統(tǒng)于2012年12月開始正式運行以來，為了使用戶獲得更好的服務(wù)，多導(dǎo)航系統(tǒng)之間的兼容與互操作是大勢所趨。然而，四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在時間基準(zhǔn)、坐標(biāo)基準(zhǔn)、星座構(gòu)型、空間信號精度和服務(wù)性能等方面都存在著一定程度上的差異，如何監(jiān)測和評估多導(dǎo)航系統(tǒng)之間的差異并尋求消除或減弱差異的方法，具有一定的理論意義和現(xiàn)實意義。本文針對GNSS監(jiān)測評估的若干方面，展開了詳細深入的研究，其中主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：

(1) 不同GNSS時間系統(tǒng)之間的時間基準(zhǔn)偏差是多模導(dǎo)航定位無法回避的問題，針對時間基準(zhǔn)偏差監(jiān)測，提出了利用精密時間間隔比對器對不同GNSS輸出的1PPS時間信號進行測量，并對測量的結(jié)果采用FIR濾波器進行平滑濾波，從而得到不同GNSS時間系統(tǒng)偏差的監(jiān)測結(jié)果。論文采用2013年6月共4 d的GPS和GLONASS雙模接收機輸出的1PPS數(shù)據(jù)，利用直接比對法得到GPST和GLONASST的差值，其中平均值為-317.1 ns，標(biāo)準(zhǔn)差為5.01 ns。

(2) 在實時導(dǎo)航定位中，不同GNSS廣播星歷所屬的坐標(biāo)基準(zhǔn)不同，為了實現(xiàn)高精度應(yīng)用，必須考慮坐標(biāo)基準(zhǔn)的差異。文中提出了同時利用地面公共點和衛(wèi)星星歷來估計坐標(biāo)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的融合法，比單采用地面點或衛(wèi)星星歷具有更好的精度和穩(wěn)定性。論文算例利用WGS-84和ITRF之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換驗證了融合法，具有更高的精度和穩(wěn)定性。

(3) 關(guān)于BDS采用的坐標(biāo)基準(zhǔn)CGCS2000與其他GNSS坐標(biāo)基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，目前尚未有公開的研究成果。論文首次嘗試分別利用星歷法和地面點法求取CGCS2000和WGS-84之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，其中星歷法的精度受到廣播星歷的影響較大，精度為米級，但是如果利用地面點法進行轉(zhuǎn)換，在考慮重心化的基礎(chǔ)上，可以得到厘米級的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

(4) 目前GNSS在軌運行的衛(wèi)星達到七八十顆，它們的工作狀態(tài)直接影響用戶的服務(wù)性能，GPS和GLOANSS都有針對各自星座軌位的約束參數(shù)，而BDS尚未有公開的軌位約束參數(shù)。本論文通過分析BDS 3類衛(wèi)星近兩年的軌道數(shù)據(jù)，并結(jié)合GPS MEO衛(wèi)星20 a廣播軌道參數(shù)的演化情況，初步給出了GEO/IGSO/MEO衛(wèi)星的半長軸、偏心率和軌道傾角等參數(shù)的監(jiān)測范圍。

(5) DOP值是描述用戶可見衛(wèi)星在空間分布幾何構(gòu)型的參數(shù)，文中針對不同GNSS系統(tǒng)的差異性，提出了一種顧及不同導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號精度的參數(shù)，即SISMA-DOP，它可以更為真實地反映多GNSS條件下空間星座的構(gòu)型強度。

(6) 針對BDS空間信號誤差，提出利用統(tǒng)計分析的理論進行研究，通過分析空間信號各方向誤差的Pearson相關(guān)系數(shù)發(fā)現(xiàn)N向和T向的具有低度相關(guān)性，并通過對各個分量的正態(tài)性檢驗(峰度和偏度)發(fā)現(xiàn)了某些衛(wèi)星的一些分量存在大誤差和系統(tǒng)誤差。

(7) 為了驗證BDS的K8電離層模型參數(shù)的精度，利用國內(nèi)陸態(tài)網(wǎng)的觀測估計電離層延遲參數(shù)精化CODE電離層格網(wǎng)模型，并采用精化后的格網(wǎng)模型進行評估，得到了更為精確的評估結(jié)果，其中14顆BDS衛(wèi)星白天K8參數(shù)的平均精度為80.5%，夜晚為76.7%。

(8) 對BDS、GPS和GLOANSS的星載原子鐘性能進行評估，包含準(zhǔn)確度、漂移率和穩(wěn)定性3個方面，并與GPS和GLONASS系統(tǒng)進行橫向?qū)Ρ取?/p>

(9) 對BDS空間信號的連續(xù)性和可用性進行了初步評估，發(fā)現(xiàn)了個別衛(wèi)星的連續(xù)性和可用性與公開的服務(wù)性能標(biāo)準(zhǔn)中的要求還有一定的差距。

Author： ZHANG Qinghua(1986—)，male，received his doctoral degree from Information Engineering University on June 2014，majors in GNSS performance evaluation.

E-mail： sqmha@126.com

Researches on Theory and Method of GNSS Monitor and Assessment

ZHANG Qinghua

Institute of Geography Spatial Information, Information Engineering University, Zhengzhou 450001, China

張清華.GNSS監(jiān)測評估理論與方法研究[J].測繪學(xué)報，2017,46(4)：536.

10.11947/j.AGCS.2017.20160676. ZHANG Qinghua.Researches on Theory and Method of GNSS Monitor and Assessment[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(4):536. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20160676.

P228

D

1001-1595(2017)04-0536-01

國家自然科學(xué)基金(41604024)；中國博士后科學(xué)基金第60批面上資助(2016M601815)

2016-12-25

張清華(1986—)，男，2014年6月畢業(yè)于信息工程大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師：隋立芬教授)，研究方向為導(dǎo)航系統(tǒng)性能評估。