北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)測距信號的精度分析

程鵬飛，李瑋，秘金鐘

摘要：目的：自2000年發(fā)射第一顆試驗衛(wèi)星以來，北斗導航系統(tǒng)就已引起極大的關注?？梢灶A見，當北斗系統(tǒng)正式建成后，將在定位、導航、授時、通信等多個領域發(fā)揮重要作用。對比分析了北斗和GPS測距信號質量，并檢驗了多路徑誤差對CC模糊度固定的影響。相關方法為分析北斗衛(wèi)星的數(shù)據(jù)質量和接收機的觀測質量奠定了理論基礎。方法：出發(fā)點是GPS/北斗的原始偽距和相位觀測方程，分別設計單測站和短基線實驗，重點分析偽距相位差值（code-minus-phase combination，CC）和多路徑（multipath，MP）兩類組合觀測值。為移除CC和 MP觀測值中的趨勢項，單測站分析選用低階多項式擬合和歷元間差分兩種方式，而短基線分析則借助了站間單差和站星雙差。通過分析殘差的方差，考察GPS/北斗的觀測噪聲的量級，多路徑效應的變化規(guī) 律及其對固定CC組合觀測值模糊度的影響。結果：選用2010年12月27日的短基線（長度約為3.3 m）實測數(shù)據(jù)，分屬于GPS L1/L2、北斗B1/B2四個頻率、三類衛(wèi)星（GPS為MEO衛(wèi)星，北斗包括GEO和IGSO衛(wèi)星），觀測時長約1 h，采樣間隔為1 s。結果表明：（1）GPS衛(wèi)星信噪比在42～52 dB-Hz之間，而北斗GEO衛(wèi)星的信噪比主要集中在42～45 dB-Hz，IGSO衛(wèi)星的信噪比較GEO衛(wèi)星高，均分布在46～50 dB-Hz。北斗GEO衛(wèi)星的觀測精度為 0.03～0.04 m，IGSO衛(wèi)星的觀測精度約為0.10～0.12 m；（2）北斗多路徑組合值與信噪比呈負相關的關系；GEO衛(wèi)星的多路徑組合變化范圍較大（-1 m～+1.2 m），呈現(xiàn)長期變化的趨勢；而IGSO衛(wèi)星的多路徑組合變化范圍較?。?0.6 m～+0.6 m），呈現(xiàn)短期變化的趨勢；（3）采用600 s的時長，CC組合在GPS L1、L2、北斗B1和B2頻率上模糊度固定的成功率均能達到90%以上；而對于120 s時長，由于多路徑誤差不能完全的移除，模糊度固定成功率不高；考慮到IGSO衛(wèi)星多路徑誤差短期快速變化的趨勢和較差的觀測精度，其模糊度固定的成功率最低，兩個頻率均不超過50%。結論：GEO衛(wèi)星的測距信號質量優(yōu)于IGSO衛(wèi)星，且兩類測距信號的多路徑誤差分別包含長、短期的變化趨勢；針對CC模糊度固定，當采用較長時間段（如600 s）時，GPS L1/L2和北斗B1/B2共4個頻段上的成功率均超90%；而對于快速模糊度固定（如120 s），由于受強多路徑誤差影響，北斗IGSO衛(wèi)星的固定成功率最低，不超過50%。

來源出版物：測繪學報, 2012, 41(5): 690-695

入選年份：2016

天繪一號無地面控制點攝影測量

王任享，胡莘，王建榮

摘要：目的：衛(wèi)星攝影測量是獲取全球地理空間數(shù)據(jù)的主要途徑，攝影測量光束法平差是提升衛(wèi)星影像無控定位精度的有效手段，但線陣推掃影像光束法平差一直是攝影測量領域難以突破的難題。針對“天繪一號”衛(wèi)星影像，基于光束法平差原理，提出并實現(xiàn)高精度無控定位的關鍵技術及其理論。方法：無控定位技術涉及衛(wèi)星平臺、有效載荷及地面處理等多個內容，傳統(tǒng)攝影測量中單一功能的“光束法平差軟件”，不能解決全球連續(xù)覆蓋模式光學攝影測量衛(wèi)星無控定位問題。針對“天繪一號”工程，提出特殊的光束法平差理論，并運用于工程實踐。首先，以三線陣立體影像為基礎，以小面陣影像為框架，建立了 LMCCD（線陣—面陣混合配置相機）影像EFP（等效框幅像片）光束法平差理論，按反解空中三角測量原理對12個相機參數(shù)進行在軌標定。其次，基于EFP光束法平差理論，創(chuàng)造了包括全航線全三線交會平差、角元素低頻誤差補償及偏流角效應改正等多功能的EFP光束法平差。最后，利用天繪一號衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，對相關理論和方法進行驗證。結果：從天繪一號衛(wèi)星影像試驗結果看出：（1）將相機參數(shù)作為未知數(shù)參與LMCCD影像光束法平差，小面陣影像可以控制由于衛(wèi)星姿態(tài)變化率造成的航線模型系統(tǒng)變形。將標定值用于多個精度檢測場，檢查點均無明顯的系統(tǒng)誤差，表明標定方法的正確性和適用性。同時，標定過程中自動對偏流角造成的上下視差主要誤差量進行處理，而上下視差次要誤差量則在多功能光束法平差中予以消除，從而實現(xiàn)僅用國內在軌標定參數(shù)進行全球無控定位的目的，無需國外建立試驗場進行相機參數(shù)標定。（2）多功能EFP光束法平差，能有效將外方位角元素高頻誤差對平差結果的影響削弱約0.55因子。與“定向片”法相比，全三線交會平差能有效解決航線模型的系統(tǒng)變形，使平差航線三線交會范圍也能包括航線頭、尾基線交會區(qū)。同時，全三線交會平差未知參數(shù)不僅包含6個外方位參數(shù)，還含有在俯仰和偏航兩個公共參數(shù)，可有效補償?shù)皖l誤差的變化。（3）經(jīng)過相機參數(shù)在軌標定和多功能EFP光束法平差處理后，天繪一號衛(wèi)星影像無地面控制點條件下01星定位精度為10.3 m/5.7 m（平面/高程），02星定位精度略高于 01星，03星定位精度提高為7.2 m/2.6 m。結論：中國以自身的空間技術研發(fā)了第一顆傳輸型立體測繪衛(wèi)星——天繪一號，并采用“光束法平差途徑”實現(xiàn)了無地面控制點高精度定位。01、02星無地面控制點目標定位精度與美國SRTM精度相當，03星較02星精度又有較大的提高，使全球連續(xù)覆蓋模式的光學攝影測量衛(wèi)星在無控定位方面又邁向了一個新的臺階。

來源出版物：測繪學報, 2013, 42(1): 1-5

入選年份：2016