肖秋龍，成芳，沈朋禮，肖廈

北斗地基增強系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

肖秋龍1,2,3，成芳1,2，沈朋禮1,2,3，肖廈1,2

（1. 中國科學(xué)院 國家授時中心，西安 710600；2. 中國科學(xué)院 精密導(dǎo)航定位與定時技術(shù)重點實驗室，西安 710600；3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

基于G-Nut/Anubis軟件對北斗地基增強系統(tǒng)全國113個基準站連續(xù)3個月的觀測數(shù)據(jù)從多路徑效應(yīng)與周跳等方面進行了數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，其統(tǒng)計結(jié)果表明北斗地基增強系統(tǒng)91.1%國內(nèi)框架網(wǎng)基準站的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量滿足建站要求。同時，對同源基準站的GPS和BDS多路徑誤差進行了對比分析，得到同一地點BDS多路徑誤差小于GPS，且BDS的B2頻點多路徑誤差最小，GPS的L2頻點多路徑誤差最大的結(jié)論。

北斗地基增強系統(tǒng)；數(shù)據(jù)質(zhì)量；統(tǒng)計分析；BDS/GPS

0 引言

北斗地基增強系統(tǒng)作為國家衛(wèi)星導(dǎo)航高精度服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重要組成部分，是高效實現(xiàn)現(xiàn)代經(jīng)濟社會發(fā)展和位置服務(wù)的重要項目。北斗地基增強系統(tǒng)按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、共建共享”的原則，構(gòu)建全國一張網(wǎng)，已完成全國150個框架網(wǎng)基準站的建設(shè)，實現(xiàn)部門間、地區(qū)間和用戶間資源統(tǒng)籌、數(shù)據(jù)共享。作為北斗地基增強系統(tǒng)廣域服務(wù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，北斗地基增強系統(tǒng)框架網(wǎng)基準站的正常穩(wěn)定運行對北斗地基增強系統(tǒng)充分發(fā)揮自身作用和提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)具有重要意義。

GNSS連續(xù)參考站在進行選址、設(shè)計、建造以及布放等工作時，要確保區(qū)域連續(xù)參考系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，需對GNSS接收機觀測數(shù)據(jù)進行必要的分析[1-4]。李軍等基于TEQC軟件對52個GPS臺站4 a觀測數(shù)據(jù)進行了質(zhì)量分析[1, 5-6]。楊海彥等對IGS MGEX跟蹤網(wǎng)47個多系統(tǒng)跟蹤站2.4 a觀測數(shù)據(jù)進行多路徑效應(yīng)與觀測噪聲評估，得出的多系統(tǒng)多路徑效應(yīng)與觀測噪聲之間的關(guān)系對多模多頻信號的選取和隨機模型的確定具有一定的參考意義[7]。針對上述研究成果使用觀測站少，區(qū)域較小，且為了了解基準站附近觀測環(huán)境是否對觀測結(jié)果存在干擾，是否存在造成多路徑效應(yīng)的反射物等基準站環(huán)境因素對觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量造成的影響，本文對北斗地基增強系統(tǒng)113個框架網(wǎng)基準站連續(xù)3個月的觀測數(shù)據(jù)進行了質(zhì)量檢核與分析，給出了這些基準站的檢核結(jié)果報告，并對數(shù)據(jù)質(zhì)量較差的基準站進行BDS和GPS單系統(tǒng)精密單點定位（precise point positioning，PPP）數(shù)據(jù)解算以及BDS+GPS雙系統(tǒng)PPP解算，比較BDS和GPS單系統(tǒng)的定位解算結(jié)果，分析數(shù)據(jù)質(zhì)量對解算結(jié)果的影響[8-14]。

1 數(shù)據(jù)質(zhì)量分析評估理論

碼偽距觀測值與載波相位觀測值是GNSS測量的兩個基本觀測量。在實際觀測過程中，GNSS衛(wèi)星觀測信號從衛(wèi)星天線傳播到接收機天線會受到衛(wèi)星鐘差、電離層延遲、對流層延遲、接收機鐘差等誤差影響。碼偽距與載波相位觀測方程可分別表示為[15]：

1.1 多路徑效應(yīng)

GNSS實際觀測過程中，除了直接接收到衛(wèi)星信號外，還接收到經(jīng)周圍反射物反射的信號，兩種信號產(chǎn)生干涉使真值發(fā)生偏離的現(xiàn)象稱之為多路徑效應(yīng)[15]。載波相位多路徑效應(yīng)遠遠小于碼偽距多路徑效應(yīng)，在數(shù)據(jù)處理過程中一般不予考慮載波相位多路徑效應(yīng)帶來的影響。將式（1）的1頻點與式（2）的1頻點結(jié)果作差可得[5-6, 16-20]

將式（2）的1頻點與2頻點結(jié)果作差可得

將式（4）代入式（3），化簡可得

同理可求2頻點和3頻點的結(jié)果如下：

式（6）和（7）中：

本文采用的滑動窗口長度為30個歷元，且在計算第3頻點時采用另一計算公式[17]：

1.2 載波相位周跳探測

2 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核結(jié)果與分析

表1 GPS的SR、三頻多路徑誤差的RMS值（2017-10/2017-12）

表2 BDS的SR、三頻多路徑誤差的RMS值（2017-10/2017-12）

圖1 CHHC站CSR、三頻多路徑誤差的RMS時間序列統(tǒng)計結(jié)果

3 數(shù)據(jù)解算分析

對QXAL，QXDW和QXNC 3個基準站分別進行BDS單系統(tǒng)和GPS單系統(tǒng)靜態(tài)PPP解算，結(jié)果如圖2所示。其中，和構(gòu)成以測量點為原點的站心坐標，表示東方向，表示北方向，表示天頂方向。

圖2 QXAL，QXDW和QXNC站BDS PPP與GPS PPP解算E，N和U方向誤差

從圖2可以看出：QXAL和QXDW基準站GPS PPP解算結(jié)果與BDS PPP解算結(jié)果差異不大，，方向誤差為厘米級，方向誤差僅10月1號BDS PPP解為分米級。但QXNC基準站解算結(jié)果明顯偏大，，方向差值為分米級，方向差值為米級，最大高達1.3 m。

然后，對QXAL，QXDW和QXNC 3個站進行了GPS+BDS雙系統(tǒng)靜態(tài)PPP解算，結(jié)果如圖3所示。

圖3 QXAL，QXDW和QXNC站GPS+BDS（雙系統(tǒng)）E，N和U方向誤差

從圖3可以看出，QXNC站坐標偏差大于其他兩個基準站坐標偏差。根據(jù)分析可知：

② 由表1和表2數(shù)據(jù)可知：QXNC基準站的多路徑誤差大，QXAL和QXDW兩個基準站多路徑誤差較小。由此說明多路徑誤差是導(dǎo)致QXNC基準站解算坐標偏差遠大于另外兩個基準站的主要原因。因此，在定位解算時，需對多路徑誤差較大的數(shù)據(jù)進行剔除或者降權(quán)處理，降低對定位精度的影響。

下面我們以QXAL基準站為例來具體分析，圖4為QXAL基準站分別利用GPS和BDS進行單系統(tǒng)定位解算的坐標偏差，圖5為分別利用GPS和BDS進行單系統(tǒng)定位解算坐標偏差的RMS統(tǒng)計圖。從圖4可看出：與GPS單系統(tǒng)解算結(jié)果相比，BDS單系統(tǒng)解算結(jié)果在，和方向坐標偏差普遍比GPS大，因此，在進行單系統(tǒng)定位解算時應(yīng)考慮星座因素對定位解算影響，在進行融合定位解算時可提高GPS衛(wèi)星權(quán)重。圖5可看出GPS定位解算結(jié)果的RMS相比BDS定位解算結(jié)果的RMS來說變化平緩，也說明了在進行單系統(tǒng)定位解算時對GPS定位解算的性能優(yōu)于BDS。

圖4 QXAL站GPS和BDS單系統(tǒng)定位解算E，N和U方向誤差

圖5 QXAL站GPS和BDS單系統(tǒng)E，N和U方向的RMS統(tǒng)計圖

4 結(jié)語

通過對北斗地基增強系統(tǒng)113個基準站連續(xù)3個月的觀測數(shù)據(jù)進行計算并統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)：

① 在同一地點相同環(huán)境下，GPS L2頻點多路徑誤差最大，BDS B2頻點多路徑誤差最小，因此在進行GPS定位解算過程中應(yīng)考慮到L2頻點多路徑效應(yīng)帶來的誤差影響，在進行BDS雙頻定位解算可優(yōu)先選擇B2頻點數(shù)據(jù)；

② 在同一地點相同環(huán)境下，BDS多路徑誤差小于GPS多路徑誤差；

③ 在本文分析的113個北斗地基增強系統(tǒng)基準站中，91.1%基準站的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量滿足北斗地基增強系統(tǒng)的建站要求；

④ 在單系統(tǒng)精密單點定位過程中，GPS定位性能優(yōu)于BDS，在后續(xù)進行基準站坐標精密單點定位解算時，GPS衛(wèi)星應(yīng)該占有更大權(quán)重；

⑤ 在多路徑誤差較大的情況下，需要進行數(shù)據(jù)預(yù)處理以提高定位解算精度。

致謝：感謝北斗地基增強系統(tǒng)管理委員會提供的數(shù)據(jù)。

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Observational data quality analysis of BeiDou Ground-based Augmentation System

XIAO Qiu-long1,2,3, CHENG Fang1,2, SHEN Peng-li1,2,3, XIAO Xia1,2

(1. National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China; 2. Key Laboratory of Precise Positioning and Timing Technology, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China;3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Based on G-Nut/Anubis software, the data quality analysis of multipath and cycle slip is conducted by collected datasets from the BeiDou Ground-based Augmentation System (BDGBAS), and the datasets contain three continuous months’ observation data of 113 reference stations. The statistical results of the data quality show that the observation data quality of about 91.1% stations by the BDGBAS meets the construction requirements. In addition, the multipath errors of GPS and BDS observations at the homologous observing station are compared and analyzed. The results show that the multipath error of the BDS is smaller than the GPS, and the multipath error of BDS B2 frequency is the smallest, and the multipath error of GPS L2 frequency is the largest.

BeiDou Ground-based Augmentation System; data quality; statistical analysis; BDS/GPS

10.13875/j.issn.1674-0637.2019-03-0266-08

2019-01-19；

2019-03-23

中國科學(xué)院青年科學(xué)基金促進會資助項目（11880000CF）

肖秋龍，男，碩士，主要從事衛(wèi)星導(dǎo)航通信技術(shù)研究。