郭秦，昝富源

基于四系統(tǒng)接收機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)的BDS、GPS、GLONASS、Galileo系統(tǒng)性能分析＊

郭秦，昝富源

（西南科技大學(xué) 城市學(xué)院，四川 綿陽 621000）

基于四系統(tǒng)接收機(jī)觀測(cè)及觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，主要分析了觀測(cè)區(qū)域BDS、GPS、GLONASS、 Galileo系統(tǒng)衛(wèi)星的可見性、GDOP值的波動(dòng)、定位精度等方面的內(nèi)容。并對(duì)數(shù)據(jù)成果進(jìn)行總結(jié)分析表明，當(dāng)前BDS系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)區(qū)域與其他系統(tǒng)定位性能基本一致，可見衛(wèi)星數(shù)比其他系統(tǒng)稍多，但BDS系統(tǒng)的GDOP值波動(dòng)卻比其他系統(tǒng)要大一些。

BDS、GPS、GLONASS、Galileo；定位精度；DOP值；性能分析

1 前言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，研發(fā)目的是向全球的用戶提供高質(zhì)量的定位導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，其還有一個(gè)獨(dú)有的服務(wù)即短報(bào)文通信服務(wù)。中國早在2003年的時(shí)候就完成了具有區(qū)域?qū)Ш焦δ艿谋倍芬淮蟊汩_始著力構(gòu)建服務(wù)全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并且于2012年起向亞太大部分地區(qū)正式提供服務(wù)，計(jì)劃至2020年要完成全球系統(tǒng)的構(gòu)建。截至2017-11底，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星總數(shù)已達(dá)到25枚，開始全球組網(wǎng)[1]。中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）和歐盟的伽利略定位系統(tǒng)（Galileo）是現(xiàn)今主要的四大衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

定位性能是衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的核心指標(biāo)之一。本文基于四系統(tǒng)接收機(jī)觀測(cè)及觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，對(duì)于實(shí)驗(yàn)區(qū)域均勻分布的控制點(diǎn)進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)及內(nèi)業(yè)和外業(yè)的分析，得出本文結(jié)論。在進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)，定位性能的指標(biāo)主要包括可用性、連續(xù)性、完好性、精度、覆蓋范圍等[2]。

本文選用在外業(yè)觀測(cè)過程中的衛(wèi)星可見數(shù)、DOP值以及對(duì)成果內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理分析定位精度來進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 區(qū)域?qū)嶒?yàn)分析

2.1 外業(yè)觀測(cè)

實(shí)驗(yàn)區(qū)域已有均勻分布的控制點(diǎn)，可直接利用已有的控制點(diǎn)成果對(duì)實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行對(duì)比分析。

在這些控制點(diǎn)上架設(shè)四系統(tǒng)GNSS接收機(jī)，分別利用BDS、GPS、GLONASS、Galileo系統(tǒng)或組合系統(tǒng)衛(wèi)星對(duì)這些控制點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在采集過程中，主要對(duì)衛(wèi)星可見數(shù)、空間幾何精度因子進(jìn)行比對(duì)分析。

2.1.1 衛(wèi)星可見性比對(duì)分析

衛(wèi)星可見性是指在觀測(cè)期間接收機(jī)在一定的高度角情況下能夠觀測(cè)到的衛(wèi)星的個(gè)數(shù)，可以體現(xiàn)在觀測(cè)時(shí)間與觀測(cè)區(qū)域定位和導(dǎo)航的能力。

由衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理可知，在觀測(cè)期間若可見衛(wèi)星數(shù)小于４顆，就不能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位的服務(wù)，本文取平均可見衛(wèi)星數(shù)作為定位性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。將各點(diǎn)可見衛(wèi)星數(shù)在觀測(cè)期間求平均值，統(tǒng)計(jì)得到表1。

表1 各點(diǎn)平均可見衛(wèi)星數(shù)

系統(tǒng)名稱可見衛(wèi)星數(shù)/顆平均可見衛(wèi)星數(shù)/顆 BDS12～1915 GPS6～119 GPS+BDS+GLONASS30～3834 GPS+BDS+GLONASS+Galileo32～4237

從表1可以看出，在本觀測(cè)區(qū)域的此次觀測(cè)期間，BDS衛(wèi)星可見衛(wèi)星數(shù)為12～19顆，平均可見衛(wèi)星數(shù)為15顆；GPS衛(wèi)星可見衛(wèi)星數(shù)為6～11顆，平均可見衛(wèi)星數(shù)為9顆；GPS+BDS+GLONASS三系統(tǒng)組合可見衛(wèi)星數(shù)為30～38顆，平均可見衛(wèi)星數(shù)為34顆；GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系統(tǒng)組合可見衛(wèi)星數(shù)為32～42顆，平均可見衛(wèi)星數(shù)為37顆?？梢钥闯觯诖舜斡^測(cè)期間，BDS可見衛(wèi)星數(shù)比GPS稍多，歸因于本次實(shí)驗(yàn)區(qū)域?yàn)橹袊鴧^(qū)域，且北斗在中國區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了GEO衛(wèi)星與IGSO衛(wèi)星的覆蓋。三系統(tǒng)或者四系統(tǒng)組合可見衛(wèi)星數(shù)均有增加，這樣便大大增加了衛(wèi)星的空間幾何分布，在定位時(shí)將有更多的衛(wèi)星可供選擇。

2.1.2 GDOP值比對(duì)分析

精度衰減因子（DOP值）的大小與衛(wèi)星星座的位置、可見衛(wèi)星數(shù)目、空間衛(wèi)星的幾何分布有關(guān)，通過精確地測(cè)定DOP值，能夠衡量出衛(wèi)星星座的位置精度，DOP值越小，定位精度越高。DOP值通常包括平面位置精度因子（HDOP）、高程精度因子（VDOP）、空間位置精度因子（PDOP）、接收機(jī)鐘差精度因子（TDOP）、幾何精度因子（GDOP）[3]。本文選取幾何精度因子（GDOP）作為定位性能指標(biāo)。將各點(diǎn)GDOP值變化在觀測(cè)期間求平均值，統(tǒng)計(jì)得到表2。

表2 各點(diǎn)GDOP值變化情況

系統(tǒng)名稱GDOP值平均GDOP值 BDS1.8～3.02.4 GPS1.2～2.01.6 GPS+BDS+GLONASS0.8～1.31.0 GPS+BDS+GLONASS+Galileo0.6～1.00.8

從表2可以看出，在本觀測(cè)區(qū)域的此次觀測(cè)期間，BDS衛(wèi)星GDOP值為1.8～3，平均GDOP值為2.4；GPS衛(wèi)星GDOP值為1.2～2.0，平均GDOP值為1.6；GPS+BDS+ GLONASS三系統(tǒng)組合GDOP值為0.8～1.3，平均GDOP值為1.0；GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系統(tǒng)組合GDOP值為0.7～1.0，平均GDOP值為0.8。

可以看出，BDS系統(tǒng)GDOP值變化比GPS系統(tǒng)稍大，三系統(tǒng)或者四系統(tǒng)組合GDOP值均有所下降，且變化范圍更小。GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系統(tǒng)組合定位時(shí)的GDOP值分布在0.6～1.0，GDOP值的變化范圍最小，說明此時(shí)的衛(wèi)星空間幾何分布達(dá)到最佳狀態(tài)，此時(shí)觀測(cè)成果的質(zhì)量也最高。

2.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

外業(yè)觀測(cè)結(jié)束后，將觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果與原有成果比對(duì)并取平均值如表3所示。

表3 各點(diǎn)觀測(cè)成果比對(duì)

系統(tǒng)名稱平均X坐標(biāo)變化量/m平均Y坐標(biāo)變化量/m BDS0.060～0.0.0650.040～0.0.043 GPS0.045～0.0.0570.025～0.0.036 GPS+BDS+GLONASS0.041～0.0.0500.028～0.0.033 GPS+BDS+GLONASS+Galileo0.038～0.0.0420.021～0.0.028

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理后，將各系統(tǒng)組合觀測(cè)成果與原有坐標(biāo)比較，得出變化量，再統(tǒng)計(jì)出平均及坐標(biāo)變化量，從表3可以看出，在本觀測(cè)區(qū)域的此次觀測(cè)期間，BDS衛(wèi)星坐標(biāo)變化量的值稍大，三系統(tǒng)或者四系統(tǒng)組合坐標(biāo)變化量均有所下降，但是BDS衛(wèi)星坐標(biāo)變化量最為平緩。究其原因，BDS系統(tǒng)GDOP變化量大導(dǎo)致觀測(cè)成果精度偏低，但是由于GEO與IGSO在緯度19°Ｎ～58°Ｎ實(shí)現(xiàn)了完全覆蓋，增強(qiáng)了衛(wèi)星分布的幾何空間結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定了定位成果的精度。

3 結(jié)論

根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)區(qū)域范圍的實(shí)驗(yàn)分析，可以得到以下結(jié)論：GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系統(tǒng)組合定位在本次實(shí)驗(yàn)區(qū)域的可見衛(wèi)星數(shù)能夠達(dá)到32～42顆，GDOP值最小，定位精度最高，相對(duì)其他方式的單系統(tǒng)或組合系統(tǒng)定位具有較大優(yōu)勢(shì)。多系統(tǒng)組合定位增加了可見衛(wèi)星的數(shù)目，降低了GDOP值，提高了導(dǎo)航定位的精度與系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

［1］楊元喜.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展、貢獻(xiàn)與挑戰(zhàn)［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2010，39（1）：1-5.

［2］楊鑫春，徐必禮.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星座性能分析［J］.測(cè)繪科學(xué)，2013，38（2）：8-11，31.

［3］李征航，黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

P228.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.022

2095－6835（2019）22－0067－02

郭秦（1986—），女，四川成都人，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)镚NSS原理與應(yīng)用。

西南科技大學(xué)城市學(xué)院“基于四系統(tǒng)接收機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)的BDS、GPS、GLONASS、Galileo系統(tǒng)性能分析”

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕