楊佳林,楊黎黎
(1.青海省有色第一地質(zhì)勘查院,青海 西寧 810001;2.青海正和工程管理有限責(zé)任公司,青海 西寧 810001)
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)能全天候?yàn)榻乜臻g點(diǎn)提供三維位置和速度信息,是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一[1-3]。由于GNSS信號(hào)在傳輸過(guò)程中受各種誤差源干擾,其定位精度通常只有5~10 m[4],無(wú)法滿足高精度用戶需求,從而制約了GNSS的工程應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)厘米級(jí)、靜態(tài)毫米級(jí)精度需求,學(xué)者們提出了兩種解決方法[5-6]:差分相對(duì)定位和精密單點(diǎn)定位。這兩種方法最具代表性的軟件成果分別為GAMIT/GLOBK和
GIPSY/OASIS。
隨著中國(guó)北斗(BDS)和歐盟Galileo系統(tǒng)的逐漸完成[7-9],GAMIT軟件已能支持多星座解算。本文解算了西半球15個(gè)IGS站點(diǎn)GPS、Galileo、BDS(BDS-2和BDS-3)三大導(dǎo)航系統(tǒng)連續(xù)5 d(2020-121—125)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)均采用RINEX3文件格式,軟件解算均采用雙頻模式。所有站點(diǎn)的位置分布如圖1所示。本文基于GAMIT/GLOBK10.71版本測(cè)試了三大導(dǎo)航系統(tǒng)的整體靜態(tài)差分相對(duì)定位精度,為GNSS綜合應(yīng)用提供意見(jiàn)指導(dǎo)。
圖1 測(cè)站點(diǎn)分布圖(審圖號(hào):GS(2020)4392)
本文采用的數(shù)據(jù)為GPS的L1和L2頻率,Galileo的E1和E5頻率,BDS的C2和C7頻率[10]。GPS、Galileo和BDS系統(tǒng)的頻點(diǎn)統(tǒng)計(jì)信息如表1所示。衛(wèi)星的頻率編碼規(guī)則為系統(tǒng)頻率簡(jiǎn)碼+ID號(hào),如C7表示BDS的ID號(hào)為7的頻率,查閱表1可知,C7為BDS-3的B2b頻率和BDS-2的B2I/B2Q頻率。
表1 GPS、Galileo和BDS三大系統(tǒng)頻率統(tǒng)計(jì)
GAMIT/GLOBK10.71的解算策略:數(shù)據(jù)采樣率為30 s,觀測(cè)值模型為L(zhǎng)C_AUTCLN,高度截止角為10°,松弛約束;基線解算中加入了月歷、日歷、章動(dòng)、地球自轉(zhuǎn)、海洋潮汐等改正。本文選取2020年121—125年積日,共計(jì)5 d的靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)以及GFZ提供的混合精密星歷。VILL測(cè)站121年積日24 h之內(nèi)所有衛(wèi)星跟蹤天空視圖如圖2所示,可以看出,GPS系統(tǒng)在24 h內(nèi)跟蹤到32顆衛(wèi)星,Galileo系統(tǒng)跟蹤到18顆衛(wèi)星;BDS系統(tǒng)跟蹤到8顆衛(wèi)星(3顆MEO衛(wèi)星、5顆地球同步衛(wèi)星),BDS系統(tǒng)跟蹤到的衛(wèi)星數(shù)量明顯少于其他兩個(gè)系統(tǒng)。
圖2 VILL測(cè)站三大系統(tǒng)衛(wèi)星跟蹤天空視圖
本文利用GAMIT/GLOBK 10.71版本,采用相同的配置參數(shù),解算得到15個(gè)測(cè)站3大系統(tǒng)的靜態(tài)定位結(jié)果。121年積日三大系統(tǒng)不同測(cè)站解算得到的相位噪聲如表2所示,可以看出,Galileo系統(tǒng)觀測(cè)值的相位噪聲比GPS系統(tǒng)略大,可能是由于對(duì)E5信號(hào)較敏感或Galileo軌道精度較差;由于只跟蹤到3顆MEO衛(wèi)星,BDS系統(tǒng)的相位噪聲波動(dòng)更明顯。
表2 三大系統(tǒng)相位噪聲統(tǒng)計(jì)
相位噪聲將降低Galileo和BDS系統(tǒng)解算時(shí)的模糊度固定率,三大系統(tǒng)相位模糊度固定率如表3所示。通過(guò)統(tǒng)計(jì)GAMIT解算結(jié)果發(fā)現(xiàn),GPS系統(tǒng)的寬巷和窄巷固定率均大于90%,三大系統(tǒng)的窄巷固定率均低于寬巷,這與解算策略相一致,即MW組合觀測(cè)值先固定寬巷模糊度、再固定窄巷模糊度。
表3 三大系統(tǒng)相位模糊度固定率/%
本文統(tǒng)計(jì)了15個(gè)測(cè)站解算結(jié)果在N、E、U三分量坐標(biāo)上的穩(wěn)定性以及WRMS,結(jié)果如表4所示。通過(guò)IGS分析中心評(píng)估三大系統(tǒng)的軌道質(zhì)量,結(jié)果表明Galileo和BDS系統(tǒng)的軌道比GPS系統(tǒng)差2~4倍;站點(diǎn)解算坐標(biāo)精度受衛(wèi)星數(shù)量的影響。BOR1測(cè)站三大系統(tǒng)解算結(jié)果坐標(biāo)序列如圖3所示。
圖3 BOR1測(cè)站三大系統(tǒng)解算結(jié)果坐標(biāo)序列
表4 三大系統(tǒng)測(cè)站解算精度統(tǒng)計(jì)/mm
本文收集并處理了西半球15個(gè)IGS站點(diǎn)GPS、Galileo和BDS三大系統(tǒng)連續(xù)5 d的靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù),評(píng)估了GAMIT/GLOBK10.71解算精度以及三大系統(tǒng)之間的定位差異。結(jié)果表明,GPS系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于Galileo和BDS系統(tǒng)。分析其原因發(fā)現(xiàn),衛(wèi)星軌道精度和搜星個(gè)數(shù)對(duì)解算坐標(biāo)穩(wěn)定性具有較大影響。