淺談北斗導航系統在道路勘測中的應用

俞曉飛

【摘 要】北斗衛星導航系統已能為亞太地區提供高精度定位服務，其定位精度測試結果表明北斗載波相位差分定位精度可達厘米級，與GPS定位精度處在同一水平。通過研究給出的是B1、B2及B3頻率的定位精度，具有工程參考價值。 本文針對淺談北斗導航系統在道路勘測中的應用進行了分析。

【關鍵詞】北斗導航；道路勘測；應用

一、前言

為快速高效地完成道路前期勘測、放紅線、施工便道勘測，保障施工機械進場作業，提出了一種利用寬巷觀測值的北斗單歷元定位方法，首先使用載波相位偽距組合求解最容易固定的（0，-1，1）組合和（1，4，-5）組合觀測值模糊度，再用已固定的（0，-1，1）組合和（1，4，-5）組合模糊度得到寬巷（1，-1，0）組合模糊度單歷元解，最后基于（1，-1，0）組合觀測值成功地進行了單歷元坐標解算。

二、北斗三頻寬巷組合單歷元定位模型

針對道路施工測量需求，依據北斗超寬巷模糊度容易固定的特點，提出了北斗三頻寬巷組合單歷元定位的思想：首先，對北斗超寬巷組合觀測值實現單歷元模糊度固定；然后，將已固定模糊度的超寬巷組合觀測值作為精度較高的觀測量，與寬巷觀測值構成無幾何模型，實現寬巷/超寬巷模糊度的單歷元固定；最后，采用噪聲較小的第二個寬巷觀測方程進行單歷元定位。

（一）道路施工測量精度需求

道路施工之初，需要確定中樁的位置，《公路勘測規范》（JTGC10-2007）中以中樁位置中誤差來標定中樁平面樁位精度，《公路勘測規范》中規定“高速公路”在山嶺地區中樁樁位平面精度應優于10cm，中樁樁位檢測之差的精度應優于20cm。《工程測量規范》（GB50026-2007）中以縱向誤差與橫向誤差來標定中樁平面樁位精度，規定的限差要寬于《公路勘測規范》。

（二）北斗觀測值線性組合

用戶接收機通過接收北斗導航衛星系統發射信號，可以獲得三個載波頻率的相位觀測值，對三個頻率相位觀測值進行線性組合。

三、公路測量中的關鍵技術

北斗系統及多系統組合定位的關鍵技術研究

（一）確定衛星軌道任意時刻衛星的坐標計算

BDS、GPS、GLONASS等衛星系統的定位原理既有相似之處，也有各自的特點，首先要掌握多系統組合聯合定位中各個系統定位的原理、觀測數據格式及星歷格式。根據不同衛星導航定位系統的衛星星歷特點，確定衛星的位置計算方法，目前北斗導航衛星星座中有5顆地球靜止軌道衛星（GEO）。GPS衛星屬于MEO衛星，GPS的廣播星歷形式應用于MEO衛星，已經得到充分的理論和實踐應用驗證，但并不意味著這一星歷表示形式適合地球靜止軌道衛星，因此需要對GEO導航衛星廣播星歷求解算法進行研究。GPS、BDS星歷類似，給出的是衛星軌道的開普勒根數及其變化參數，只要知道所求歷元的時間即可求出該歷元衛星的坐標；而GLONASS星歷給出的是衛星在指定坐標系統中某個時刻的位置和速度及日月引力攝動加速度，因此需要研究根據不同衛星星歷求解任意時刻衛星坐標的算法。

（二）不同高度衛星觀測值的合理定權

GPS與GLONASS衛星定位系統都是由MEO衛星設計而成的同質星座，在同質星座中通常假設所有衛星的偽距誤差是獨立的，具有零均值和相同的均方根值。而BDS是由MEO、IGSO和GEO組成的混合星座導航系統，由于各種衛星定軌精度和外推精度不同，使得不同衛星的測距誤差差異甚為明顯，因此在進行北斗系統定位及不同衛星系統組合定位時，需要研究如何對不同高度衛星的觀測值進行合理定權，按常規GPS基線解算以衛星高度角進行定權是否仍然適用于組合星座，同時需要研究確定參數的隨機模型。

（三）消除和削弱各誤差項對定位精度的影響

衛星定位誤差項主要包括衛星軌道和鐘誤差、電離層延遲誤差、對流層延遲誤差、接收機鐘差、多路徑誤差和觀測噪聲等。電離層與對流層延遲誤差是影響衛星定位結果的主要誤差源，電離層延遲誤差通過雙頻觀測可以得到很好的消除，對流層延遲誤差一般通過對流層誤差改正模型加以改正，對流層誤差通過模型改正后，模型的干分量改正精度可以達到1%～2%，而濕分量改正精度約為10%～15%。由于干燥氣體在時間和空間上較為穩定，干分量的改正誤差很容易進一步參數化，而濕分量的折射誤差容易受到測站環境的響，因而很難精確改正。需要進一步研究不同對流層改正模型對多系統組合定位的影響。

（四）載波相位數據處理整周模糊度確定方法

載波相位差分定位核心問題就是整周模糊度的求解，北斗信號采用碼分多址技術識別，類似于GPS信號，其衛星的信號處理可采用GPS常用算法來確定整周模糊度，研究選擇合適的算法。另外，我國BD2發射3個頻率觀測值，可以構成多組模糊度容易固定的寬巷組合，對準確快速求解整周模糊度極為有利，該方法具有很好的應用前景。同時也可通過不同頻率的觀測值線性組合，使得相應的組合測量值有與電離層無關、幾何無關等求解整周模糊度和相對定位精度高的特性。

四、結束語

從北斗系統定位和多系統組合定位技術的分析來看，在確定衛星軌道任意時刻衛星的坐標計算、不同高度衛星觀測值的合理定權、消除和削弱各誤差項對定位精度的影響、載波相位整周模糊度確定方法，以及不同導航衛星系統數據融合等關鍵技術方面還需進一步研究。

參考文獻：

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