基于四系統接收機觀測數據的BDS、GPS、GLONASS、Galileo系統性能分析＊

郭秦，昝富源

基于四系統接收機觀測數據的BDS、GPS、GLONASS、Galileo系統性能分析＊

郭秦，昝富源

（西南科技大學 城市學院，四川 綿陽 621000）

基于四系統接收機觀測及觀測的數據進行數據處理和分析，主要分析了觀測區域BDS、GPS、GLONASS、 Galileo系統衛星的可見性、GDOP值的波動、定位精度等方面的內容。并對數據成果進行總結分析表明，當前BDS系統在實驗區域與其他系統定位性能基本一致，可見衛星數比其他系統稍多，但BDS系統的GDOP值波動卻比其他系統要大一些。

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

1 前言

北斗衛星導航系統是中國自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統，研發目的是向全球的用戶提供高質量的定位導航和授時服務，其還有一個獨有的服務即短報文通信服務。中國早在2003年的時候就完成了具有區域導航功能的北斗一代，之后便開始著力構建服務全球的北斗衛星導航系統，并且于2012年起向亞太大部分地區正式提供服務，計劃至2020年要完成全球系統的構建。截至2017-11底，北斗衛星導航系統的衛星總數已達到25枚，開始全球組網[1]。中國的北斗衛星導航系統與美國全球定位系統（GPS）、俄羅斯格洛納斯系統（GLONASS）和歐盟的伽利略定位系統（Galileo）是現今主要的四大衛星導航定位系統。

定位性能是衛星導航定位系統的核心指標之一。本文基于四系統接收機觀測及觀測的數據進行數據處理和分析，對于實驗區域均勻分布的控制點進行外業觀測及內業和外業的分析，得出本文結論。在進行導航定位時，定位性能的指標主要包括可用性、連續性、完好性、精度、覆蓋范圍等[2]。

本文選用在外業觀測過程中的衛星可見數、DOP值以及對成果內業數據處理分析定位精度來進行評價。

2 區域實驗分析

2.1 外業觀測

實驗區域已有均勻分布的控制點，可直接利用已有的控制點成果對實驗成果進行對比分析。

在這些控制點上架設四系統GNSS接收機，分別利用BDS、GPS、GLONASS、Galileo系統或組合系統衛星對這些控制點進行數據采集，在采集過程中，主要對衛星可見數、空間幾何精度因子進行比對分析。

2.1.1 衛星可見性比對分析

衛星可見性是指在觀測期間接收機在一定的高度角情況下能夠觀測到的衛星的個數，可以體現在觀測時間與觀測區域定位和導航的能力。

由衛星導航定位原理可知，在觀測期間若可見衛星數小于４顆，就不能實現導航定位的服務，本文取平均可見衛星數作為定位性能的評價指標。將各點可見衛星數在觀測期間求平均值，統計得到表1。

表1 各點平均可見衛星數

系統名稱可見衛星數/顆平均可見衛星數/顆 BDS12～1915 GPS6～119 GPS+BDS+GLONASS30～3834 GPS+BDS+GLONASS+Galileo32～4237

從表1可以看出，在本觀測區域的此次觀測期間，BDS衛星可見衛星數為12～19顆，平均可見衛星數為15顆；GPS衛星可見衛星數為6～11顆，平均可見衛星數為9顆；GPS+BDS+GLONASS三系統組合可見衛星數為30～38顆，平均可見衛星數為34顆；GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系統組合可見衛星數為32～42顆，平均可見衛星數為37顆。可以看出，在此次觀測期間，BDS可見衛星數比GPS稍多，歸因于本次實驗區域為中國區域，且北斗在中國區域實現了GEO衛星與IGSO衛星的覆蓋。三系統或者四系統組合可見衛星數均有增加，這樣便大大增加了衛星的空間幾何分布，在定位時將有更多的衛星可供選擇。

2.1.2 GDOP值比對分析

精度衰減因子（DOP值）的大小與衛星星座的位置、可見衛星數目、空間衛星的幾何分布有關，通過精確地測定DOP值，能夠衡量出衛星星座的位置精度，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。將各點GDOP值變化在觀測期間求平均值，統計得到表2。

表2 各點GDOP值變化情況

系統名稱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，在本觀測區域的此次觀測期間，BDS衛星GDOP值為1.8～3，平均GDOP值為2.4；GPS衛星GDOP值為1.2～2.0，平均GDOP值為1.6；GPS+BDS+ GLONASS三系統組合GDOP值為0.8～1.3，平均GDOP值為1.0；GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系統組合GDOP值為0.7～1.0，平均GDOP值為0.8。

可以看出，BDS系統GDOP值變化比GPS系統稍大，三系統或者四系統組合GDOP值均有所下降，且變化范圍更小。GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系統組合定位時的GDOP值分布在0.6～1.0，GDOP值的變化范圍最小，說明此時的衛星空間幾何分布達到最佳狀態，此時觀測成果的質量也最高。

2.2 內業數據處理

外業觀測結束后，將觀測數據進行內業數據處理，處理結果與原有成果比對并取平均值如表3所示。

表3 各點觀測成果比對

系統名稱平均X坐標變化量/m平均Y坐標變化量/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

內業數據處理后，將各系統組合觀測成果與原有坐標比較，得出變化量，再統計出平均及坐標變化量，從表3可以看出，在本觀測區域的此次觀測期間，BDS衛星坐標變化量的值稍大，三系統或者四系統組合坐標變化量均有所下降，但是BDS衛星坐標變化量最為平緩。究其原因，BDS系統GDOP變化量大導致觀測成果精度偏低，但是由于GEO與IGSO在緯度19°Ｎ～58°Ｎ實現了完全覆蓋，增強了衛星分布的幾何空間結構，穩定了定位成果的精度。

3 結論

根據本次實驗區域范圍的實驗分析，可以得到以下結論：GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系統組合定位在本次實驗區域的可見衛星數能夠達到32～42顆，GDOP值最小，定位精度最高，相對其他方式的單系統或組合系統定位具有較大優勢。多系統組合定位增加了可見衛星的數目，降低了GDOP值，提高了導航定位的精度與系統的穩定性。

［1］楊元喜.北斗衛星導航系統的發展、貢獻與挑戰［J］.測繪學報，2010，39（1）：1-5.

［2］楊鑫春，徐必禮.北斗衛星導航系統的星座性能分析［J］.測繪科學，2013，38（2）：8-11，31.

［3］李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理［M］.武漢：武漢大學出版社，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，研究方向為GNSS原理與應用。

西南科技大學城市學院“基于四系統接收機觀測數據的BDS、GPS、GLONASS、Galileo系統性能分析”

〔編輯：嚴麗琴〕