北斗單頻PPP車道級(jí)試驗(yàn)結(jié)果分析

李瑤，黃永誠(chéng)，邱平武

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二四七隊(duì)，長(zhǎng)沙410129）

1 引言

北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（BDS）是我國(guó)自主研發(fā)的全球定位通信系統(tǒng)，它是繼美國(guó)GPS和俄羅斯GLONASS之后，第三國(guó)自主研發(fā)的第三套衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，從服務(wù)中國(guó)到服務(wù)亞太區(qū)域，再到如今的全球服務(wù)能力，BDS經(jīng)歷了3個(gè)階段：第一代、第二代和第三代。BDS設(shè)計(jì)包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、30顆非靜止軌道衛(wèi)星[1，2]。2020年7月31日，BDS三號(hào)完成組網(wǎng)并正式播發(fā)信號(hào)，標(biāo)志著中國(guó)的BDS正式向全球提供服務(wù)。

自1997年Zumberge提出精密點(diǎn)定位技術(shù)[3]（PPP）以來(lái)，PPP逐步被應(yīng)用推廣。針對(duì)BDS系統(tǒng)的應(yīng)用，相關(guān)科研人員進(jìn)行了較多的研究。利用GPS+BDS研究得出，北斗的軌道精度優(yōu)于GEO（地球觀測(cè)組織），IGSO（傾斜地球同步軌道的精度）優(yōu)于0.2 m，單個(gè)BDS的PPP定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)[4]。利用估計(jì)的事后BDS精密軌道和鐘差產(chǎn)品，在對(duì)單BDS、單GPS和GPS+BDS-PPP的定位精度進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，單個(gè)BDS-PPP的定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)[5]。國(guó)內(nèi)學(xué)者研究表明，單北斗系統(tǒng)PPP的平面靜態(tài)解優(yōu)于1 cm，高程優(yōu)于3 cm。動(dòng)態(tài)定位可達(dá)到平面精度1～2 cm，高程4～7 cm[6]。目前，對(duì)北斗PPP的研究大多停留在后計(jì)算階段，其依賴事后的精密軌道鐘差產(chǎn)品。本文對(duì)BDS實(shí)時(shí)PPP進(jìn)行了研究。建立了單頻北斗實(shí)時(shí)PPP模型，并驗(yàn)證了模型的正確性。

2 單頻BDS精密單點(diǎn)定位函數(shù)模型和隨機(jī)模型

BDS偽距及載波相位觀測(cè)值與計(jì)算值之差可用表示如下[7，8]：

式中，ΔPsrf，ΔLsrf分別為接收機(jī)r和可視衛(wèi)星s某一頻率f的偽距及載波相位觀測(cè)值與計(jì)算值之差，m，其中，相位中心、相位繞轉(zhuǎn)以及固體潮等誤差均被改正；Δxsr為與頻率f無(wú)關(guān)的待估參數(shù)，包括接收機(jī)r位移和對(duì)流層天頂濕分量延遲；ursT為線性化后待估參數(shù)的系數(shù)；tr為接收機(jī)鐘差；tsf為頻率f觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星鐘差；Iszr為天頂方向總電子含量；βsrf為電離層歸一化校正函數(shù)，βsrf=γsr40.3/f2，其中，γsr為電離層投影函數(shù)；Nsrf為頻率f載波觀測(cè)值浮點(diǎn)解模糊度；λf為頻率f載波觀測(cè)值波長(zhǎng)；εP，εL分別為偽距和載波觀測(cè)值噪聲。

傳統(tǒng)的無(wú)電離層聯(lián)合PPP和基于原始觀測(cè)的非差分非聯(lián)合PPP各有優(yōu)缺點(diǎn)。雖然沒(méi)有電離層組合的PPP中的電離層延遲被觀測(cè)組合所消除，但是，這種組合放大了觀測(cè)的噪聲（大約是原始觀測(cè)的3倍）。同時(shí)，電離層自由組合PPP函數(shù)模型只適用于雙頻觀測(cè)，不能充分利用多頻觀測(cè)的信息。單頻PPP可以充分利用每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的信息，但需要估計(jì)電離層延遲，增加模糊度參數(shù)，本文BDS單頻PPP各項(xiàng)誤差處理見(jiàn)文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[10]。

3 單頻BDS實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位性能分析

本文對(duì)單頻BDS實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)使用1臺(tái)單頻北斗接收機(jī)設(shè)備,天線放置于實(shí)驗(yàn)車頂，如圖1所示。觀測(cè)數(shù)據(jù)的采樣間隔時(shí)間設(shè)置為1 s，截止高度角設(shè)置為7°，通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取精密軌道和鐘差改正數(shù)。實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖2所示，觀測(cè)環(huán)境一般。

圖1 BDS車載天線示意圖

圖2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境圖

將定位結(jié)果展示到Google Earth中，結(jié)果如圖3所示，由圖3a可知，車載定位結(jié)果路線與設(shè)計(jì)路線能較好地吻合；由圖3b和圖3c可知，在一般路況環(huán)境下，單頻接收機(jī)BDS的PPP能夠?qū)崿F(xiàn)車道級(jí)定位，并能夠分辨出車輛變道行駛。

圖3 單頻BDS PPP定位結(jié)果展示到Google Earth結(jié)果圖

4 結(jié)語(yǔ)

由于實(shí)時(shí)北斗PPP尚處于研發(fā)階段，其定位性能和定位精度有待進(jìn)一步提高，對(duì)待這個(gè)問(wèn)題，使用單頻接收機(jī)進(jìn)行了車載動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的BDS單頻PPP模型具有很好的使用價(jià)值，該北斗單頻PPP模型可以實(shí)現(xiàn)車道級(jí)定位，并能夠分辨車輛變道行駛，為BDS的實(shí)時(shí)應(yīng)用推廣做出了重要探索。