基于RTX-PP分析北斗單星座定位精度

張曉紅

（1.青海省地理空間和自然資源大數據中心，青海 西寧 810001）

目前，全球衛星定位系統（GNSS）在軌衛星個數超過100顆，其中除了4個獨立運行的系統（美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟Galilean和中國北斗）以外，還有區域增加衛星，例如日本的QZSS、印度的IRNSS等[1-3]。

北斗系統是我國全自主建設的全球衛星導航定位系統，2020年上半年，北斗衛星導航工程將完成整個北斗三號系統的組網建設，這也意味著單北斗系統的定位服務即將拉開序幕。對比GPS系統而言，北斗三代衛星定位精度如何，獨立星座定位和組合星座定位精度相差多少，都需要進行大量實驗論證。

本文采用Trimble公司開發的RTX事后服務（RTX）[4-6]測試MGEX[7]核心站LHAZ不同星座定位差異，與其他系統比較北斗三代獨立定位精度。

1 數據預處理

LHAZ測站采用LEICA GR25型號接收機和LEIAR25.R4+LEIT天線，接受GPS+GLONASS+ Galileo+BeiDou+SBAS衛星信號。如圖1所示，從MGEX的數據中心BKG下載多系統導航電文、WUM下載包含北斗三代的精密星歷文件和IGN下載LHAZ測站RINEX3格式的全星座觀測文件；預處理涉及G-Nut/Anubis-2.2.4[8]對各衛星系統觀測信號數據質量檢測和GFZRNX-1.14對觀測數據進行 編輯。

圖1 數據預處理流程

Nut/Anubis是捷克共和國大地觀測臺開發的一款開源應用程序，能夠對所有GNSS星座觀測的RINEX文件進行定性和定量檢測；采用LHAZ測站2020-04-01觀測數據，檢測過程如下：

1 2 3$ anubis -X 2>lhaz092.xml$ anubis -x lhaz092.xml -v 9$ ./plot_Anubis.pl --ifile lhaz.xtr --plot="lhaz.png" --all --all --title="lhaz [2020:092]"說明：1.獲得默認配置文件lhaz092.xml并修改參數；2.執行主命令，生成檢測結果文件，數字9表示進行最詳細檢測，其范圍取值為{0-9}；3.將檢測結果進行圖形化展示

表1羅列了GNSS觀測數據質量指標參考范圍，圖2展示LHAZ質量檢測可視化結果。從結果文件和圖形可以看出，各系統數據質量均達到參考范圍以內（北斗系統定位精度在U方向RMS超出5 m）。

圖2 LHAZ測站GNSS數據質量檢測結果

表1 GNSS觀測數據質量指標

GFZRNX是德國地學中心提供的一款RINEX GNSS數據轉換與操作工具軟件，利用-satsys參數來分割四大導航定位系統觀測數據。

1234$ gfzrnx -finp lhaz0920.20o -fout lhaz092c.20o -satsys C$ gfzrnx -finp lhaz0920.20o -fout lhaz092g.20o -satsys G$ gfzrnx -finp lhaz0920.20o -fout lhaz092e.20o -satsys E$ gfzrnx -finp lhaz0920.20o -fout lhaz092r.20o -satsys R-satsys參數說明：[-satsys ] - 輸入需要選擇的衛星系統簡碼（CEGIJRS）C - Beidou E - Galileo G - GPS I - IRNSS J - QZSS R - Glonass S - SBAS

2 RTX-PP定位解算

Trimble的RTX-PP服務能夠采用GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou和QZSS衛星雙頻偽距和載波相位測量，從衛星端到接收機的載波相位和偽距測量方程表示如下[9]：

式中，Φi和Pi分別表示頻率i載波相位和偽距觀測值；ρ表示衛星到接收機天線的幾何距離；c表示信號傳播速度，一般等于光速；dT和dt分別表示接收機和衛星鐘差；T表示對流層延遲；li表示頻率i的電離層延遲；Ai和i分別表示接收機和衛星對于頻率i的偏移和變化；WΦ和wΦ分別表示接收機和衛星的天線相位轉繞；BΦ,i和bΦ,i分別表示接收機和衛星對于頻率i的載波相位偏差；BP,i和bP,i分別表示接收機和衛星對于頻率i的偽距偏差；λi表示頻率N的載波波長；Ni表示頻率i的整周模糊度；mΦ,i和mP,i分別表示頻率i的載波相位和偽距的多路徑效應；εΦ,i和εP,i分別表示頻率i的載波相位和偽距的誤差和殘差。

RTX-PP通過Web應用程序提供免費服務，用戶將GNSS觀測數據上傳到CenterPoint RTX后處理服務進行定位計算。將上述預處理獲得的各系統數據導入RTX-PP進行計算，結果顯示如表2所示，比較發現定位精度高低依次為GPS、Beidou、GLONASS、Galileo。GPS系統定位精度最好，24 h測結果內符合精度在1cm以內，而與ITRF2014結果對比，絕對定位精度能達到5 mm以內；北斗系統定位精度在1.5cm以內，而另外兩個星座定位精度均差為2 cm精度。

表2 RTX-PP不同星座解算結果和ITRF2014對比

從觀測數據搜星統計情況看，LHAZ測站2020-09-02在同一歷元平均GPS有9顆、Beidou有13顆、GLONASS有7顆和Galileo有5顆。Beidou系統包括二代和最新的三代衛星，接收的信號段比GPS弱一些。

3 結 語

2020年5月份開始，北斗三代正式組網，開始為全球用戶提供服務。本文基于RTX-PP對比分析四大全球導航定位系統在LHAZ站定位精度，各系統數據質量檢測均合格，接收衛星個數北斗系統最多，達到13顆，而定位結果內、外符合精度GPS系統均達到最好，絕對精度在5 mm以內。隨著北斗系統不斷發展，預期定位精度能不斷提高，達到和GPS系統一致精度。