北斗三號網絡RTK 定位性能分析研究

□衢州市測繪院 裴勇軍 劉坤

北斗衛星導航系統（BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System）是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。北斗三號全球衛星導航系統星座由3 顆地球靜止軌道（GEO）衛星、3顆傾斜地球同步軌道 （IGSO）衛星和24 顆中圓軌道（MEO）衛星組成。目前，北斗三號系統除提供定位導航授時服務外，還集成了星基增強和精密單點定位功能。高精度、高完好性等特點與通信數傳功能完美的融合，實現并提供全球區域短報文通信及國際搜救服務。

衛星導航定位基準站（以下簡稱基準站）是國家空間基礎設施的重要組成部分，其獨特的增強定位方式網絡RTK 為地理空間數據采集以及導航定位的實時性、高效性、精確性和便利性方面帶來了革命性的跨越，大大降低了高精度定位的成本和測繪外業成本，為經濟社會快速發展提供了精確的位置保障。隨著北斗三號系統的正式開通，各行各業的應用也逐步開展起來。在全面推廣應用之前，結合行業需求對網絡RTK 定位性能開展前期評估是一項必不可少的工作。本文綜合考慮北斗三號網絡RTK 定位的關鍵技術和服務內容，建立區域試驗場，從基準站模糊度固定率、初始化時間、用戶定位精度及穩定性進行分析，為今后全省使用單北斗系統提供參考依據。

一、建立區域試驗場

基于浙江省已有的網絡與通信基礎設施，搭建國產軟、硬件的測試系統，利用LINA、DEQI、FUYA、XISH、ZJHZ 等5 座GNSS的觀測墩、天線、電纜線和網絡構建由北斗GNSS 基準站、數據綜合處理中心及通信網絡等子系統組成的試驗網。配置以國產版卡為主的新一代國產北斗衛星接收機，采用功分器一分為二即一個天線連接2 臺GNSS 接 收機，將實時北斗衛星數據流通過網絡專網傳輸至數據處理中心，同時利用國產實時數據處理軟件，在三星（GPSGLONASSBDS）、雙星（GLONASSBDS）和單北斗系統下，采用國產的RTK 設備測試北斗三號網絡RTK 服務能力。

二、服務能力測試分析

（一）網絡RTK精度測試

在區域試驗場內外布設14 個流動點（其中5 個流動點在區域試驗場內，9 個流動點在區域試驗場外），采用國產網絡RTK 設備，在BDSGPSGLONASS 三星模式、BDSGLONASS 雙星模式和BDS單北斗模式下外業采集流動點點位坐標數據，并以天寶R10 設備在PIVOT 系統下采集重合點位坐標數據為參考值，對國產網絡RTK 設備不同模式下采集的結果進行對比分析，以此來測試該實驗系統的精度。

1.BDSGPSGLONASS 三星模式下，根據采集數據可得觀測成果較差標準差緯度方向0.72cm，經度方向0.74cm，大地高3.49cm；觀測成果較差極大值緯度方向1.6cm，經度方向1.3cm，大地高7.01cm；觀測成果較差極小值緯度方向-1.04cm，經度方向-1.35cm，大地高-0.91cm；平面較差3cm，高程較差5cm 之內的固定占比86%。試驗網區域內測試的5 個點平面較差都小于2.1cm，滿足網絡RTK 測量規范的要求；在試驗網外20km 左右，RTK 還是可以固定，滿足網絡RTK 精度要求。

2.ABDSGLONASS 雙星模式下，根據采集數據可得觀測成果較差標準差緯度方向0.71cm，經度方向0.81cm，大地高3.46cm；觀測成果較差極大值緯度方向1.21cm，經度方向2.15cm，大地高7.46cm；觀測成果較差極小值緯度方向-0.90cm，經度方向-1.10cm，大地高-1.60cm；平面較差3cm，高程較差5cm 之內的固定占比86%。試驗網區域內測試的5 個點其中4 個點平面較差都小于2.2cm，滿足網絡RTK 測量規范的要求；在試驗網外20km 左右，RTK 還是可以固定，滿足網絡RTK精度要求。

3.ABDS 單北斗模式下，根據采集數據可得觀測成果較差標準差緯度方向0.91cm，經度方向0.79cm，大地高3.79cm；觀測成果較差極大值緯度方向1.52cm，經度方向0.81cm，大地高6.21cm；觀測成果較差極小值緯度方向-1.21cm，經度方向-1.70cm，大地高-1.46cm；平面較差3cm，高程較差5cm 之內的固定占比71%。試驗網區域內測試的5個點的平面較差都小于1.7cm，其中3 個點的大地高滿足網絡RTK 測量規范的要求，另外2 個點的大地高超過5cm。在測試網外20km，RTK還是可以固定，滿足網絡RTK 精度要求。網內網外測試的14 個點位，平面都滿足RTK 規范的要求，大地高超過5cm 的有4 個。

表1 各模式下國產網絡RTK設備與天寶R10設備數據采集成果比對表

（二）系統穩定性測試

在 LINA、DEQI、FUYA、XISH、ZJHZ 等已有成果的觀測墩上，采用國產網絡RTK 設備，在BDSGPSGLONASS 三星模式、BDSGLONASS 雙星模式和BDS單北斗模式下進行長時間8 小時（09:00-17:00）的連續觀測，統計、分析系統的穩定性和可用性。

1.BDSGPSGLONASS 三星模式下，觀測成果標準差緯度方向0.34cm，經度方向1.16cm，大地高2.19cm；觀測成果平均值與已有成果較差緯度方向-0.07cm，經度方向1.11cm，大地高-1.97cm；觀測成果與已有成果較差極大值緯度方向1.62cm，經度方向2.13cm，大地高1.32cm；；觀測成果與已有成果較差極小值緯度方向-1.17cm，經度方向0.06cm，大地高-6.32cm。平面較差3cm，高程較差5cm 之內的固定占比99.98%。

2.BDSGLONASS雙星模式下，觀測成果標準差緯度方向0.42cm，經度方向1.31cm，大地高1.45cm；觀測成果平均值與已有成果較差緯度方向-0.10cm，經度方向1.25cm，大地高-1.11cm；觀測成果與已有成果較差極大值緯度方向1.32cm，經度方向2.85cm，大地高2.74cm；；觀測成果與已有成果較差極小值緯度方向-1.56cm，經度方向-0.21cm，大地高-4.62cm。平面較差3cm，高程較差5cm 之內的固定占比100%。

3.BDS 單北斗模式下，觀測成果標準差緯度方向0.88cm，經度方向1.85cm，大地高2.38cm；觀測成果平均值與已有成果較差緯度方向-0.49cm，經度方向1.74cm，大地高-1.43cm；觀測成果與已有成果較差極大值緯度方向3.87cm，經度方向6.3cm，大地高10.47cm；觀測成果與已有成果較差極小值緯度方向-5.25cm，經度方向-6.75cm，大地高-7.77cm。平面較差3cm，高程較差5cm 之內的固定占比92.33%。

在BDSGPSGLONASS、BDSGLONASS 和單北斗不同模式下，平面較差3cm，高程較差5cm 之內的固定占比都在92%以上。其中單北斗系統完全可以滿足常規網絡RTK作業的需求，在單北斗模型下測試的結果與已知成果的比較如圖2。

三、結論與展望

經系統測試評估，在單北斗衛星導航定位系統下網絡RTK 服務能達到厘米級。

▲圖2 單北斗模式穩定性精度統計圖

1.通過國產網絡RTK 設備測試的單北斗系統數據表明，單北斗系統用于網絡RTK 作業是可行的。平面較差3cm，高程較差5cm 之內的固定占比92.33；觀測成果標準差為緯度：0.88cm，經度：1.85cm，大地高：2.38cm。

2.在單北斗系統下固定衛星數至少達到7 顆，最多可以到達10顆北斗衛星。在外業測試時，測試的5 個點的平面較差都小于1.7cm，其中3 個點的大地高滿足網絡RTK測量規范的要求；網內網外測試的14 個點位，平面都滿足RTK 規范的要求。

3.現在國產解算軟件可以解算到北斗C36 號衛星，采用單北斗（BDS）組網時，數據處理軟件實時解算基線最少達到12 顆衛星同時參與解算。隨著國產解算軟件的更新，網解的衛星數會越來越多，固定率和精度都會有所提升。

4.隨著國產北斗三號接收機設備進一步改造，在4G 以上網絡覆蓋、觀測條件良好的區域，使用國產單北斗衛星導航定位基準系統可以實現單北斗的網絡RTK 服務。

綜上所述，在單北斗衛星導航定位系統下網絡RTK 服務能達到厘米級。隨著各軟硬件技術的自主發展，北斗三號衛星導航系統在提供導航授時、星基增強和精密單點定位等基礎上，其精度水平和服務能力也將日趨提高。