北斗衛(wèi)星導(dǎo)航地基增強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試分析

作者簡(jiǎn)介：許鵬（1986—），男，助理工程師，學(xué)士；研究方向：衛(wèi)星導(dǎo)航。

摘要：文章首先回顧、總結(jié)了全球衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展和演化情況，介紹了我國(guó)北斗衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀；其次，對(duì)網(wǎng)絡(luò)RTK的誤差和影響定位精度的因素進(jìn)行了剖析研究，并以新疆地區(qū)為例，分別將北斗衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)定位和GPS系統(tǒng)定位精度進(jìn)行對(duì)比；最后，將北斗系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)組合定位精度進(jìn)行評(píng)估，探索北斗衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)的定位效果。

關(guān)鍵詞：北斗；定位精度測(cè)試；地基增強(qiáng)系統(tǒng)；CORS系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN953+.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

隨著2020年6月23日北斗3號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星在中國(guó)西昌衛(wèi)星發(fā)生中心成功發(fā)射并順利進(jìn)入預(yù)定軌道，標(biāo)志著我國(guó)北斗全球系統(tǒng)星座部署和北斗3號(hào)系統(tǒng)組網(wǎng)完成，同時(shí)也代表4大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)劃分天下的局面正式形成。對(duì)于4大導(dǎo)航系統(tǒng)在非遮蔽條件下的基本服務(wù)均可以滿(mǎn)足10m左右的精度要求。但隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和城市建設(shè)質(zhì)量要求的不斷提升以及對(duì)定位精度需求的提高，基本服務(wù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足像測(cè)繪作業(yè)、國(guó)土勘探、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等高精度領(lǐng)域的需求。為了提高定位精度并且滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)的不同需求，衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)與系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。

1全球衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展歷程

11全球衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)與系統(tǒng)

衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)最早是為了應(yīng)對(duì)隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用的不斷推廣和深入，目前的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還不能滿(mǎn)足一些高端用戶(hù)的要求。而發(fā)展起來(lái)的美國(guó)GPS系統(tǒng)選擇可用性（SA）政策，2000年美國(guó)取消了SA政策，在一定程度上提高了導(dǎo)航定位精度。為此各種衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

目前，國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)主要分為2大類(lèi)，一類(lèi)是星基增強(qiáng)系統(tǒng)（Satellite-BasedAugmentationSystem，SBAS），另一類(lèi)是地基增強(qiáng)系統(tǒng)（Ground-BasedAugmentationSystems，GBAS）。

12GBAS地基增強(qiáng)系統(tǒng)

局部面積增強(qiáng)系統(tǒng)（LocalAreaAugmentationSystem，LAAS）最早主要是為航空機(jī)場(chǎng)提供高完整性增強(qiáng)服務(wù)，由FAA提出，后FAA和ICAO（國(guó)際民航組織）已停止使用“LAAS”這一詞，取而代之的是“GBAS”。相比于SBAS，單個(gè)GBAS建設(shè)成本較低，且現(xiàn)有完好性相對(duì)較高［1］。

2北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)

北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分，不僅能滿(mǎn)足“技術(shù)先進(jìn)、高效可靠、經(jīng)濟(jì)適用和易擴(kuò)展”的標(biāo)準(zhǔn)，而且還能與其他技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)更加完善、靈活的北斗導(dǎo)航服務(wù)體系。它可以根據(jù)1～2m、dm級(jí)、cm級(jí)的測(cè)量結(jié)果，使得北斗/GNSS技術(shù)能夠更加有效地應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

3網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)

31傳統(tǒng)RTK定位技術(shù)

傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)（Real-TimeKinamatic，RTK）基于高精度的載波相位觀(guān)測(cè)值可用于快速靜態(tài)定位，在應(yīng)用中遇到的最大技術(shù)難題就是參照位置校正數(shù)據(jù)的有效作用距離。定位誤差的空間相關(guān)性隨著參照位置和移動(dòng)位置距離的增加而逐漸失去線(xiàn)性，在一定距離下（單頻大于10km，雙頻大于30km），經(jīng)過(guò)差分修正處理后的用戶(hù)數(shù)據(jù)還是有較大誤差，導(dǎo)致定位精度降低而無(wú)法解算載波相位的整周模糊度問(wèn)題。因此，為了保證所需定位精度，傳統(tǒng)的單機(jī)RTK使用距離十分有限［2］。

32網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)

在20世紀(jì)90年代中期，技術(shù)人員提出了網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)的概念，以解決傳統(tǒng)RTK技術(shù)的不足。網(wǎng)絡(luò)RTK是在某一地區(qū)建立若干個(gè)基準(zhǔn)站，構(gòu)成對(duì)該地區(qū)的網(wǎng)狀覆蓋，并以這些基準(zhǔn)站中的一個(gè)或多個(gè)為基準(zhǔn)，向該地區(qū)相應(yīng)地糾錯(cuò)信息，從而實(shí)現(xiàn)定位精確度的實(shí)時(shí)提升。與傳統(tǒng)RTK技術(shù)相比，網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)不但擴(kuò)大了覆蓋范圍，而且進(jìn)一步壓縮作業(yè)成本，提高了定位精度，減少了定位的初始化時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的組成包括基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)、中心子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、用戶(hù)數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)、應(yīng)用子系統(tǒng)，如圖1所示。

33連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（ContinuousOperationalReferenceSystem，CORS）是由常年連續(xù)運(yùn)行的若干固定基準(zhǔn)站組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，按一定距離在一個(gè)個(gè)國(guó)家（區(qū)域）建立的。目前網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)都是基于CORS系統(tǒng)打造的，即很多CORS系統(tǒng)都包含了網(wǎng)絡(luò)RTK定位功能。因此，CORS的發(fā)展現(xiàn)狀也體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)RTK制式的發(fā)展現(xiàn)狀。

4網(wǎng)絡(luò)RTK誤差及導(dǎo)航系統(tǒng)精度分析

41網(wǎng)絡(luò)RTK誤差分析

導(dǎo)航信號(hào)從衛(wèi)星的天線(xiàn)發(fā)射出來(lái)到接收機(jī)天線(xiàn)接收，然后由用戶(hù)端接收機(jī)把測(cè)距信號(hào)量測(cè)出來(lái)，其中存在諸多影響因素，從而產(chǎn)生一定的誤差。網(wǎng)絡(luò)RTK誤差考慮到如下2方面：（1）天線(xiàn)相位中心偏差、多路徑效應(yīng)、無(wú)線(xiàn)電信號(hào)干擾以及與參考站、移動(dòng)站有關(guān)的誤差。（2）相對(duì)論效應(yīng)、電離層誤差和對(duì)流層誤差等和星站間距離造成的誤差。

411天線(xiàn)相位中心的偏差

GNSS測(cè)量可以用來(lái)檢驗(yàn)天線(xiàn)的相位，可以通過(guò)計(jì)算衛(wèi)星的質(zhì)心來(lái)估算它們之間的距離。然而，這種方法的結(jié)果可能會(huì)受到精確星歷的影響，導(dǎo)致它們的估算值可能會(huì)存在偏差。IGS發(fā)展使得RTK的施測(cè)變得更加精確，它通過(guò)比較使用者和被觀(guān)察者的天線(xiàn)以及它們之間的相互影響，獲取更準(zhǔn)確的信息。這種方法大大提高了RTK的精度，使其能夠更好地反映實(shí)際情況。

研究發(fā)現(xiàn)，天線(xiàn)的相位偏移主要由于它的天頂距對(duì)其產(chǎn)生的影響。然而，對(duì)于更精細(xì)的測(cè)量，筆者選擇了50°作為參考點(diǎn)。經(jīng)過(guò)測(cè)量，可以看出隨著角度的增加，數(shù)據(jù)誤差也會(huì)隨之增加。從0°開(kāi)始，誤差幾乎沒(méi)有受到干擾，但是當(dāng)角度達(dá)到45°時(shí)，誤差會(huì)達(dá)到最高，并且隨著角度的增加，誤差也會(huì)繼續(xù)增加［3］。

412多路徑效應(yīng)的影響

多路徑效應(yīng)（MultiPathEffect，MPE）是指各分量場(chǎng)在電磁波經(jīng)過(guò)不同路徑傳播后，按各自相位相互疊加，使原有信號(hào)失真或產(chǎn)生錯(cuò)誤，到達(dá)接收端的時(shí)間不同而產(chǎn)生的干擾。此類(lèi)多路徑現(xiàn)象會(huì)使接收方觀(guān)察信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤，造成追蹤信號(hào)難度較大，該現(xiàn)象即為多路徑效應(yīng)。多路徑效應(yīng)對(duì)導(dǎo)航測(cè)量來(lái)說(shuō)最為嚴(yán)重和危險(xiǎn)，通常引起的誤差約5cm即可，而當(dāng)反射系數(shù)大時(shí)則可能超過(guò)，誤差值可達(dá)19cm以上。特別是在多徑效應(yīng)的偽距離觀(guān)測(cè)時(shí)，其錯(cuò)誤可能高達(dá)10m或更高。

多徑誤差和其他種類(lèi)誤差有所不同，除了與接收機(jī)天線(xiàn)圈周?chē)嬖诃h(huán)境及近、遠(yuǎn)反射物質(zhì)有關(guān)外，還可以在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生改變。因此多路徑效應(yīng)誤差具有時(shí)變的復(fù)雜多樣性，在實(shí)際應(yīng)用中，很難用統(tǒng)一的模型進(jìn)行描述。

413對(duì)流層延遲及其修正方法

對(duì)流層是從地面開(kāi)始向上延伸約50km的大氣層。在衛(wèi)星信號(hào)傳輸過(guò)程中，對(duì)流層發(fā)生信號(hào)延遲的情況占到信號(hào)延遲的80%。當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)穿過(guò)對(duì)流層時(shí)，信號(hào)的傳播速度和路徑就會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫作對(duì)流層延遲（Transference）。對(duì)流層延時(shí)90%成因是由于大氣層內(nèi)的干燥分量導(dǎo)致的；剩下10%是由水蒸氣導(dǎo)致的，稱(chēng)為濕度成分。因此，可通過(guò)對(duì)天頂方向干燥、濕度分量延時(shí)及對(duì)應(yīng)投影函數(shù)表達(dá)對(duì)流層延時(shí)。

ΔPtrop=ΔPz，dryMdry（E）+ΔPz，wetMwet（E）（1）

式中，ΔPtrop為對(duì)流層總延遲，ΔPz，dry為天頂方向?qū)α鲗痈煞至垦舆t，Mdry（E）為相應(yīng)的對(duì)流層干分量投影函數(shù)，ΔPz，wet為天頂方向?qū)α鲗訚穹至垦舆t，Mwet（E）為相應(yīng)的對(duì)流層濕分量投影函數(shù)。

當(dāng)今，許多不同的對(duì)流層校驗(yàn)方法已被提出，而Hopfield、Saastamoinen等新一代校驗(yàn)方法提供的數(shù)據(jù)比美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)大氣層的校驗(yàn)方法精度更高，誤差僅為幾毫米。在天頂方向，各模型的延遲改正誤差都在20mm以?xún)?nèi)，而濕分量部分的殘余影響還是比較大。

Hopfied模型直接給出干分量和濕分量在傳播路徑上折射改正量（不再需要映射函數(shù)）：

ΔDtrop=ΔDdry+ΔDwet（2）

令i=dry，wet，則干濕分量用下式表示：

ΔDi=10-6Ni∑9k=1αk，ikγki（3）

其中，折射指數(shù)公式為：

Ndry=0776×10-4P/T（4）

Nwet=0373e/T2（5）

在這個(gè)方程中，用T、P、e3個(gè)不同的參數(shù)來(lái)描述：大氣溫度（K）、大氣壓力（mbar）以及水氣壓（mbar）。rdry、rwet這些參數(shù)代表了從測(cè)量站出發(fā)，沿著干濕折射指數(shù)逐漸接近零的邊緣線(xiàn)的距離（m），可以用下列公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算：

γi=（γ0+hi）2-（γ0cosE）2-γ0sinE（6）

在這公式中，邊緣界面的高度（m）逐漸降至零，干濕折射指數(shù)分別為：

hdry=40136+14872（T-27316）（7）

hwet=11000（8）

上面式中的系數(shù)為：gm=10-00026cos2B-028×10-6H

α1，i=1

α2，i=4ai

α3，i=6a2i+4bi

α4，i=4ai（a2i+3bi）

α5，i=a4i+12a2ibi+6b2i

α6，i=4aibi（a2i+3bi）

α7，i=b2i（6a2i+4bi）

α8，i=4aib3i

α9，i=b4i

ai=-sinEhi

bi=-COS2E2hir0

在這些公式中，E表示衛(wèi)星的高度角，r0表示測(cè)站的地心向徑（m），P、e分別表示以mbar為單位的測(cè)站大氣壓和水氣壓，T表示測(cè)站的K氏溫度。

Saastamoinen模型為：

ΔDdry=0002277pgm（9）

ΔDwet=0002277gm1255T+005e（10）

其中，e為水氣壓，可以根據(jù)測(cè)站上的相對(duì)濕度RH來(lái)計(jì)算水氣壓。

e=RH×exp（-372465+0213166×T-0000256908×T×T（11）

gm為平均重力，gm=10-00026cos（2B）-028×10-6H；B、H分別為用戶(hù)緯度和高程。

Saastamoinen模型的投影函數(shù)采用了一種叫作Niell的干分量投影函數(shù)，它的干分量投影函數(shù)為：

mHydro（ε）=1+aHydro1+bHydro1+cHydrosinε+aHydrosinε+bHydrosinε+cHydro+1sinε-1+aht1+bht1+chtsinε+ahtsinε+bhtsinε+cht×H1000（12）

式中，ε為高度角，H為正高，而干分量投影系數(shù)則由aHydro、bHydro、cHydro來(lái)表示；

aht=253×10-5

bht=549×10-3

cht=114×10-3

如果測(cè)站緯度滿(mǎn)足150≤||≤750，干分量投影系數(shù)利用下式進(jìn)行內(nèi)插計(jì)算，內(nèi)插系數(shù)由系數(shù)表給出。

p（，t）=pavg（i）+［pavg（i+1）-pavg（i）］×-ii+1-i+pamp（i）+［pamp（i+1）-pamp（i）］×-ii+1-i×cos2πt-T0365.25（13）

式中，p表示要計(jì)算的系數(shù)aHydro、bHydro或cHydro，i表示表中與最接近的緯度，t是年積日，T0為參考年積日，取T0=28，aHydro、bHydro、cHydro的平均值及其波動(dòng)值如表1所示。

414電離層延遲及其修正方法

隨著日照、X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)等多種射線(xiàn)的照射，50～1000km地表上的中性氣體分子會(huì)經(jīng)歷一系列的物理現(xiàn)象，這些現(xiàn)象構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的物理系統(tǒng)，其特點(diǎn)是：隨著射線(xiàn)的照射，這些物質(zhì)會(huì)經(jīng)歷一系列物理反應(yīng)，最終形成一個(gè)復(fù)雜的物理系統(tǒng)，它的物理特征就像一個(gè)復(fù)雜的物理系統(tǒng)。由于路線(xiàn)出現(xiàn)了輕微的變形，因此，將光速c與時(shí)間Δt相除，所獲取的ρ與其本身的幾何尺寸并無(wú)關(guān)聯(lián)。通常電磁波在電離層中的折射率為：

n2=1-X1-Y2T2（1-X）±Y4T4（1-X）2+Y2L（20）

式中，X=f2pf2=Nee24π2ε0mf2；YT=fHfsinθ；YL=fHfcosθ；±的值取決于使用的電磁波的極化特性。Ne電子密度是指每立方米空間中自由電子的數(shù)量；e為電子電量，為16022E-19C；ε0為真空中的介電常數(shù)，為88542E-12F/m；θ代表電磁波在傳播過(guò)程中與地球磁場(chǎng)的夾角；f表示入射的電磁波的頻率；fH自由電子的回旋頻率是指它們?cè)谑艿降厍虼艌?chǎng)的影響時(shí)，其運(yùn)動(dòng)的特性和強(qiáng)度；fp為等離子體頻率，使電中性等離子平板產(chǎn)生振蕩的特性頻率時(shí)，從離子中分離出自由進(jìn)行自由運(yùn)動(dòng)。

因此，電離層造成的誤差，主要是由信號(hào)頻率、觀(guān)測(cè)方向的仰角、觀(guān)測(cè)時(shí)間電離層情況等因素決定，與衛(wèi)星到接收機(jī)視線(xiàn)方向的電子密度有關(guān)。此外，當(dāng)電離層劇烈活動(dòng)時(shí)，可引起多普勒頻移的變化，因?yàn)榭傠娮雍康淖兓芸欤瑥亩赡茉斐上辔坏念l繁脫鎖。

雙頻電離層修正模型，目前使用較多的電離層修正模型，可以有效地將殘余誤差降至總量1%以下。

雙頻修正采用2個(gè)頻點(diǎn)B1、B2，偽距觀(guān)測(cè)量可以表示為：

ρi=ρ0+If2i（i=1，2）（21）

可以得到：

ρ0=a′ρ1+b′ρ2（22）

其中：

a′=f21/（f21-f22）

b′=f22/（f21-f22）

假定偽距觀(guān)測(cè)量ρ1、ρ2的觀(guān)測(cè)噪聲有相同的均方差σn，且相互獨(dú)立，那么ρ0相對(duì)于單頻測(cè)量下的歸一化均方差可表示為：

σρ0σn=a′2+b′2（23）

由上式可計(jì)算出雙頻修正后得到的偽距觀(guān)測(cè)量的觀(guān)測(cè)噪聲是單頻測(cè)量的觀(guān)測(cè)噪聲的28976倍。如果采用頻點(diǎn)B1、B3進(jìn)行雙頻修正，那么雙頻修正后得到的偽距觀(guān)測(cè)量的觀(guān)測(cè)噪聲是單頻觀(guān)測(cè)量的觀(guān)測(cè)噪聲35119倍；如果采用頻點(diǎn)B2、B3進(jìn)行雙頻修正，那么雙頻修正后得到后的偽距觀(guān)測(cè)量的觀(guān)測(cè)噪聲是單頻測(cè)量噪聲的142866倍。計(jì)算電離層修正時(shí)應(yīng)采用B1、B2頻點(diǎn)上的偽距觀(guān)測(cè)量，綜合考慮估計(jì)精度和計(jì)算復(fù)雜度，對(duì)電離層進(jìn)行修正。

415相對(duì)論效應(yīng)

在慣性空間中，被稱(chēng)為相對(duì)論效應(yīng)的衛(wèi)星時(shí)鐘之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相對(duì)論效應(yīng)可以劃分為狹義和廣義2類(lèi)。

按照狹義相對(duì)論的原則，安裝在高度飛行衛(wèi)星中的衛(wèi)星鐘頻率fs將會(huì)變?yōu)椋?/p>

fs=f1-V2s2c2（24）

即Δfs=fs-f=-V2s2c2f，式中Vs為衛(wèi)星在慣性坐標(biāo)系中運(yùn)動(dòng)的速度，f為同一臺(tái)鐘的頻率，c為在真空中的光速。如將地球同步軌道衛(wèi)星平均速度Vs=3874m/s，c=299792458m/s代入即可得：

Δfs=-0835×10-10f（25）

這說(shuō)明，與靜止在地球上的同類(lèi)型時(shí)鐘相比，地球同步軌道衛(wèi)星的衛(wèi)星時(shí)鐘速度要慢一些。

按照廣義相對(duì)論，同樣的時(shí)鐘，在衛(wèi)星上的頻率會(huì)差，在地面上的頻率也會(huì)差。

Δf2=Ws-Wkc2f（26）

其中，Ws、Wk分別為衛(wèi)星所處位置的地球引力位和地面測(cè)站處的地球引力位。

廣義相對(duì)論的影響范圍較小，可以將地球的重力位置視為一個(gè)單獨(dú)的質(zhì)點(diǎn)，于是有：

Ws=-μγ

WK=-μR（27）

其中，μ為地球引力常數(shù)；R為測(cè)站到地心的距離；γ為衛(wèi)星到地心的距離。于是，Δf2可得：

Δf2=μc2f1R-1γ（28）

總的相對(duì)論效應(yīng)為：

Δf=Δfs+Δf2=μc21R-1γ-V2s2c2f（29）

衛(wèi)星鐘比地球同類(lèi)型鐘的頻率是增加的，解決辦法是在制造衛(wèi)星鐘時(shí)把頻率降低，以解決當(dāng)這些鐘進(jìn)入軌道受到相對(duì)論效應(yīng)影響時(shí)，頻率剛好為標(biāo)準(zhǔn)頻率。

然而，上述相對(duì)論效應(yīng)的影響，并不是常數(shù)的地球的運(yùn)動(dòng)和衛(wèi)星軌道高度的改變以及地球重力場(chǎng)的改變。經(jīng)上述修正后，存在殘差影響衛(wèi)星時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)70ns，對(duì)衛(wèi)星鐘速影響可達(dá)001ns/s，這一影響必須考慮在高精度的單點(diǎn)定位中。

42導(dǎo)航定位精度分析

影響導(dǎo)航的性能指標(biāo)主要包括4個(gè)指標(biāo)：精確度、完好度、可用性、連續(xù)性，而精確度指標(biāo)是各系統(tǒng)為用戶(hù)提供穩(wěn)定可靠服務(wù)的保證，也是用戶(hù)選擇導(dǎo)航系統(tǒng)的重要依據(jù)，是各系統(tǒng)服務(wù)性能的最主要指標(biāo)［4］。

導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)精度主要取決于衛(wèi)星分布的幾何圖形和觀(guān)測(cè)量的精度，DOP值一般作為一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航的精度。

δAccuracy=DOP×δUERE（30）

UERE是由時(shí)鐘誤差、電離層延遲等因素造成的偏差，更多地反映在天空衛(wèi)星的空間分布上，由于衛(wèi)星接收路徑產(chǎn)生用戶(hù)等效距離誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差，距離越遠(yuǎn)，誤差放大效應(yīng)也會(huì)增大。

DOP值作為反應(yīng)星座組合和軌道參數(shù)的數(shù)值，主要包括水平DOP（HDOP）、垂直DOP（VDOP）、位置DOP（PDOP）、時(shí)間DOP（TDOP）和幾何GDOP。其中幾何精度因子GDOP是由PDOP和TDOP的綜合影響的精度因子，可通過(guò)以下公式計(jì)算求得。

GDOP=PDOP2+TDOP2（31）

PDOP=σ2x+σ2y+σ2zσURE（32）

給定定位精度水平，可用性取決于衛(wèi)星在特定位置和一天內(nèi)的幾何形狀。定位精度的高低是由DOP所能接受的最大值來(lái)決定的，所以衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的可用性要看定位精度的高低。普遍規(guī)律是PDOP≤6作為可用性評(píng)價(jià)系統(tǒng)的依據(jù)。利用幾何精度因子的功能可預(yù)測(cè)導(dǎo)航系統(tǒng)的可用性（CFA），這就相當(dāng)于在使用導(dǎo)航服務(wù)要求定位精度滿(mǎn)足一定的要求。然而，事實(shí)上，系統(tǒng)完整性對(duì)于某些應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是航空領(lǐng)域來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。因此，對(duì)系統(tǒng)的可用性，除了考慮DOP門(mén)檻要求外，還應(yīng)考慮組合導(dǎo)航系統(tǒng)觀(guān)測(cè)衛(wèi)星數(shù)量較多、GDOP下降、組合導(dǎo)航系統(tǒng)定位時(shí)可選擇最優(yōu)星座即GDOP數(shù)值最小的星座等自主完好監(jiān)測(cè)和故障檢測(cè)排除能力，這將有效提高導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度［5］。

5仿真驗(yàn)證部分

算例1：以2016年新疆地基增強(qiáng)CORS站測(cè)試數(shù)據(jù)為例，數(shù)據(jù)來(lái)源為北斗導(dǎo)航新疆地基增強(qiáng)系統(tǒng)。通過(guò)運(yùn)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航新疆地基增強(qiáng)系統(tǒng)，新疆地區(qū)的事后導(dǎo)航定位服務(wù)區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)全覆蓋，同時(shí)重點(diǎn)區(qū)域能夠獲得dm級(jí)甚至cm級(jí)高精度定位服務(wù)。

通過(guò)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)新疆地基增強(qiáng)CORS站系統(tǒng)的實(shí)時(shí)定位精度達(dá)到了5cm以上，而且其高程精度也達(dá)到了10cm以上，事后靜態(tài)定位精度也達(dá)到了5mm以上，而且其高程精度也不低于10mm。而移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)定位精度遠(yuǎn)低于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)定位精度。

算例2：北斗與GPS聯(lián)合精密定位，能夠獲得更高精度且系統(tǒng)魯棒性更好。定位結(jié)果如表3所示。

6結(jié)語(yǔ)

北斗定位系統(tǒng)是中國(guó)重要的信息基礎(chǔ)設(shè)施，它的建立為中國(guó)在導(dǎo)航衛(wèi)星領(lǐng)域的國(guó)際影響力奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)模擬驗(yàn)證，與傳統(tǒng)的BDS定位方法相比，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量精度都能滿(mǎn)足要求，而且，將BDS技術(shù)整合起來(lái)，更能體現(xiàn)多衛(wèi)星集成技術(shù)的優(yōu)越性。BDS網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，它的不斷改進(jìn)將有助于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的發(fā)揮，為北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的發(fā)展和應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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［2］劉文建.北斗/GNSS區(qū)域地基增強(qiáng)服務(wù)系統(tǒng)建立方法與實(shí)踐［D］.武漢：武漢大學(xué)，2017.

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［4］李征航，張小紅.衛(wèi)星導(dǎo)航定位新技術(shù)及高精度數(shù)據(jù)處理方法［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2009.

［5］黃文德，康娟，張利云，等.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法［M］.北京：科學(xué)出版社，2019.

（編輯沈強(qiáng)）