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GPS/BDS组合系统静态基线解算的精度分析

摘要：为了研究多系统导航定位技术,阐述了基线解算的原理、过程和质量控制等相关理论,通过实验采集了该研究的静态实验数据,比较了GPS系统、BDS系统及GPS/BDS组合系统的可见卫星数、PDOP值,并利用实验数据比较了这3种系统的定位精度,得出如下结论：GPS/BDS组合系统的可见卫星数明显增多,PDOP值也比单系统的低,说明GPS/BDS组合系统的定位精度更高；GPS/BDS组合系统比单系统的定位精度更高,系统更加稳定.该研究对BDS系统今后的发展具有很大的帮助.

关键词：GPS/BDS组合；GPS；BDS；基线解算；可见卫星数；定位精度

中图分类号：P228.4文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2017.11.076

北斗卫星导航系统[1]（BeiDouNigationSatelliteSystem,BDS）简称北斗系统,是由中国自主研究、组建、独立运行并与世界其他主要的卫星导航系统兼容的一个卫星导航系统,能在全球范围内向各类用户提供全天候、全天时的导航、定位、授时服务及短报文通信功能.随着全球卫星导航系统（GlobalNigationSatelliteSystem,GNSS）的发展,多系统导航定位技术已成为当今研究热点之一.目前,全球定位系统（GlobalPositioningSystem,GPS）的相对定位已得到广泛应用,随着北斗系统的完善,GPS/BDS组合系统的相对定位成为可能.BDS系统与GPS系统有许多相似之处,研究GPS/BDS组合系统对BDS系统今后的发展具有很大的帮助.

1基线解算的相关理论

1.1基线解算的原理

基线向量[2]是通过同步观测数据的差分解算得到的,用基线边长和三维相对坐标表示,见图1.基线向量通常用站心坐标表示为b等于[ΔNΔEΔU]T.

1.2基线解算的过程

基线解算的过程实际上就是平差的过程[3],可分为3个阶段.一是初始平差.根据双差观测方程,组成误差方程和法方程后,求解待定的未知参数及其精度信息；通过初始平差,解算出整周未知数参数和基线向量的实数解或浮动解.二是确定整周未知数.根据初始平差结果,使用搜索法将整周未知数固定成整数.三是确定基线向量的固定解.将确定的整周未知数作为已知值,将待定点坐标作为未知参数再次进行平差,解算出基线向量的整数解（即固定解）.

1.3基线解算的质量控制

基线解算完毕后,其结果并不能马上用于后续的处理,还需对其质量进行评估.基线的质量评估指标[4]包括：Ratio值、相对精度因子（RelmiveDilutionofPrecision,RDOP）值、均方根（RootMeamSquare,RMS）值、同步环闭合差等.若RMS值较大,则说明观测值质量不好；若RDOP值较大,则说明观测条件较差.然而,这些值的大小并不能绝对说明基线质量的好坏.

2静态基线解算精度分析研究的实验数据

笔者研究的实验数据来源于某高校的校园GNSS网.该实验于2017年5月9日进行,选用4台中海达iRTKGPS/BDS/GLONASS双频接收机采集4个点（SN20,SN25,AS17,AS24）的静态实验数据,采样间隔为1s,卫星高度截止角为15°,共观测2个时段,每个时段观测1.5h.各点位的基本情况见表1.

3静态基线解算精度分析研究的实例

3.1可见卫星数及PDOP值的比较

各系统的可见卫星数见图2；各系统的位置精度因子（PositionDilutionofPrecision,PDOP）值见图3.

由图2和图3可知：GPS系统的可见卫星数均大于6颗,PDOP值均小于4；BDS系统的可见卫星数为6颗,PDOP值均大于4；GPS/BDS系统的可见卫星数均大于13颗,PDOP值范围为1.5～2.5.由此可见,GPS/BDS组合系统的可见卫星数明显增多,PDOP值也比单系统的低,说明组合系统的定位精度更高.

3.2定位精度的比较

将观测到的实验数据在各系统中进行基线解算.选取其中一条基线（SN20-SN25）为例,其基线解算的结果见表2.由表2可知：一是定位精度方面,在E方向上,BDS系统比GPS系统的定位精度高；在N方向上,GPS系统比BDS系统的定位精度高；在U方向上,BDS系统要比GPS系统的定位精度高；GPS/BDS组合系统在各个方向上均比单系统的定位精度高；二是点位精度方面,GPS/BDS＜GPS＜BDS；三是相对误差方面,GPS/BDS＜GPS＜BDS.由此可见,GPS/BDS组合系统比单系统的定位精度更高,系统更加稳定.

4结论

一是GPS/BDS组合系统比单系统的可见卫星数更多.二是单系统的可见卫星数较少,对应的PDOP值较大,说明定位精度较低；GPS/BDS组合系统的可见卫星数较多,对应的PDOP值较小,定位精度优于GPS系统和BDS系统.三是系统不同时,定位的结果不同.

参考文献：

[1]李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉:武汉大学出版社,2016.

[2]元荣.BDS/GPS基线算法研究及软件开发[D].北京:清华大学,2014.

[3]孙海永,胡云龙.小议GPS基线解算的过程[J].测绘与空间地理信息,2009(3):103-104.

[4]赵竞德.BDS/GPS模糊度解算算法研究[D].呼和浩特:内蒙古师范大学,2016.

（责任编辑邸开宇）

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