李娟娟，楊開偉

（1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，石家莊 050081；2.河北省衛(wèi)星導航技術與裝備工程技術研究中心，石家莊 050081；3.衛(wèi)星導航系統(tǒng)與裝備技術國家重點實驗室，石家莊 050081）

?

實時廣域差分定位系統(tǒng)及精度分析

李娟娟1，2，3，楊開偉1，2，3

（1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，石家莊 050081；2.河北省衛(wèi)星導航技術與裝備工程技術研究中心，石家莊 050081；3.衛(wèi)星導航系統(tǒng)與裝備技術國家重點實驗室，石家莊 050081）

摘要：本文介紹了實時廣域差分定位系統(tǒng)的組成與原理，基于開發(fā)的實時廣域差分定位處理軟件和高精度接收機，組成實時廣域差分系統(tǒng)。通過接收國際全球定位系統(tǒng)服務機構提供的服務產(chǎn)品，進行了靜態(tài)測試實驗和動態(tài)測試實驗，并對系統(tǒng)精度進行分析評估。

關鍵詞：實時廣域差分；高精度定位；衛(wèi)星軌道；衛(wèi)星鐘差；精度分析

1 引言

隨著衛(wèi)星導航技術的發(fā)展以及導航定位用戶需求的發(fā)展，高精度、實時性、低成本成為衛(wèi)星導航用戶需求的發(fā)展趨勢。利用廣播星歷進行單點定位，雖然能夠滿足實時性、低成本的需求，但是無法實現(xiàn)高精度定位。而通過地面增強（單站增強或組網(wǎng)增強）的手段為用戶提供高精度服務，實現(xiàn)了高精度、實時性，但是由于需要組建增強系統(tǒng)而不具備低成本的優(yōu)勢。本文利用IGS（國際GPS服務）實時產(chǎn)品，通過自研GPS接收機以及廣域差分定位軟件實現(xiàn)，建立實時廣域差分定位系統(tǒng)，并對其性能進行測試實驗。

2 系統(tǒng)組成與原理

實時廣域差分定位系統(tǒng)主要由天線、GPS接收機、處理計算機（含廣域差分定位軟件）等設備組成組成，并通過網(wǎng)絡接入IGS產(chǎn)品。設備組成與連接關系如圖1所示，處理計算機上運行自己開發(fā)的實時廣域差分定位軟件，軟件運行界面如圖2所示。

圖1　實時廣域差分系統(tǒng)組成圖

圖2　實時廣域差分定位軟件界面

實時廣域差分定位系統(tǒng)的基本原理為：GNSS接收機進行導航信號觀測，生成偽距觀測值并解析導航電文，并將觀測值和導航電文實時傳輸給處理計算機；處理計算機運行的廣域差分定位軟件接收來自接收機上報的觀測數(shù)據(jù)的同時，通過網(wǎng)絡實時獲取得到IGS衛(wèi)星軌道和鐘差改正數(shù)；廣域差分定位軟件讀取事先下載的電離層格網(wǎng)改正文件，獲取電離層改正信息；利用觀測值、軌道鐘差改正信息和電離層改正信息進行廣域差分定位解算，得到點位坐標。

圖3　實時廣域差分處理流程圖

3 實時改正數(shù)據(jù)產(chǎn)品

實時廣域差分用到的IGS實時產(chǎn)品主要為軌道改正和鐘差改正，其播發(fā)格式為RTCM-SSR，其中，軌道和鐘差改正數(shù)的電文類型為1060，分為數(shù)據(jù)流標識和數(shù)據(jù)記錄兩部分［2］。

3.1 軌道改正

實時產(chǎn)品中軌道信息是對廣播星歷算出來的衛(wèi)星軌道星固系下徑向、切向和法向的修正值，因此，要將該項改正加入到廣播星歷中去，再和IGS數(shù)據(jù)進行對比，就需要將IGS星歷數(shù)據(jù)和廣播星歷計算出的衛(wèi)星軌道轉化到星固系下的徑向、切向和法向上去［3］［4］［5］。由衛(wèi)星位置和速度計算出衛(wèi)星軌道在徑向、切向和法向的單位向量。

則可以實現(xiàn)由地固系轉到星固系

3.2 鐘差改正

實時鐘差也是對廣播星歷算出的鐘差的修正值。具體見下式［3］［4］

4 系統(tǒng)精度分析

為了對實時廣域差分定位系統(tǒng)的性能進行評估，分別進行了多組動態(tài)定位與靜態(tài)定位試驗。試驗采用GPS L1偽距觀測值，衛(wèi)星軌道與鐘差改正信息從IGS發(fā)布機構實時獲取，電離層格網(wǎng)事先從IGS網(wǎng)站下載。試驗情況分別如下。

4.1 靜態(tài)定位精度分析

實時廣域差分定位系統(tǒng)的靜態(tài)定位精度分析試驗是將接收機天線安裝在已知點位上，設置接收機采樣率為1Hz，處理軟件進行實時定位處理，并將實時廣域差分定位結果與已知點坐標進行比對分析，評估系統(tǒng)的靜態(tài)定位精度水平。試驗數(shù)據(jù)與結果如圖4到圖6所示。

圖4　實時廣域差分北方向定位誤差

圖5　實時廣域差分東方向定位誤差

圖6　實時廣域差分高程定位誤差

將廣域差分定位結果與真實坐標進行對比，并換算得到北東高三個方向的誤差值序列，經(jīng)統(tǒng)計得到實時廣域差分系統(tǒng)靜態(tài)定位精度為：平面1.159m （RMS），高程2.862m（RMS）。

4.2 動態(tài)定位精度分析

實時廣域差分定位系統(tǒng)的動態(tài)定位精度分析試驗中，分別搭建廣域差分定位系統(tǒng)和RTK平臺，其中，RTK平臺的基準站安裝在已知基準點上，RTK流動站和廣域差分定位系統(tǒng)的接收機均安裝在測試車上且采用同一天線進行功分，基準站與流動站距離為2km～3km。接收機采樣率均為1Hz，由于RTK定位精度為厘米級，可以作為廣域差分定位結果的參考值，將實時廣域差分定位結果與RTK定位進行比對分析，評估系統(tǒng)的動態(tài)定位精度水平。試驗數(shù)據(jù)與結果如圖7所示。

圖7　實時廣域差分動態(tài)定位結果

將廣域差分定位結果與RTK定位結果進行對比，以RTK定位結果為真值，并換算得到北東高三個方向的誤差值序列，經(jīng)統(tǒng)計得到實時廣域差分系統(tǒng)動態(tài)定位精度為：平面1.665m（RMS），高程3.427m（RMS）。

5 結束語

通過對實時廣域差分定位系統(tǒng)的研制，并分別對系統(tǒng)進行靜態(tài)與動態(tài)測試實驗，結果表明：實時廣域差分定位系統(tǒng)的定位精度可以達到水平優(yōu)于2m，垂直優(yōu)于3m，動態(tài)測試時垂直精度比靜態(tài)測試稍差一點，優(yōu)于3.5m。此外，相對于其他導航型以及高精度測量設備，實時廣域差分定位系統(tǒng)具有高精度、實時性、低成本、設備簡單等特點，隨著我國北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的發(fā)展，也將有更廣泛的應用前景?！?/p>

參考文獻

［1］ Ken MacLeod and Mark Caissy. Real time IGS pilot project（RT-PP）status report ［R］. IGS Workshop, Newcastle UK, June 28, 2010.

［2］ 時小飛，高成發(fā)，潘樹國等.全球定位系統(tǒng)實時服務數(shù)據(jù)的精度分析［J］·導航定位學報，2013 （4）

［3］ 樓益棟.導航衛(wèi)星實時精密軌道與鐘差確定［D］.武漢：武漢大學，2008

［4］ 尹倩倩，樓益棟，易文婷.IGS實時產(chǎn)品比較與分析［J］.武漢大學學報：信息科學版，2009, 34（5）

［5］ 高成發(fā)，胡伍生.衛(wèi)星導航定位原理與應用［M］.北京：人民交通出版社，2011［4］Bruckmannn&KreyeuborgGranuliertechnikGmbH. BKGNtrip Client（BNC） Version 2.8 Manual［EB/OL］.［2013-05-21］

Real Time Wide Area Differential Positioning System and Precision Analysis

Li Juanjuan1,2,3，Yang Kaiwei1,2,3
（1. The 54th Research Institute of CETC, Shijiazhuang, 050081； 2. Satellite Navigation Technology and Equipment Engineering Technology Research Center of Hebei province, Shijiazhuang, 050081； 3. State Key Laboratory of Satellite Navigation System and Equipment Technology, Shijiazhuang, 050081）

Abstract:This paper introduces the composition and principle of the real time wide area differential positioning system, based on the development of the real time wide area differential positioning processing software and the high precision receiver, which is composed of the real time wide area difference system. Static testing and dynamic testing are carried out by receiving the service products which are provided by the global positioning system.

Keywords:real time wide area difference； high precision positioning； satellite orbit； satellite clock error；accuracy analysis

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.06.002

中圖分類號：TN96

文獻標識碼：A 文章編碼：1672-7274（2016）06-0004-03