高纬地区BDS-3_GPS...leo长基线单历元解算分析_尹宏杰.pdf

高纬度地区通常是指南北纬 6090之间的地区。该区域常年受太阳辐射较少，气候相对寒冷、人烟较少，但自然资源丰富，是今后各国重点关注探索的区域1-3。在高纬度地区进行科考探索需要大量的保障手段，其中导航定位是必不可少的工具，也是保障科考人员生命安全的重要措施4-6。我国北斗三号全球卫星导航系统（BDS-3）已正式投入使用，不仅打破了部分国家卫星导航系统的垄断，也为全球卫星定位系统注入了新鲜血液，增加了多系统组合定位方式7-10。相对定位作为高精度定位技术，目前主要研究短基线、中长基线单历元解算性能，如李勇熹11等通过削弱长基线网解算中高阶电离层影响，提升了基准站坐标定位精度以及BDS-3与GPS长基线解算定位精度；高猛12等采用一种新的BDS中长基线三频整周模糊度确定方法固定BDS模糊度，使BDS三频中长基线窄巷整周模糊度固定率超过97%，定位精度可达厘米级；罗杰13通过控制解算高度角分析BDS短基线RTK定位性能发现，随着高度角的增加，BDS卫星可用性和定位精度将降低，而BDS-2/BDS-3组合则能弥补任一单一卫星在极端环境下定位性能较差的缺点；汪利14等采用GAMIT软件对比分析四大系统长基线定位精度发现，BDS与其他系统的定位精度相当，解算结果均在10-8级别，相互较差在5 cm以内；赵立都15等采用GAMIT 10.7解算7个MGEX站BDS-3与GPS长基线定位性能发现，BDS水平与高程定位精度均可达厘米级，但略低于GPS。目前，针对长基线定位性能的研究主要集中在网解算方面，对单历元解算性能的研究较少，尤其缺乏对高纬度地区长基线单历元解算性能的研究。鉴于此，本文选取位于北半球高纬度地区的一条长基线实测数据，分析了BDS-3、BDS-3/GPS、BDS-3/GPS/Galileo 长基线单历元定位性能。高纬地区BDS-3/GPS/Galileo长基线单历元解算分析摘要：分别进行了北半球高纬度地区BDS-3、BDS-3/GPS、BDS-3/GPS/Galileo长基线单历元解算实验。结果表明，高纬度地区BDS-3长基线单历元定位性能较优，定位精度可达厘米级，模糊度固定率可达91%以上；随着GPS和Galileo的加入，不仅改善了BDS-3单独定位的卫星可见数和PDOP值，还较大程度地提升了BDS-3单独定位的精度与模糊度固定率，水平最优精度优于1 cm，高程最优精度优于3 cm，模糊度固定率接近100%，可为今后高纬度地区的导航定位提供一些参考。关键词：高纬度；BDS-3/GPS/Galileo；长基线；精度中图分类号：P228.4文献标志码：B文章编号：1672-4623（2023）03-0118-04Long Baseline Single Epoch Solution Analysis of BDS-3/GPS/Galileo inHigh Latitude AreasYIN Hongjie1(1.Zhengzhou Planning,Survey and Design Institute,Zhengzhou 450000,China)Abstract:In this paper,we carried out BDS-3,BDS-3/GPS,BDS-3/GPS/Galileo long baseline single epoch solution experiments.The experi-mental results show that the BDS-3 long baseline single epoch positioning performance is better in high latitude areas,the positioning accuracycan reach centimeter level,and the ambiguity fixed rate can reach more than 91%.With the addition of GPS and Galileo,not only the number ofvisible satellites and PDOP values of BDS-3 independent positioning are improved,but also the accuracy and ambiguity fixed rate of BDS-3 inde-pendent positioning are greatly improved.The optimal horizontal accuracy is better than 1 cm,the optimal height accuracy is better than 3 cm,and the ambiguity fixed rate is close to 100%,which can provide some references for future navigation and positioning in high latitude areas.Key words:high latitude,BDS-3/GPS/Galileo,long baseline,accuracy引文格式：尹宏杰.高纬地区 BDS-3/GPS/Galileo 长基线单历元解算分析J.地理空间信息,2023,21(3):118-121.doi:10.3969/j.issn.1672-4623.2023.03.026Mar.,2023Vol.21,No.3地 理 空 间 信 息GEOSPATIAL INFORMATION2023 年 3 月第21卷第 3 期（1.郑州市规划勘测设计研究院，河南 郑州 450000）尹宏杰1收稿日期：2022-03-23；修回日期：2022-04-25。项目来源：西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室（长安大学）开放基金资助项目（300102261501）。作者简介：尹宏杰（1983），硕士，高级工程师，主要从事测绘新技术及应用、InSAR理论及应用技术研究，E-mail：。第21卷第3期1定位模型与数据处理策略1.1定位模型双差组合观测是基线定位中常用的定位模型，可消除接收机与卫星钟差，还可削弱电离层延迟、对流层延迟以及星历等误差。BDS-3/GPS/Galileo组合双差观测方程一般可表示为15：PCi=C+Ctrop+Corb+iCion1+CPPGi=G+Gtrop+Gorb+iGion1+GPPEi=E+Etrop+Eorb+iEion1+EPCi=C+Ctrop+Corb-iCion1-CiNCi+CGi=G+Gtrop+Gorb-iGion1-GiNGi+GEi=E+Etrop+Eorb-iEion1-EiNEi+E式 中，C、G、E分 别 为 BDS-3、GPS 和 Galileo；PCi为BDS-3双差伪距观测值；Ci为BDS-3双差载波相位观测值；C为BDS-3双差测站至卫星间的几何距离；Ctrop为 BDS-3 双差对流层延迟；Corb为BDS-3双差卫星轨道误差；Cion1为BDS-3双差一阶电离层延迟；i为一阶电离层延迟系数；Ci为BDS-3频率波长；NCi为BDS-3双差整周模糊度；CP、C分别为BDS-3双差伪距观测噪声和载波相位观测噪声；GPS与Galileo双差定位方程含义与BDS-3一致。1.2数据处理策略数据解算软件采用Net_Diff软件，可通过界面设置各种解算参数，如表1所示。表1基线解算参数设置参数解算截止高度角组合方式组合频率周跳探测对流层改正模型基线处理模式处理方式10非差非组合B1CB2a/L1L5/E1E5aGF+MW+LLI+P1L1GPT2_5wLong Baseline2高纬度地区算例分析2.1数据来源本文选取位于北半球高纬度地区4个MGEX跟踪站组成的两条长基线，观测时段为 2022-01-012022-01-07连续7 d，数据采样间隔为30 s。测站具体位置与基线长度如图1所示。图1测站位置与基线长度2.2卫星星座与信号情况实验区域内BDS-3卫星轨迹与某时刻卫星分布位置如图2所示，可以看出，BDS-3卫星能覆盖实验区域，为高纬度地区提供定位服务。B1C和B2a频率信噪比如图3所示，可以看出，两个频率信噪比随高度角的增加而增加，B1C 频率信噪比趋近于 50 dBHz，B2a 频率信噪比趋近于 55 dBHz；当高度角大于 10时，两个频率信噪比均大于30 dBHz。120120150ES210240W300330N030606030150ES210240W300330N030606030a 卫星星座轨迹b 某时刻卫星分布位置图2BDS-3卫星星座天空位置0 10 20 30 40 50 60 70 80 900 10 20 30 40 50 60 70 80 90高度角/（）605550454035302520信噪比/dBHz605550454035302520信噪比/dBHz高度角/（）a B1C频率b B2a频率图3BDS-3参与解算的频率信噪比2.3卫星可见数与PDOP值两条基线参与解算的卫星可见数与 PDOP 值如图4、5所示，B代表BDS-3，G代表GPS，E代表Galileo，以第3天解算结果为例，可以看出，两条基线参与解算的卫星可见数相差1颗，但随着参与解算系统的增加，每个历元的卫星可见数均有明显增加，BDS-3/GPS 平均卫星可见数比 BDS-3 增加了 8 颗，BDS-3/GPS/Galileo平均卫星可见数比BDS-3/GPS增加了8颗；随着GPS和Galileo系统的加入，PDOP值明显减小，BDS-3/GPS、BDS-3/GPS/Galileo 平均 PDOP尹宏杰：高纬地区BDS-3/GPS/Galileo长基线单历元解算分析119地理空间信息第21卷第3期值为1，甚至低于1。a SOD3-KIR8基线b MAR7-MET3基线302520151050卫星可见数/颗0 2 4 6 81012141618202224时间/h302520151050卫星可见数/颗0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24时间/hB8BG16BGE22BG15BGE21B7图4参与解算的卫星可见数a SOD3-KIR8基线b MAR7-MET3基线0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24时间/h0 2 468 101214 16 18 20 22 24时间/hB1.55BG1.00BGE0.81B1.49BG0.93BGE0.763210PDOP值43210PDOP值图5卫星PDOP值2.4定位性能分析两 条 长 基 线 BDS-3、BDS-3/GPS、BDS-3/GPS/Galileo的定位误差序列如图6所示，以第3天解算结果为例，可以看出，BDS-3单独定位误差较大，GPS和 Galileo 系统的加入，使得定位误差明显减小，BDS-3/GPS/Galileo组合定位误差最小；两条基线水平定位误差均在5 cm以内变化，高程定位误差在10 cm以内变化。两 条 长 基 线 BDS-3、BDS-3/GPS、BDS-3/GPS/Galileo 单天整周模糊度固定率如图 7 所示，可以看出，部分单天BDS-3、BDS-3/GPS组合SOD3-KIR8基线整周模糊度固定率高于MAR7-MET3基线，而两条基线BDS-3/GPS/Galileo组合整周模糊度固定率相当，均接近100%；GPS和Galileo系统的加入，使得整周模糊度固定率增加，尤其是MAR7-MET3基线整周模糊度固定率增加趋势明显。两 条 长 基 线 BDS-3、BDS-3/GPS、BDS-3/GPS/a SOD3-KIR8基线02468 10 12 14 16 18 20 22 24时间/h0.100.050.00-0.05-0.10E方向误差/m02468 10 12 14 16