GPS/GLONASS组合定位精度分析

王 涛，程鹏飞，成英燕

(1.辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000；2.中国测绘科学研究院，北京 100830)

GPS/GLONASS组合定位精度分析

王 涛1，2，程鹏飞2，成英燕2

(1.辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000；2.中国测绘科学研究院，北京 100830)

为了进一步提高全球卫星导航系统的定位精度，采用欧洲范围内部分可以同时接收GPS和GLONASS观测数据的IGS跟踪站，及中国范围内部分可以同时接收GPS和GLONASS观测数据的CORS站和中国及中国周边的IGS跟踪站，分析Bernese 5.2软件下单系统和双系统定位结果的差异情况，提出分别采用GPS和GPS/GLONASS组合定位的方法进行比较。实验结果表明：采用GPS/GLONASS组合定位比GPS单系统的内符合精度要好；GPS/GLONASS组合定位比GPS单系统的外符合精度在X、Y方向上要好，在Z方向上精度相当；同时由于单系统比双系统的模糊程度低，所以单系统比双系统的计算效率更高。

GPS；GPS/GLONASS；内符合精度；外符合精度

0 引言

目前很多国家都建立了自己的全球导航卫星系统(global navigation satellite system，GNSS),这些跟踪站大都配备了多模接收机可以同时接收全球定位系统(global positioning system，GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(global navigation satellite system，GLONASS)以及伽利略卫星导航系统(Galileo navigation satellite system，Galileo)的观测数据。文献[1-2]对GPS和GLONASS数据组合处理进行了研究，结果表明GLONASS数据的引入不会降低定位的精度[3-5]。自2007年以来，俄罗斯每年分2次采用一箭三星技术补发卫星，目前GLONASS系统的空间星座分布和覆盖范围有了显著改善。同时，GLONASS系统在地面监测站和产品服务等方面都有了很大的改善。精密星历精密钟差产品精度提高，延迟时间缩短。

本文对GLONASS数据加入到跟踪站网的日常处理结果进行研究，对于数据资源的有效利用和多系统的综合数据处理，及将来北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system，BDS)与GPS系统相融合等数据处理均可提供参考。

1 数据资料及参数设置

为进一步比较GPS/GLONASS组合定位与GPS定位的结果，采用实测数据进行验证。考虑到国际GNSS服务(international GNSS service，IGS)分析中心提供IGS跟踪站的周解坐标可以作为外符合的标准，所以选取IGS跟踪站欧洲站中10个均匀分布并能接收GPS和 GLONASS双系统数据的跟踪站本[6]，处理时段为2010年第205天到第208天共4 d数据。为了进一步验证，还选取了中国国内18个连续运行参考站(continuously operating reference stations，CORS)站数据并以中国及中国周边共7个IGS站作为控制站，处理时段为2015年第1天到第4天共4 d数据。目前国际上主要有6个机构提供15 min间隔的GLONASS卫星的精密星历[7]，其中欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe，CODE)提供完全一致的GPS和GLONASS轨道(GPS和GLONASS数据同时处理获得)。CODE分析中心的定轨结果与IGS GLONASS轨道符合得最好。在解算数据时需要对软件进行参数设置，软件中主要参数设置如表1所示。

表1 软件参数设置

2 实验与结果分析

Bernese5.2软件是由瑞士伯尔尼大学天文研究所(Astronomy Institute of Bernese University)研究开发的全球卫星导航系统(global navigation satellite system，GNSS)数据处理软件[1]，该软件界面友好模块条理清晰，并且内嵌有图形软件，它用双差相位观测进行高精度的测地应用，可以实现精密定轨，是目前较为适合长基线全球GPS网数据处理的软件。

本文采用Bernese5.2软件进行数据处理，其既能进行精密单点定位又能进行双差基线解算。数据处理过程中精密卫星钟差只供精密单点定位获取测站cm级的近似坐标。坐标解算采用双差处理模式，卫星钟差参数通过双差消除；所以即使没有GLONASS的精密卫星钟差数据，也不会影响最终的定位精度。CODE分析中心轨道是GPS和GLONASS观测值同时处理获得的完全一致的轨道产品[8]。本文共设计4种解算策略来分析用GPS观测数据与用GPS/GLONASS数据的定位结果的差异[9]：欧洲IGS站GPS数据解算[10]、欧洲IGS站GPS/GLONASS数据解算、中国CORS站加IGS混合的GPS数据解算、中国CORS站加IGS混合的GPS/GLONASS数据解算[11]。具体的数据处理策略与流程如图1所示。GPS与GPS/GLONASS数据处理除软件中选择的卫星系统不同外[12]，其他所有策略相同。这就保证了定位结果基本不受解算策略的影响，只与参与计算的观测值相关。

图1 数据处理策略与流程

2.1 解算欧洲站的精度比较

本文选择10个均匀分布欧洲站中并能接收GPS和GLONASS双系统数据的跟踪站，处理时段为2010年第205天到第208天共4 d数据，将分别得到单系统和双系统的4 d结果文件中的内符合精度取平均值作为内符合精度进行比较，如图2所示，内符合精度以均方根(root mean square，RMS)表示。为了便于结果对比，将单系统的内符合精度值和双系统的内符合精度值求差，如图3所示。结果表明：在2种系统条件下都能获得高精度定位结果，采用GPS/GLONASS组合定位结果比GPS系统在X、Y和Z方向上的内符合精度要好0～0.2 mm，其中在X和Z方向上GPS/GLONASS组合定位结果比GPS定位结果要好得更加明显[13]；但是在计算效率上，GPS系统要比GPS/GLONASS系统节约了大约1/4的时间。

图2 欧洲IGS站内符合精度

图3 单系统与双系统内符合精度差值

在对比外符合精度时，采用从美国斯克里普斯定轨与固定台阵中心(Scripps Orbit and Permanent Array Center，SOPAC)的服务器上面获取测站在观测日期2010年第205天到第208天的4 d测站的3维空间直角坐标，分别与应用Bernese5.2算得的10个欧洲站数据的3维空间直角坐标做差并取平均值作为外符合精度进行比较，如图4所示。为了便于结果对比，将单系统与网上坐标差值的绝对值和双系统与网上坐标差值的绝对值求差，如图5所示。结果表明：从统计角度分析外符合精度GPS/GLONASS组合定位的结果比GPS结果在X方向上要好0～4 mm、在Y方向上要好0～1 mm；但是在Z方向上精度相当。由于双系统条件下卫星个数增加使得结算基线结果更加精确，所以外符合精度较高。

图4 欧洲IGS站外符合精度

图5 单双系统网上坐标差值绝对值求差

2.2 解算CORS站的精度比较

本文在解算CORS站时为增加结算精度，在18个全国CORS站中加入了中国及中国周边7个

IGS站作为控制站，处理时段为2015年第1天到第4天共4 d数据，将分别得到的单系统和双系统共4 d结果文件中的内符合精度(RMS值)取平均值作为内符合精度进行比较，如图6所示。为了便于结果对比，将单系统的内符合精度值和双系统的内符合精度值求差，如图7所示。结果表明：从统计角度分析，采用GPS/GLONASS组合定位结果比GPS系统在X、Y和Z方向上内符合精度要好0～0.3 mm，其中Y和Z方向表现得更为明显，这与解算欧洲站所得到的结果大体一致。

由于无法获取全国CORS站的准确坐标，所以在比较外符合精度时对添加的7个IGS站进行外符合精度分析。在SOPAC服务器上获取观测日期为2015年第1天到第4天的中国及中国周边的7个IGS站4 d测站的3维空间直角坐标，分别与应用Bernese5.2软件解算得到的7个IGS站数据的3维空间直角坐标做差并取平均值作为外符合精度进行比较，如图8所示。

图6 CORS站内符合精度

图7 单双系统内符合精度的差值

图8 IGS站外符合精度

为了便于结果对比，将单系统与网上坐标差值的绝对值和双系统与网上坐标差值的绝对值求差，如图9所示。结果表明：从统计角度分析外符合精度GPS/GLONASS组合定位的结果比GPS结果在X方向上要好0～2 mm、在Y方向上要好0～1 mm；但是在Z方向上精度相当，大体上与解算欧洲IGS站所得到的外符合精度结果一致[14]。

图9 单双系统与网上坐标差值的绝对值求差

3 结束语

随着GNSS组合导航的快速发展，GLONASS星座的加入使得空间星座构形有了提高，同时也增加了基线解算的模糊度数量；所以双系统的定位结果比GPS系统结果稍有改善。在目前GLONASS系统星座结构和轨道精度的情况下，采用GPS/GLONASS组合定位结果比GPS系统在X、Y和Z方向上内符合精度要好0.1～0.2 mm，外符合精度GPS/GLONASS组合定位的结果比GPS结果在X方向上要好0～4 mm、在Y方向上要好0～1 mm，但是在Z方向上精度相当。采用Bernese5.2软件可以较容易地将GLONASS观测数据加入到跟踪站的日常处理中来。随着GLONASS系统星座的不断完善和精密轨道钟差产品精度的进一步提高，组合定位结果比单一的GPS系统的优势将更加明显。另外，将GLONASS数据加入到跟踪站日常的处理中，这对于观测值的合理利用以及中国的北斗导航系统和其他导航数据的融合处理具有一定的参考价值。

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AccuracyanalysisonGPS/GLONASScombinedpositioning

WANGTao1，2，CHENGPengfei2，CHENGYingyan2

(1.School of Geomatics，Liaoning Technical University，Fuxin，Liaoning 123000，China；2.Chinese Academy of Surveying and Mapping，Beijing 100830，China)

In order to further improve the positioning accuracy of global navigation satellite system，the paper used some IGS tracking stations of European range which can receive GPS and GLONASS observation data simultaneously，some CORS stations of China range which can receive GPS and GLONASS observation data simultaneously，and some IGS tracking stations of China and surrounding China，to analyze the difference of positioning between the single system and the double system under Bernese5.2 software，and proposed the comparative study on GPS and GPS/GLONASS combined positioning.Experimental result showed that the internal accuracy of GPS/GLONASS would be better than that of GPS，the external accuracy of GPS/GLONASS would be better than that of GPS inXandYdirections，and be similar with that of GPS inZdirection.Meanwhile，due to the lower ambiguity degree，the single system would have higher calculation efficiency than the double system.

GPS；GPS/GLONASS；internal accuracy；external accuracy

2016-12-27

国家重点研发计划项目(2016YFB0501405)；国家自然科学基金项目(41374014)；国家基础测绘科技项目(2016KJ0205)；国家公益性行业专项(B1503)。

王涛(1992—)，男(满族)，辽宁阜新人，硕士研究生，研究方向为GNSS数据处理与周跳探测。

王涛，程鹏飞，成英燕.GPS/GLONASS组合定位精度分析[J].导航定位学报，2017，5(4)：113-118.(WANG Tao，CHENG Pengfei，CHENG Yingyan.Accuracy analysis on GPS/GLONASS combined positioning[J].Journal of Navigation and Positioning，2017，5(4)：113-118.)

10.16547/j.cnki.10-1096.20170421.

P228

A

2095-4999(2017)04-0113-06