北斗实时高精度定位服务系统研究

张益泽

同济大学测绘与地理信息学院，上海 200092

北斗卫星导航系统独创性地实现了基本导航与广域差分融合一体的系统服务。经过多年的稳定运行，北斗服务性能指标已经完全达到了系统设计要求，在仅有10余颗区域星座的情况下实现了区域内与GPS等全球系统精度相当的服务。本文针对北斗实时高精密定位服务系统的相关技术进行了研究。论文的研究内容成果主要包括以下几方面：

(1) GNSS高精度定位性能评估及分析。开发了GNSS精密定位软件Net_PPP，利用全球分布的MGEX数据，对GNSS精密单点定位性能进行了分析。结果表明，Net_PPP的结果与目前国际上知名软件的定位性能相当。同时分析了影响单站精密定位收敛时间以及定位精度的因素，包括钟差采样率、数据采样率、DOP变化及参数相关性、伪距噪声及接收机类型、对流层先验信息约束、多系统组合等，并给出了较优的处理配置策略。

(2) GNSS广播星历空间信号精度分析及北斗广播星历偏差分析。对2015—2016年共2年的GPS、GLONASS、Galileo和2014年—2016年共近3年的BDS广播星历空间信号精度进行了评定，发现GLONASS、Galileo的E24及BDS卫星的广播星历存在系统性偏差。利用全球分布的18个MGEX站3个多月的北斗观测数据以及北斗广播星历计算了BDS广播星历在各个频点上的偏差。分析表明：该偏差变化较为稳定，且与广播星历的TGD和IGS的DCB的差异的相关性高达88%。确定了北斗系统广播星历偏差是由于北斗系统监测站接收机与普通接收机的卫星通道时延标定不一致造成的。将该偏差改正到TGD上，用户定位精度在N、E、U方向上分别提高14.9%、28.4%和15.5%。

(3) 北斗广域差分实时钟差改正数以及高频度精密钟差的计算策略研究。分析了在区域监测网范围内，测站个数以及分布对实时钟差改正数计算精度的影响。采用轨道改正数和钟差改正数分离的算法，用户距离误差由0.91 m降至0.26 m，用户平均定位精度可由3.11 m提高至1.22 m。提出了一种改进的高采样率、高精度卫星钟差估计的算法。利用MGEX观测数据对GPS/BDS精密卫星钟差估计进行了试算，将采样率为5 min的卫星钟差加密到30 s。得到的高频卫星钟差精度与低频的精度一致，两者的差异在10 ps以内。Allan方差以及用户动态定位结果验证了该算法的有效性。

(4) 提出了适用于北斗分米级广域差分服务的分区综合改正数，并详细分析了其处理策略及用户高精度定位算法。分区综合改正模型基于参考站的伪距/相位观测值改正数，将其综合形成新增的广域差分增强参数，并采用分区的方式编排到北斗广播电文进行播发。用户端接收分区综合改正数后可实现基于单站模式的分米级定位。分析了参数更新频度和时延对分区综合改正数的影响，认为更新频度小于2 min对用户定位精度影响不大。用户定位结果表明，基于分区改正定位能实现分区中心600 km范围内双频动态定位精度平面小于0.15 m，高程小于0.20 m。单频用户动态定位精度平面小于0.30 m，高程小于0.46 m。动态定位双频用户在30 min内三维误差可收敛至0.5 m，单频用户在30 min内三维误差可收敛至0.7 m。总体上，当用户在分区中心1000 km范围内时，分区改正数都能实现分米级定位服务。对于IGS站或普通用户接收机，北斗广播星历偏差改正能提高分区改正双频定位精度和收敛时间。

论文取得研究成果已经应用到北斗地面运控相关软件的升级改造中，取得了良好的效果。