北斗地基增强系统（郑州）区域网性能测试与分析

王金娜 王军见 张永杰 李志伟

摘 要：本文介绍我国北斗卫星导航系统发展现状以及北斗地基增强系统（郑州）区域网的基本情况。通过野外测试，得到各性能指标的测试数据，并对测试数据中异常现象进行分析，查找数据表象下的实质原因。通过性能测试综合分析得出，北斗地基增强系统（郑州）区域网的建设满足实施方案指标，可实现实时厘米级定位服务，为全国类似北斗地基增强系统的建设奠定基础。

关键词：北斗导航系统；地基增强系统；性能测试

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）02-0039-02

Performance Test and Analysis of the Beidou Foundation

Reinforcement System （Zhengzhou） Regional Network

WANG Jinna1 WANG Junjian1 ZHANG Yongjie1 LI Zhiwei2

（1.Institute of Surveying Mapping and Geoinformation of Henan，Zhengzhou Henan 450006；2.Henan Bureau of Geo-exploration & Mineral Development，Zhengzhou Henan 450006）

Abstract： This paper introduced the development status of the Beidou satellite navigation system in China and the basic situation of the Beidou foundation reinforcement system （Zhengzhou） regional network. Through field test， the test data of various performance indexes were obtained， and the abnormal phenomena in the test data was analyzed， and the substantial reasons were found under the data representation. Through the comprehensive analysis of performance test， it was concluded that the construction of the Beidou foundation reinforcement system （Zhengzhou） regional network met the implementation plan index， and could achieve real-time centimeter level positioning service， laying the foundation for the construction of similar Beidou foundation reinforcement system in China.

Keywords： Beidou navigation system；foundation reinforcement system；performance test

2015年9月30日，我國成功发射了第四颗新一代北斗导航卫星，标志着我国北斗导航卫星同时在轨数量已达20颗。随着北斗导航系统服务能力的提升，北斗地基增强系统在全国也如雨后春笋般建立起来。北斗地基增强系统是由国家统一规划建设的以北斗卫星导航系统为主，兼容其他GNSS系统的地基增强系统，采用的地面基准站间距为50～300km，通过地面通信系统播发导航信号修正量和辅助定位信号，向用户提供厘米级至米级精密导航定位和大众终端辅助增强服务。卫星导航技术将通信、地理信息、对地观测有效地结合起来，正逐步发展为国家的战略性产业，也是当前最具有创新性和生命力的新兴信息产业之一[1]。

1 北斗地基增强系统（郑州）区域网介绍

河南省北斗地基增强系统于2014年立项，为原河南省地质连续运行采集系统（HNGICS）升级改造项目，并于2015年8月完成郑州区域网建设，2015年11月顺利通过由许其凤为组长的专家组验收。该系统由8个固定的连续运行的全球卫星导航系统基准站、1个数据处理中心以及通信系统和用户组成。基准站能同时接收北斗卫星、GPS和Glonass卫星信号，通过通信系统将接收到的卫星信号传输至数据处理中心，数据处理中心通过计算机软件进行计算，计算出各种改正数、状态信息和其他的服务信息，再通过通信系统发布出去，用户系统通过接收机内置的通信模块接收来自基准站的各种改正数、状态信息及其他服务项目，来修正点位的位置信息和其他信息。

2 北斗地基增强系统（郑州）区域网性能测试

2.1 测试目的

通过对北斗地基增强系统（郑州）区域网应用性能各项指标的测试，得出系统的性能、流动站用户接收机兼容性、用户的定位初始化时间、系统时间可用性、系统空间可用性和流动站的定位精度等，评价北斗地基增强系统（郑州）区域网中各项技术指标水平。

2.2 测试方法

测试主要采取动静态相结合的方法，采用不同的方式评定系统的静态定位精度水平、动态定位精度水平、时间可用性、空间可用性、系统可靠性、服务时效性以及对系统的兼容性等，全方位对系统的性能进行评估。

2.3 测试结果

测试采用天宝、华测、南方等国内外主流的接收机，测试的内容涵盖定位精度、空间可用性、时间可用性、定位服务的时效性以及系统对用户的兼容性等，测试结果如下。

①整个RTK作业覆盖面积约1万km2，覆盖郑州市包括所属郊县中牟、新郑、荥阳、上街、巩义、登封和新密等，以及开封市的通许、尉氏、开封县，新乡市的原阳县、获嘉县，焦作市市区、修武县、武陟县，许昌市的禹州市等区域，网外20km仍能快速得到固定解，满足了系统设计指标。

②系统运行基本正常，内、外符合精度均达到设计要求。

③初始化时间普遍小于10s，但通过比较发现，在13：00—15：00多个点位的测试结果显示，利用三星（GPS+GLONASS+BD）的初始化时间优于两星的初始化时间，甚至出现两星不能固定，但三星可以获得固定解的情况。但在巩义市测试时，却出现了利用两星系统可以获取固定解，但利用三星系统不能获取固定解的情况。

④空间可用性上，在普通的路段均能获取固定解，不能获得固定解的路段主要是通信信号不好的路段，如立交桥下或树木较多的路段。

⑤时间可用性上，根据时间可用性统计，获取固定解的时间占总在线时间长度的96.2%。

⑥系统对第三方设备兼容性较好，能够兼容国内外主流品牌的GNSS接收机。

3 北斗地基增强系统（郑州）区域网性能测试分析

从测试数据的外符合精度来看，利用两星（GPS+GLONASS）的外符合精度最高，平面中误差为±1.69cm，高程中误差为±4.33cm；三星（GPS+GLONASS+BD）系统的精度次之，平面中误差为±1.49cm，高程中误差为±6.31cm；单星（GPS）系统最低，平面中误差为±2.05cm，高程中误差为±4.38cm。从精度数据上看，3种测试模式所得结果均处在一个数量级，虽然也有高低之分，但不足以认定哪种模式精度最高。一种原因是用来检定系统数学精度的点数据不是绝对意义上的真值，所采用的C级D级点是采用静态观测得到的，当时采用的是（GPS+GLONASS）卫星数据，本次测试采用两星（GPS+GLONASS）外符合精度最高也在情理之中。采用三星模式得到的数据精度略有下降，并不足以说明加上北斗卫星数据以后精度降低了，原因只是没有真正符合的检测数据。另一种原因是所采集的数据样本有限，可认定精度在同一数量级，但不足以认定各系统精度的优劣。

在卫星可利用率上，北斗卫星明显低于GPS和GLONASS，说明目前高度卫星（GEO）在可见卫星中所占比例较大，因为高度卫星（GEO）定位精度较低，并且主要负责通信功能，导致现有卫星可利用程度较低。随着中高度北斗卫星（MEO）数量的不斷增加，卫星可利用率必将有质的改变。目前，北斗的20颗在轨卫星使用了6颗地球静止轨道（GEO）卫星、7颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星、7颗中高度圆轨道（MEO）卫星。

通过性能测试综合分析可以得出：北斗地基增强系统在空间可用性、时间可用性、初始化时间、第三方设备兼容性上都有明显的提高，符合设计要求。区域网的建设满足实施方案指标，可实现实时厘米级定位服务，为全国类似省级北斗地基增强系统的建设奠定了基础。

4 结语

通过率先在全国地质系统建立北斗地基增强系统，为实现地质工作主流程信息化搭建了平台，并在河南省首次开展了社会化应用。通过测试表明，北斗地基增强系统（郑州）区域网的建设满足实施方案指标，可实现实时厘米级定位服务，无论是抗遮挡性和作业距离的大幅度提高还是精度及稳定性的提高，都对GNSS测量带来了质的提升，为全国建立类似北斗地基增强系统奠定了基础。该系统的建设将全球导航卫星系统这一高新技术综合应用于河南省地质、国土资源、测绘、气象、地震、环境和水利等行业，对国防建设、国家安全和经济社会的发展具有特殊的战略意义和积极的现实意义。

参考文献：

[1]王军见，远顺立，王金娜，等.河南省地质CORS建设与应用[M].郑州：河南人民出版社，2013.