基于四系统接收机观测数据的BDS、GPS、GLONASS、Galileo系统性能分析＊

郭秦，昝富源

基于四系统接收机观测数据的BDS、GPS、GLONASS、Galileo系统性能分析＊

郭秦，昝富源

（西南科技大学 城市学院，四川 绵阳 621000）

基于四系统接收机观测及观测的数据进行数据处理和分析，主要分析了观测区域BDS、GPS、GLONASS、 Galileo系统卫星的可见性、GDOP值的波动、定位精度等方面的内容。并对数据成果进行总结分析表明，当前BDS系统在实验区域与其他系统定位性能基本一致，可见卫星数比其他系统稍多，但BDS系统的GDOP值波动却比其他系统要大一些。

BDS、GPS、GLONASS、Galileo；定位精度；DOP值；性能分析

1 前言

北斗卫星导航系统是中国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，研发目的是向全球的用户提供高质量的定位导航和授时服务，其还有一个独有的服务即短报文通信服务。中国早在2003年的时候就完成了具有区域导航功能的北斗一代，之后便开始着力构建服务全球的北斗卫星导航系统，并且于2012年起向亚太大部分地区正式提供服务，计划至2020年要完成全球系统的构建。截至2017-11底，北斗卫星导航系统的卫星总数已达到25枚，开始全球组网[1]。中国的北斗卫星导航系统与美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯系统（GLONASS）和欧盟的伽利略定位系统（Galileo）是现今主要的四大卫星导航定位系统。

定位性能是卫星导航定位系统的核心指标之一。本文基于四系统接收机观测及观测的数据进行数据处理和分析，对于实验区域均匀分布的控制点进行外业观测及内业和外业的分析，得出本文结论。在进行导航定位时，定位性能的指标主要包括可用性、连续性、完好性、精度、覆盖范围等[2]。

本文选用在外业观测过程中的卫星可见数、DOP值以及对成果内业数据处理分析定位精度来进行评价。

2 区域实验分析

2.1 外业观测

实验区域已有均匀分布的控制点，可直接利用已有的控制点成果对实验成果进行对比分析。

在这些控制点上架设四系统GNSS接收机，分别利用BDS、GPS、GLONASS、Galileo系统或组合系统卫星对这些控制点进行数据采集，在采集过程中，主要对卫星可见数、空间几何精度因子进行比对分析。

2.1.1 卫星可见性比对分析

卫星可见性是指在观测期间接收机在一定的高度角情况下能够观测到的卫星的个数，可以体现在观测时间与观测区域定位和导航的能力。

由卫星导航定位原理可知，在观测期间若可见卫星数小于４颗，就不能实现导航定位的服务，本文取平均可见卫星数作为定位性能的评价指标。将各点可见卫星数在观测期间求平均值，统计得到表1。

表1 各点平均可见卫星数

系统名称可见卫星数/颗平均可见卫星数/颗 BDS12～1915 GPS6～119 GPS+BDS+GLONASS30～3834 GPS+BDS+GLONASS+Galileo32～4237

从表1可以看出，在本观测区域的此次观测期间，BDS卫星可见卫星数为12～19颗，平均可见卫星数为15颗；GPS卫星可见卫星数为6～11颗，平均可见卫星数为9颗；GPS+BDS+GLONASS三系统组合可见卫星数为30～38颗，平均可见卫星数为34颗；GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系统组合可见卫星数为32～42颗，平均可见卫星数为37颗。可以看出，在此次观测期间，BDS可见卫星数比GPS稍多，归因于本次实验区域为中国区域，且北斗在中国区域实现了GEO卫星与IGSO卫星的覆盖。三系统或者四系统组合可见卫星数均有增加，这样便大大增加了卫星的空间几何分布，在定位时将有更多的卫星可供选择。

2.1.2 GDOP值比对分析

精度衰减因子（DOP值）的大小与卫星星座的位置、可见卫星数目、空间卫星的几何分布有关，通过精确地测定DOP值，能够衡量出卫星星座的位置精度，DOP值越小，定位精度越高。DOP值通常包括平面位置精度因子（HDOP）、高程精度因子（VDOP）、空间位置精度因子（PDOP）、接收机钟差精度因子（TDOP）、几何精度因子（GDOP）[3]。本文选取几何精度因子（GDOP）作为定位性能指标。将各点GDOP值变化在观测期间求平均值，统计得到表2。

表2 各点GDOP值变化情况

系统名称GDOP值平均GDOP值 BDS1.8～3.02.4 GPS1.2～2.01.6 GPS+BDS+GLONASS0.8～1.31.0 GPS+BDS+GLONASS+Galileo0.6～1.00.8

从表2可以看出，在本观测区域的此次观测期间，BDS卫星GDOP值为1.8～3，平均GDOP值为2.4；GPS卫星GDOP值为1.2～2.0，平均GDOP值为1.6；GPS+BDS+ GLONASS三系统组合GDOP值为0.8～1.3，平均GDOP值为1.0；GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系统组合GDOP值为0.7～1.0，平均GDOP值为0.8。

可以看出，BDS系统GDOP值变化比GPS系统稍大，三系统或者四系统组合GDOP值均有所下降，且变化范围更小。GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系统组合定位时的GDOP值分布在0.6～1.0，GDOP值的变化范围最小，说明此时的卫星空间几何分布达到最佳状态，此时观测成果的质量也最高。

2.2 内业数据处理

外业观测结束后，将观测数据进行内业数据处理，处理结果与原有成果比对并取平均值如表3所示。

表3 各点观测成果比对

系统名称平均X坐标变化量/m平均Y坐标变化量/m BDS0.060～0.0.0650.040～0.0.043 GPS0.045～0.0.0570.025～0.0.036 GPS+BDS+GLONASS0.041～0.0.0500.028～0.0.033 GPS+BDS+GLONASS+Galileo0.038～0.0.0420.021～0.0.028

内业数据处理后，将各系统组合观测成果与原有坐标比较，得出变化量，再统计出平均及坐标变化量，从表3可以看出，在本观测区域的此次观测期间，BDS卫星坐标变化量的值稍大，三系统或者四系统组合坐标变化量均有所下降，但是BDS卫星坐标变化量最为平缓。究其原因，BDS系统GDOP变化量大导致观测成果精度偏低，但是由于GEO与IGSO在纬度19°Ｎ～58°Ｎ实现了完全覆盖，增强了卫星分布的几何空间结构，稳定了定位成果的精度。

3 结论

根据本次实验区域范围的实验分析，可以得到以下结论：GPS+BDS+GLONASS+Galileo四系统组合定位在本次实验区域的可见卫星数能够达到32～42颗，GDOP值最小，定位精度最高，相对其他方式的单系统或组合系统定位具有较大优势。多系统组合定位增加了可见卫星的数目，降低了GDOP值，提高了导航定位的精度与系统的稳定性。

［1］杨元喜.北斗卫星导航系统的发展、贡献与挑战［J］.测绘学报，2010，39（1）：1-5.

［2］杨鑫春，徐必礼.北斗卫星导航系统的星座性能分析［J］.测绘科学，2013，38（2）：8-11，31.

［3］李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理［M］.武汉：武汉大学出版社，2005.

P228.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.022

2095－6835（2019）22－0067－02

郭秦（1986—），女，四川成都人，硕士研究生，讲师，研究方向为GNSS原理与应用。

西南科技大学城市学院“基于四系统接收机观测数据的BDS、GPS、GLONASS、Galileo系统性能分析”

〔编辑：严丽琴〕