西半球IGS站北斗、Galileo和GPS定位精度分析

杨佳林，杨黎黎

（1.青海省有色第一地质勘查院，青海 西宁 810001；2.青海正和工程管理有限责任公司，青海 西宁 810001）

全球卫星导航系统（GNSS）能全天候为近地空间点提供三维位置和速度信息，是20世纪最伟大的发明之一[1-3]。由于GNSS信号在传输过程中受各种误差源干扰，其定位精度通常只有5～10 m[4]，无法满足高精度用户需求，从而制约了GNSS的工程应用。为实现动态厘米级、静态毫米级精度需求，学者们提出了两种解决方法[5-6]：差分相对定位和精密单点定位。这两种方法最具代表性的软件成果分别为GAMIT/GLOBK和

GIPSY/OASIS。

随着中国北斗（BDS）和欧盟Galileo系统的逐渐完成[7-9]，GAMIT软件已能支持多星座解算。本文解算了西半球15个IGS站点GPS、Galileo、BDS（BDS-2和BDS-3）三大导航系统连续5 d（2020-121—125）的观测数据。所有数据均采用RINEX3文件格式，软件解算均采用双频模式。所有站点的位置分布如图1所示。本文基于GAMIT/GLOBK10.71版本测试了三大导航系统的整体静态差分相对定位精度，为GNSS综合应用提供意见指导。

图1 测站点分布图（审图号：GS（2020）4392）

1 数据解算

本文采用的数据为GPS的L1和L2频率，Galileo的E1和E5频率，BDS的C2和C7频率[10]。GPS、Galileo和BDS系统的频点统计信息如表1所示。卫星的频率编码规则为系统频率简码+ID号，如C7表示BDS的ID号为7的频率，查阅表1可知，C7为BDS-3的B2b频率和BDS-2的B2I/B2Q频率。

表1 GPS、Galileo和BDS三大系统频率统计

GAMIT/GLOBK10.71的解算策略：数据采样率为30 s，观测值模型为LC_AUTCLN，高度截止角为10°，松弛约束；基线解算中加入了月历、日历、章动、地球自转、海洋潮汐等改正。本文选取2020年121—125年积日，共计5 d的静态观测数据以及GFZ提供的混合精密星历。VILL测站121年积日24 h之内所有卫星跟踪天空视图如图2所示，可以看出，GPS系统在24 h内跟踪到32颗卫星，Galileo系统跟踪到18颗卫星；BDS系统跟踪到8颗卫星（3颗MEO卫星、5颗地球同步卫星），BDS系统跟踪到的卫星数量明显少于其他两个系统。

图2 VILL测站三大系统卫星跟踪天空视图

2 解算结果分析

本文利用GAMIT/GLOBK 10.71版本，采用相同的配置参数，解算得到15个测站3大系统的静态定位结果。121年积日三大系统不同测站解算得到的相位噪声如表2所示，可以看出，Galileo系统观测值的相位噪声比GPS系统略大，可能是由于对E5信号较敏感或Galileo轨道精度较差；由于只跟踪到3颗MEO卫星，BDS系统的相位噪声波动更明显。

表2 三大系统相位噪声统计

相位噪声将降低Galileo和BDS系统解算时的模糊度固定率，三大系统相位模糊度固定率如表3所示。通过统计GAMIT解算结果发现，GPS系统的宽巷和窄巷固定率均大于90%，三大系统的窄巷固定率均低于宽巷，这与解算策略相一致，即MW组合观测值先固定宽巷模糊度、再固定窄巷模糊度。

表3 三大系统相位模糊度固定率/%

本文统计了15个测站解算结果在N、E、U三分量坐标上的稳定性以及WRMS，结果如表4所示。通过IGS分析中心评估三大系统的轨道质量，结果表明Galileo和BDS系统的轨道比GPS系统差2～4倍；站点解算坐标精度受卫星数量的影响。BOR1测站三大系统解算结果坐标序列如图3所示。

图3 BOR1测站三大系统解算结果坐标序列

表4 三大系统测站解算精度统计/mm

3 结语

本文收集并处理了西半球15个IGS站点GPS、Galileo和BDS三大系统连续5 d的静态观测数据，评估了GAMIT/GLOBK10.71解算精度以及三大系统之间的定位差异。结果表明，GPS系统各项指标均优于Galileo和BDS系统。分析其原因发现，卫星轨道精度和搜星个数对解算坐标稳定性具有较大影响。