北斗静态定位实验与精度分析

王仲锋，林 灿，历 亮

（1.长春工程学院勘查与测绘工程学院；2.广州南方测绘仪器公司长春分公司，长春130021）

0 前言

北斗卫星导航系统（Compass／BeiDou Navigation Satellite System）是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，是继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略之后，全球第四大卫星导航系统。截至2012年10月，我国已发射16颗北斗卫星，初步形成了亚太地区的导航定位服务能力。在中文数据库中，以“北斗”为关键词，可查到的关于北斗的报道有1 500余条，以介绍系统建设状况、导航、应用前景等方面内容为多［1－3］。郁聪冲、边少锋通过对北斗卫星的DOP值和可见星数进行了分析，讨论了北斗的可用性，得出在最小仰角15°的条件下，低纬度地区卫星可见性最优，高纬度地区和西部地区可见性相对较差，并通过精度衰减因子仿真得出，大部分地区定位精度优良，但稳定性一般的结论［4］。曾庆化、刘建业、胡倩倩、杨迪研究了一种利用北斗、GPS、GLONASS和GALI－LEO多星座信息在统一坐标系中采用最小二乘法进行组合导航定位的方法。仿真结果表明：北斗与GPS双系统的定位精度优于单纯的北斗系统精度，而采用北斗／GPS／GLONASS／GALILEO多星座组合导航定位能够有效提高用户的定位精度和可靠性［5］。但由于测量型的北斗定位硬件和软件刚刚问世，尚未见到关于北斗静态定位精度方面的详细报道。本文旨在通过北斗与GPS的测试对比，了解北斗静态定位的实际精度情况。

1 实验概况

1.1 网型结构

实验网布设于长春市。该网以CCNF为中心，D009、YPZ1、CYGC、YHCD和DO13为外围点组成中点六边形。除D009、YPZ1、DO13为普通地面点外，其余点为相关单位的CORS站。各点位的分布如图1所示。网中最长边长为9 590.218m，最短边长为1 435.277m，平均边长为5 465.148m。

图1 北斗静态定位试验网

1.2 数据采集

数据采集利用南方测绘仪器公司实2013款的S82型接收机，该型仪器可以同时接受GPS、北斗和GLONASS信号。测量时，按照E级网的观测要求观测1h，同时采集了北斗静态和GPS等静态数据。地面点的仪器高利用测高片在测前和测后各量取1次。CORS站的仪器高为0。

1.3 数据处理

数据处理使用南方测绘仪器公司研制的GNSSpro130427软件进行。三维平差以CCNF为已知点，其点位中误差为2.54mm；二维平差以CCNF和D009为已知点，其点位中误差分别为0.98mm和0.72mm。

1.4 二维坐标平差结果

用北斗单星和GPS单星观测数据定位测量的点位平面结果及其精度分别见表1和表2。

表1 GPS定位测量的平面直角坐标及其精度

表2 北斗定位测量的平面直角坐标及其精度

表3 北斗和GPS定位测量的平面直角坐标较差（GPS坐标—北斗坐标）

表4 北斗和GPS可见卫星数

2 比较与分析

（1）由表1、2看出，北斗和GPS定位的5个未知点的点位精度比较均匀，前者的平均点位中误差为2.51mm，后者的平均点位中误差为0.75mm，前者的定位精度略低于后者，但总体在同一量级上。

（2）由表3看出，尽管北斗和GPS单独定位的精度均较高，但定位结果仍存在差异。二者在X方向平均差－1.05mm，在Y 方向平均差－11.90mm，点位平均差28.18mm。显然，在Y方向具有较明显的系统性。这种系统性产生的原因有待进一步研究分析。

（3）由表4看出，本次在实验中可见的北斗卫星数不如可见的GPS卫星数多，加之北斗的稳定性一般［4］，这均是前者的定位精度略低于后者的主要原因之一。

3 结语

经过对所采集的数据进行处理和分析，证明目前北斗静态平面定位精度与GPS静态平面定位精度基本在同一个数量级，表明我国自主研制的北斗系统完全能满足静态平面定位精度测量的需求。可以预见，待整个北斗系统建成之后，北斗完全代替GPS将成为现实。

［1］东方星.“北斗”卫星导航系统用途广泛［J］.数字通信世界，2012（12）：21－25.

［2］王让会.北斗应用概述［J］.国际太空，2012（4）：38－41.

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

［4］郁聪冲，边少锋.现阶段北斗卫星导航系统可用性分析［J］.海洋测绘，2012，32（5）：74－76.

［5］曾庆化，刘建业，胡倩倩，等.北斗系统及GNSS多星座组合导航性能研究［J］.全球卫星定位系统，2012（1）：53－56.