基于北斗的三星单基站CORS定位效果研究

刘艳春

（1.福建省测绘院，福建 福州 350003）

基于北斗的三星单基站CORS定位效果研究

刘艳春1

（1.福建省测绘院，福建 福州 350003）

介绍了影响CORS定位效果的因素，借鉴已有的检测CORS定位效果的方法，从数据采集、数据整理与数据分析等方面对北斗的三星和双星单基站CORS进行了比对。实验表明，三星单基站CORS在定位精度、固定时间、固定率以及稳定性等方面均优于双星单基站系统。

单基站CORS；BDS/GPS/GLONASS；网络RTK；定位效果

影响CORS定位效果的主要因素有：系统基准精度、同步观测卫星数、电离层状态、设备条件的好坏[1,2]。对于影响CORS定位效果的部分误差，可以利用差分技术进行消除或削弱。

CORS动态定位精度测试有静态已知点检测法、反算基线长度检测法、动态规则几何轨迹检测法等[3]。

1 静态已知点检测法

静态检测方法是在CORS所能覆盖区域内选择有代表性的、环境因素有一定差异、有精确坐标的检测点，将动态RTK接收机架设在已知检测点上，分别采用双星系统（GPS+GLONASS）和三星系统（BDS+GPS+GLONASS） 的实时定位功能进行测量并作记录，然后对实时定位结果进行统计分析[4]。

内符合精度是单次观测值均方根误差，可以反映定位结果的收敛情况。本文在CGCS2000高斯平面坐标系下，计算每一测点所有测量值的平均值，再将每一测量值与平均值相减。统计所有差值的分布情况，并对差值在不同区间的概率进行统计，同时根据式（1）分别计算各个点X、Y方向的内符合精度[5,6]：

外符合精度计算公式为[5,6]：

式中，n为该点的测量值总数，即剔除粗差观测值后全部RTK测量值的总数；v为该点所有的观测值与其平均值之差；σ为系统的内符合精度。

本文基于长基线的条件，分别在空旷环境和非完全隐蔽环境下，就静态已知点检测法进行三星系统和双星系统的测试，见表1和表2。

表1 三星系统实验结果

表2 双星系统实验结果

从表1、表2可以得出以下结论：

1） 空旷环境。三星系统的精度比双星系统约高2倍；三星系统的平均固定时间比双星系统快约20 s；三星系统的固定率接近100%，比双星系统高出约20%。

2）非完全隐蔽环境。三星系统的精度与双星系统相差不大；三星系统的平均固定时间比双星系统快约40 s；三星系统的固定率比双星系统高出约45%。

2 反算基线长度检测法

反算基线长度检测法是在CORS覆盖范围内选择距离很近且通视的3个点（A、B、C），先使用GPS的静态测量模式，对静态测量的数据使用第三方软件解算出3个点两两之间的基线长作为基准。然后在不移动仪器的条件下，改用三星、双星系统进行实时动态测量，根据坐标求出各两点之间的基线长度，将最终得到的数据与静态测量的数据进行比较，见表3。

从表3可知，2个系统的观测值与静态观测值相比，差值均在cm级，说明2个系统的定位效果都比较好。但三星系统比双星系统的定位效果略好，更稳定。

表3 反算基线长度比较

3 动态规则几何轨迹检测法[6,7]

动态规则几何轨迹检测法的基本思想是将用户接收机沿着固定的规则轨迹以一定的速度运动，比较获得的实测轨迹与真实轨迹之间的偏离值，衡量用户定位精度。

如图1，选择一个规则的矩形轨迹，将不同系统下的2台RTK接收机调节到自动测量模式，从矩形轨迹任意一点开始测量，按顺时针（也可以是逆时针）运动。当到达角点A、B、C、D时，作短暂停留并记录停留的时间段。这样不但能检测用户接收机在角点的定位精度，还能检测出用户接收机运动轨迹的偏差。这两方面的精度共同反映接收机的动态定位精度。

图1 规则几何轨迹

由于GPS动态定位存在误差，测出的运动点的位置可能会偏离直线，定位的点到直线的距离越大，精度越差。

设A、B两点的平面坐标分别为A（xA，yA），B（xB，yB），则通过A、B两点的直线方程为：

同理，分别求出通过B、C，C、D，D、A的直线方程。其中，E点为动态定位点，其平面坐标为E（xE，yE），E点到直线AB的距离就是E点的平面误差：

动态规则几何轨迹实际采取了20个散点来检测系统的稳定性。由图2可以看出，三星系统的波动性小于双星系统，表4也说明了这一点，三星系统的中方差值为1.712 830 9，双星系统为1.933 614 7。通过以上实验可知，三星系统的定位精度较高、定位稳定性更好。

图2 动态定位点到已知直线距离偏差波动图

表4 动态定位点到已知直线的距离偏差值及方差

[1] 余小龙,胡学奎.GPS RTK技术的优缺点及发展前景[J].测绘通报,2007 (10):39-44

[2] 徐绍铨,张华海,杨志强,等.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉大学出版社,2003

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P228.4

B

1672-4623（2015）03-0039-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.014

刘艳春，硕士，工程师，主要从事CORS系统的建设与维护工作。

2014-05-04。

项目来源：福建省重大科技专题资助项目（2013HZ0002）。