浅谈北斗导航系统在道路勘测中的应用

俞晓飞

【摘 要】北斗卫星导航系统已能为亚太地区提供高精度定位服务，其定位精度测试结果表明北斗载波相位差分定位精度可达厘米级，与GPS定位精度处在同一水平。通过研究给出的是B1、B2及B3频率的定位精度，具有工程参考价值。 本文针对浅谈北斗导航系统在道路勘测中的应用进行了分析。

【关键词】北斗导航；道路勘测；应用

一、前言

为快速高效地完成道路前期勘测、放红线、施工便道勘测，保障施工机械进场作业，提出了一种利用宽巷观测值的北斗单历元定位方法，首先使用载波相位伪距组合求解最容易固定的（0，-1，1）组合和（1，4，-5）组合观测值模糊度，再用已固定的（0，-1，1）组合和（1，4，-5）组合模糊度得到宽巷（1，-1，0）组合模糊度单历元解，最后基于（1，-1，0）组合观测值成功地进行了单历元坐标解算。

二、北斗三频宽巷组合单历元定位模型

针对道路施工测量需求，依据北斗超宽巷模糊度容易固定的特点，提出了北斗三频宽巷组合单历元定位的思想：首先，对北斗超宽巷组合观测值实现单历元模糊度固定；然后，将已固定模糊度的超宽巷组合观测值作为精度较高的观测量，与宽巷观测值构成无几何模型，实现宽巷/超宽巷模糊度的单历元固定；最后，采用噪声较小的第二个宽巷观测方程进行单历元定位。

（一）道路施工测量精度需求

道路施工之初，需要确定中桩的位置，《公路勘测规范》（JTGC10-2007）中以中桩位置中误差来标定中桩平面桩位精度，《公路勘测规范》中规定“高速公路”在山岭地区中桩桩位平面精度应优于10cm，中桩桩位检测之差的精度应优于20cm。《工程测量规范》（GB50026-2007）中以纵向误差与横向误差来标定中桩平面桩位精度，规定的限差要宽于《公路勘测规范》。

（二）北斗观测值线性组合

用户接收机通过接收北斗导航卫星系统发射信号，可以获得三个载波频率的相位观测值，对三个频率相位观测值进行线性组合。

三、公路测量中的关键技术

北斗系统及多系统组合定位的关键技术研究

（一）确定卫星轨道任意时刻卫星的坐标计算

BDS、GPS、GLONASS等卫星系统的定位原理既有相似之处，也有各自的特点，首先要掌握多系统组合联合定位中各个系统定位的原理、观测数据格式及星历格式。根据不同卫星导航定位系统的卫星星历特点，确定卫星的位置计算方法，目前北斗导航卫星星座中有5颗地球静止轨道卫星（GEO）。GPS卫星属于MEO卫星，GPS的广播星历形式应用于MEO卫星，已经得到充分的理论和实践应用验证，但并不意味着这一星历表示形式适合地球静止轨道卫星，因此需要对GEO导航卫星广播星历求解算法进行研究。GPS、BDS星历类似，给出的是卫星轨道的开普勒根数及其变化参数，只要知道所求历元的时间即可求出该历元卫星的坐标；而GLONASS星历给出的是卫星在指定坐标系统中某个时刻的位置和速度及日月引力摄动加速度，因此需要研究根据不同卫星星历求解任意时刻卫星坐标的算法。

（二）不同高度卫星观测值的合理定权

GPS与GLONASS卫星定位系统都是由MEO卫星设计而成的同质星座，在同质星座中通常假设所有卫星的伪距误差是独立的，具有零均值和相同的均方根值。而BDS是由MEO、IGSO和GEO组成的混合星座导航系统，由于各种卫星定轨精度和外推精度不同，使得不同卫星的测距误差差异甚为明显，因此在进行北斗系统定位及不同卫星系统组合定位时，需要研究如何对不同高度卫星的观测值进行合理定权，按常规GPS基线解算以卫星高度角进行定权是否仍然适用于组合星座，同时需要研究确定参数的随机模型。

（三）消除和削弱各误差项对定位精度的影响

卫星定位误差项主要包括卫星轨道和钟误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、接收机钟差、多路径误差和观测噪声等。电离层与对流层延迟误差是影响卫星定位结果的主要误差源，电离层延迟误差通过双频观测可以得到很好的消除，对流层延迟误差一般通过对流层误差改正模型加以改正，对流层误差通过模型改正后，模型的干分量改正精度可以达到1%～2%，而湿分量改正精度约为10%～15%。由于干燥气体在时间和空间上较为稳定，干分量的改正误差很容易进一步参数化，而湿分量的折射误差容易受到测站环境的响，因而很难精确改正。需要进一步研究不同对流层改正模型对多系统组合定位的影响。

（四）载波相位数据处理整周模糊度确定方法

载波相位差分定位核心问题就是整周模糊度的求解，北斗信号采用码分多址技术识别，类似于GPS信号，其卫星的信号处理可采用GPS常用算法来确定整周模糊度，研究选择合适的算法。另外，我国BD2发射3个频率观测值，可以构成多组模糊度容易固定的宽巷组合，对准确快速求解整周模糊度极为有利，该方法具有很好的应用前景。同时也可通过不同频率的观测值线性组合，使得相应的组合测量值有与电离层无关、几何无关等求解整周模糊度和相对定位精度高的特性。

四、结束语

从北斗系统定位和多系统组合定位技术的分析来看，在确定卫星轨道任意时刻卫星的坐标计算、不同高度卫星观测值的合理定权、消除和削弱各误差项对定位精度的影响、载波相位整周模糊度确定方法，以及不同导航卫星系统数据融合等关键技术方面还需进一步研究。

参考文献：

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