北斗卫星导航定位系统的船位精度计算方法

冯　艳

（燕山大学里仁学院，秦皇岛 066004）

北斗卫星导航定位系统的船位精度计算方法

冯艳

（燕山大学里仁学院，秦皇岛 066004）

北斗卫星导航定位系统的建设使我国摆脱了对国外卫星定位系统的依赖。在海洋试验工程领域，使用北斗卫星系统进行船位定位和精度计算，提髙定位结果的可靠性和精度尤为重要。本文对北斗卫星导航定位系统进行位置精度评定时所需要的舰船位置获取方法进行研究，给出了一种使用北斗卫星导航定位系统的船位精度计算方法，为船用定位测量工作提供了新的思路。

北斗卫星导航定位系统船位精度

引言

目前，获取空间信息和数据的主要手段是使用卫星导航系统。在全球范围内，世界各国陆续开发、相继建设多种卫星导航定位系统，例如美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯系统（GLONASS）和欧盟的伽利略定位系统（GALILEO），并已经得到了较为广泛的应用。北斗卫星导航系统（BeiDou）则是我国自主研制、独立发展、正在运行和持续完善的全球卫星导航定位系统，主要提供定位、测速、授时和通信等开放或授权服务。海上使用北斗卫星定位系统完成以舰船为目标的探测性质试验需要可靠和精确的船舶实时位置信息，以确保试验结果的有效性和准确性。

1　北斗卫星导航系统与船位测量

1.1北斗卫星导航系统

北斗卫星定位系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，其中空间部分由5颗轨道高度为三万六千公里的静止轨道（GEO）卫星、27颗轨道高度两万一千五百公里的中轨道（MEO）卫星和3颗轨道高度为三万六千公里的倾斜同步卫星（IGSO）组成。北斗卫星导航系统采用三球交汇测量原理进行定位和测量。原理是以两颗卫星为球心，两球心至用户的距离为半径作球面，另一个球面是以地球地心用户所在点至地心的距离为半径作球面，三个球面的交汇点为用户位置［1］，定位精度达到10m以内。

1.2船位测量与卫星定位

由于海洋环境的特殊性和复杂性，海洋领域的科学研究和工程建设还面临着诸多难题，其中最为关键的技术制约之一就是船舶的精准定位与实时监控。北斗卫星系统的出现，有助于推进和实现我国海洋工程的国产化和全球化，突破国外卫星导航系统的制约和控制。目前，船舶定位和测量的方法主要包括推算定位、陆标定位、天文定位、无线电定位和卫星定位等5种方法。本文主要介绍卫星船位测量方法。

利用空间卫星来测量和确定船位，多普勒测量法、伪距测量法、干涉法和载波相位测量法是较为常用的方法。多普勒测量法是用户接收机通过连续对几颗卫星多普勒频移的进行测量。伪距测量法是由于空间卫星的位置已知，用户接收机分别接收三颗以上空间卫星信号，测出用户接收机到卫星的距离可解出船位。干涉法是同时在已知点和未知点进行卫星观测，得到同颗卫星信号到达测量点的时间之差，同步测定多颗卫星的延时差和变化率解算出未知点的数据。载波相位测量法是利用本地参考信号与用户接收机接收卫星载波信号的相位差，计算出电波从用户接收机到卫星的相位延迟，确定相对的距离。

2　精度测量流程

我国自主研制的北斗二代卫星的陆续发射，北斗卫星导航系统的功能日趋完善，越来越多的北斗二代用户机将接入科研、试验、勘探、航海等国民经济的各个领域。在科研、试验等对动态精度要求较高的业务工作中，精度测量一般执行以下的流程过程。北斗用户接收机海空平台实现数据实时采集、存储并回传至船载活动中心站及陆地数据中心；船载中心站实现数据实时采集、处理、显示、分发、对船载活动站进行辅助控制及事后精密处理的功能；陆地基准站实现数据实时采集存储、发送基准数据、对各个配合平台进行协调控制、数据采集、存储备份功能。设备架设于需要测量平台的载体上，通过数据链路传输定位数据，为科研和试验提供高精度定位信息。

3　精度评定方法

3.1按标准偏差处理

3.1.1标准偏差

将测量值排成一列；求出测量值与真值的偏差。

计算标准偏差：

式中，n—测量次数；xi—第i次测量值与真值的偏差。

3.1.2径向标准偏差σR

式中，n—测量次数；σx—X轴向标准偏差；σy—Y轴向标准偏差；xi、yi分别为 x和y方向的测量值；x和y分别为x和y方向的真值。

3.2按系统误差和随机误差综合处理

3.2.1求取数据纬度、经度一次差

3.2.2计算纬度、经度的系统误差

计算纬度、经度的随机误差：

3.2.3计算综合误差

结果形式：ΔR±σR

3.3精度评定

海上航行测量中，船位真值测量设备的系统误差和标准偏差与被测设备系统误差和标准偏差比较应满足下式：

动态评定时，当测量设备天线与被试设备天线不在同一位置时，在精度评定时就考虑位置归心改正；

每一项定位精度应注明其可信度，下表给出的误差X出现在之间的概率可供参考。

由表1可看出测量值出现在±之间的可能性为68%；测量值出现在±之间的可能性为95%；测量值出现在±之间的可能性为99.7%。

表1　定位精度可信度概率表

4　结束语

北斗卫星导航系统在科学、经济等多个领域有着广泛的用途，发挥着越来越重要的作用。本文给出了一种使用北斗卫星定位时的精度评定方法，为船用定位测量业务使用北斗卫星导航系统提供参考。

［1］王磊，张荣文，张超.基于北斗系统的VRS技术在定位中的应用［J］.海洋测绘.2009（01）.

［2］中国第二代卫星导航系统专项管理办公室.北斗卫星导航系统简介［OL］.2010，http：//www.beidou.gov.cn/.

A Calculation Method for Warship Location Accuracy Using the Beidou Satellite Navigation System

FENG Yan
（Liren College of Yanshan University，Qinhuangdao，066004，China）

The construction of Beidou satellite navigation and positioning system make our country get rid of the dependence on foreign satellite positioning system.In ocean engineering field，the use of position location and accuracy of Beidou satellite system increases the reliability of the positioning results and the accuracy.In this paper，the warship location acquisition method for the Beidou satellite navigation and positioning system was discussed，the calculation method of warship location accuracy based on Beidou satellite navigation and positioning system was put up.

Beidou satellite，navigation and positioning system，warship location accuracy