北斗CORS的精密单点定位精度测试

朱建华，李 辉，杨 祖，张龙飞，程桂平

（1. 61243部队，甘肃 兰州 730020；2. 61287部队，云南 昆明 650010）

北斗CORS的精密单点定位精度测试

朱建华1，李 辉1，杨 祖2，张龙飞1，程桂平1

（1. 61243部队，甘肃 兰州 730020；2. 61287部队，云南 昆明 650010）

精密单点定位（PPP）技术可利用单台接收机在全球范围内直接得到高精度的坐标信息。目前，北斗卫星导航系统（BDS）已经具备了亚太大部分地区的区域服务能力，其精密定位技术已成为国内外GNSS领域的研究热点。将北斗应用于CORS系统，可解决现有区域基准单一GPSCORS模式带来的安全问题。以甘肃省CORS站为例，利用PPP技术对北斗CORS定位精度进行了测试，与GPS相比，其差值在0.07 m以内。

BDS；CORS；PPP；Ambizap；精度测试

BDS自2007年6月开始已先后发射了16颗卫星，完成了导航区域14颗卫星的星座组网，包括4颗中高度圆轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和5颗地球静止轨道卫星。2012年12月27日，BDS正式试运行，并发布其空间信号接口控制文件，在继续保留导航实验系统有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上，开始向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务，扩大了系统覆盖范围[1]，在中国及周边地区，BDS服务性能与GPS基本相当[2]。它的实现和发展是国家建设新一代现代测绘基准的重要手段[3]。

甘肃省自2012年启动现代测绘基准建设项目以来，建立了覆盖全省的CORS约120个，初步形成了以CORS网与高精度似大地水准面模型为核心的区域现代测绘基准服务体系。基于安全性考虑，对BDSCORS的静态单点定位精度进行了测试，为推广BDSCORS建立区域现代测绘基准探索了新思路。

1 BDSCORS

CORS由基准站网、数据处理与监控中心、数据传输系统、用户服务系统、用户应用系统5个部分组成，监控分析中心与各基准站之间通过数据传输系统链接形成专用网络[4]。CORS系统的建设与发展取决于卫星导航系统的建设与发展。由于GPS是全球第一个建成并投入使用的卫星导航系统，所以我国目前已经建立的CORS全部基于GPS系统。国家级的CORS系统主要是中国大陆构造环境监测网络和中国地壳运动观测网络。自2003年开始，全国很多地区陆续建设了城市甚至省级的CORS网，并逐渐形成了自地区级至省级最后达到国家级的“地区-省-全国” CORS网络[5-7]。

BDSCORS在现有GPSCORS的基础上，采用兼容GPS和BDS的接收机，能够同时接收GPS和BDS定位数据的CORS系统，实现了基于GPS和BDS的双模数据处理。

2 BDSCORS数据解算方法

2.1 数据来源及处理流程

数据来源于甘肃省CORS网，2014年第309天的观测数据，主要包括北斗载波相位以及伪距观测数据、参考站精确坐标、广播星历、精密预报星历、气象参数等。数据处理的主要内容包括预处理算法、基准站间基线解算和距离相关误差估计3大部分；再生成改正数并发播给用户进行定位解算，如图1所示。

图1 BDSCORS数据处理模块

2.2 Ambizap算法

Blewitt.G在2008年提出了“不动点定理”的模糊度固定方法，并基于此提出基于PPP的GPS网解新算法——Ambizap[8]。经测试，该算法的解算结果接近于全网模糊度的固定，对于连续观测的大型GNSS网络，各站的非差PPP解的精度和双差模糊度固定解的精度均相近。Ambizap算法的基本思想是利用双差模糊度解算结果来约束非差PPP解，逐点进行PPP解算，逐基线进行独立基线解算，可实现大型GNSS网数据分布式高效处理。

设整网平差前PPP实数解为Xi，协方差矩阵为Ci，测站i和j构成的独立基线的双差固定解为Xi′和Xj′，将各个独立基线的双差固定解当作独立的子网。根据Blewitt.G提出的不动点定理，可利用双差模糊度固定解对PPP解进行精度修正，得到整体网平差解。

设单个测站的非差法方程为NiXi=wi，则根据测站与测站间相互独立的关系，构建PPP网解法方程为：

引入独立基线的双差固定解提供的约束条件为：

独立基线的双差固定解ΔX'i⊗j提供给测站i和j的PPP解的精度改进为：

将独立基线约束条件并行累加到非差网解法方程，得到新整网平差的法方程为：

利用测量平差分块并行计算模型求解法方程，即可得到附加双差解约束的坐标解算结果。

2.3 BDSCORS的PPP精度测试方案

目前，对GPS/GLONASS组合的研究较多，对GPS/BDS组合定位的研究刚起步,采用GPS/BDS双差观测模型[9]，在CORS系统定位覆盖区域内，选择国家级或省市级的高等级且已知精确GPS坐标的点作为检测点，将用户接收机架设在每个检测点上，每个点上观测多个时段，各观测时段的观测时间为（30 min、l h、2 h等），采样率为15"，记录观测值；采用Ambizap算法对实时定位结果进行统计分析。

3 测试结果

采用北斗数据使用Ambizap算法进行处理，将结果与GPS计算结果进行对比，见图2。横轴表示2014 年第309天的观测时间（0～24 h），纵轴表示精度较差（0.1 m）。可以看出，X、Y、Z方向的互差在0.07 m内。采用北斗和GPS组合定位的网络RTK算法，计算得到均方根中误差为3 cm。

图2 测站3个方向坐标差比较图

4 结 语

将BDS应用于CORS系统，不仅可有效解决其他导航卫星系统带来的安全性问题，而且也是今后我国建设区域现代化测绘基准的重要手段。以甘肃省CORS站为例，对BDSCORS的PPP精度进行了测试，

得出以下结论：在PPP解算中，实现了从dm级到cm 级的快速收敛，时间约为20 min；与GPS相比，其差值在0.07 m内。由此可见BDS已具备区域较高精度定位能力，研究成果具有很强的针对性和实用性，可在各省（区）CORS系统推广应用。

[1] 李克昭,韩梦泽,孟福军.北斗系统的特色、机遇与挑战[J].导航定位学报,2014,2(2)∶21-25

[2] 马大喜,潜成胜,王艳.北斗系统对亚太地区导航性能的改善研究[J].导航定位学报,2014,2(2)∶50-53

[3] 杨元喜.北斗卫星系统的进展、贡献与挑战[J].测绘学报,2010,39(1)∶1-6

[4] 周乐韬.连续运行参考站网络实时动态定位理论算法与系统实现[D].成都∶西南交通大学,2007

[5] 蔡杨宇.浅谈CORS-RTK技术优势及发展趋势[J].地理空间信息,2013,11(4)∶21-22

[6] 汪伟,史廷玉,张志全.CORS系统的应用发展及展望[J].城市测绘,2010(3)∶45-47

[7] 李健,吕志平.基于CORS的卫星定位在线服务系统[J].测绘通报,2007(8)∶40-44

[8] Blewitt G. Fixed Point Theorems of GPS Carrier Phase Ambiguity Resolution and Their Application to Massive Network Processing∶ Ambizap[J].Journal of Geophysical Research, 2008,113(10)∶12

[9] 高猛,徐爱功,祝会忠.双导航定位系统伪距单点定位数据处理方法与精度分析[J].导航定位学报,2014,2(2)∶83-88

P228

B

1672-4623（2016）05-0058-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.018

朱建华，硕士，研究方向为大地测量和导航定位。

2015-07-17。

项目来源：军地2013～2015年基金资助项目（参[2013]186号）。