CORS多系统定位精度分析

管明雷，伏天淑，平海波，王英刚，周 立

(1.淮海工学院，江苏 连云港 222005；2.江海测绘院有限公司，江苏 南通 226000)

CORS多系统定位精度分析

管明雷1，伏天淑1，平海波2，王英刚1，周 立1

(1.淮海工学院，江苏 连云港 222005；2.江海测绘院有限公司，江苏 南通 226000)

为了提高多系统CORS的精度，对GPS、GLONASS、BDS 3系统兼容的CORS站观测数据进行了测试：利用静态已知点对各个系统进行组合差分信号差分定位，同时利用移动平均值法对观测数据空间精度进行分析，并对比分析各种组合的观测数据。结果表明：兼容GPS/GLONASS /BDS的三星差分信号数据与GPS/GLONASS和GPS/BDS双星差分信号数据的精度相当，比GPS单星差分信号数据精度在X、Y方向上提高了1 cm左右，Z方向上提高了1～2 cm。

CORS；定位精度；多系统差分

0 引言

随着全球卫星导航系统(global navigation satellite systems，GNSS)技术与信息技术的融合与发展，孕育出了2者集成的新技术——GNSS连续运行参考站(continuously operating reference stations，CORS)。目前，我国常用的卫星导航系统主要有美国的全球定位系统(global positioning system，GPS)、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(global navigation satellite system，GLONASS)和我国的北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system，BDS)。CORS系统是在一定区域布设若干个GNSS连续运行基站，对该区域GNSS定位误差进行整体建模，通过网络无线数据通讯技术向移动用户端播发实时位置增强信息，将用户终端的定位精度从3～10 m提高到2～10 cm，且具有定位精度分布均匀、实时性高和稳定性强等特点。随着CORS技术的不断发展，CORS基站目前已经实现了兼容GPS/GLONASS/BDS 3个系统，并且能提供B1、B2、B3 3个频率的BDS数据，极大地提高了CORS系统稳定性和差分数据的准确性。目前，我国各省份所建立的CORS系统，主要有接收GPS系统单星CORS、兼容GPS和GLONAS的双星CORS、兼容GPS/BDS的双星CORS和兼容GPS/GLONASS/BDS的三星CORS。

本文利用现有设备对上述4种差分信号进行实时动态(real time kinematic，RTK)载波相位差分定位，分析对比4种差分信号的精度、稳定性和可靠性。

1 测试方法

CORS的精度直接决定了用户使用参考站观测数据进行静态基线质量解算、实时网络RTK和实时伪距差分(real time differential，RTD)作业的测量精度。系统的精度能否满足用户在测绘等作业过程中的精度需求是评价系统建设的最直接指标。CORS精度的测试包括利用参考站的观测数据进行静态基线解算的精度测试和利用系统内插的实时差分改正数进行动态实时测量的点位精度测试。常用的CORS精度检测方法有：已知点检测法、后处理结果比较法、动态规则几何轨迹检测法和反算基线长度法等方法。利用已知点进行CORS精度的检测是目前CORS系统精度检测中最为常用也是最容易实现的方法之一，其检测的结果也最具有客观性，能够真实反映出系统的整体精度。

静态检测的方法是CORS系统精度检测中最常用的方法。其主要过程是：在CORS系统所覆盖的区域内，选择具有代表性的、坐标精确已知的检测点，将动态用户接收机架设在已知点上进行实时定位，并文件记录结果；然后对实时定位结果进行统计分析，得到在检测点实时定位的内、外符合精度。静态已知点检测方法有不少劣势：1)若测区范围内没有已知点，该检测方法就无法使用，其应用范围有局限性[2]；2)静态已知点检测方法是在静态模式下进行的，不能完全反映流动站在移动时的定位精度；3)测区范围内外界条件可能各不相同，不能正确反映测区各个地方的情况。

本文采用已知点检测法来比较CORS多系统的精度；同时利用移动平均法来对CORS多系统的组合进行比较分析，以弥补静态已知点检测方法的不足。

2 实例分析

2.1 测区情况与静态已知点检验法过程介绍

淮海工学院CORS系统兼容了GPS/GLONASS/BDS系统。系统由3个连续运行的 GNSS 参考站、数据通信网络系统、1个数据处理及控制中心和流动站用户4部分组成。系统分别能够输出4种差分信号，分别是单GPS差分信号、GPS/GLONASS组合的差分信号、GPS/BDS组合的差分信号和GPS/GLONASS/BDS组合的差分信号。测区分布了一个空间直角坐标系的已知点。

在实验过程中，选择1个具有代表性的已知点，使其位于楼顶开阔场地，截止高度角不超过10°，该已知点的坐标系为空间直角坐标系。本次实验使用的移动站接收机仪器是南方S86，检测的方法是多历元静态已知点检测方法。在已知点上架设南方S86接收机，分别接入4种CORS-RTK差分信号观测1个时段，数据采样时间间隔5 s，连续观测一段时间后，记录一组测量数据。

2.2 数据处理分析2.2.1 CORS-RTK系统内符合精度测试

内符合精度用来评定CORS差分定位的稳定性程度，其数学方法是计算每一测点所有测量值的算术平均值，再将求得的算术平均值与每个测量值求差，然后分别统计出X、Y和Z的3个方向上的差值分布情况。内符合精度值越小表示CORS-RTK定位的稳定性越高。表1、表2、图1表示出了内符合精度的测试结果。

表1 内符合精度的最大值 cm

表1中最大值对比发现：内符合精度在X、Y方向上主要集中于0.9～0.22 cm；Z方向上集中于0.15～0.29 cm；其中GPS差分信号在3个方向上差值最大值都是最大的，其他3组组合系统差分信号差别不大。同时也发现内符合精度在平面坐标系中GPS/BDS/GLONASS 3系统组合的差分信号略差于GPS/BDS和GPS/GLONASS所形成的双系统差分信号。

表2 内符合精度的平均值 cm

表2中平均值对比发现：内符合精度在X、Y方向上主要集中在0.2～0.4 cm；Z方向上主要集中在0.35～0.86 cm；其中GPS差分信号在3个方向上差值最大值都是最大的，其他3组组合系统差分信号差别不大。

从表1、表2和图1可知，GPS/BDS/GLONASS组合差分信号内符合精度最好，GPS/BDS和GPS/GLONASS组合其次，单GPS差分信号最差。

2.2.2 CORS-RTK系统外符合精度测试

CORS-RTK的外符合精度反映了系统定位的准确性。其定义为：在己知测试点上，通过转换参数，实测得出当地坐标系下的坐标成果，与该测试点的己知坐标成果相比较，即可得出在X、Y、Z方向上的外符合精度分布情况。表3、表4、图2表示出了外符合精度的测试结果。

表3 外符合精度最大值 cm

表4 外符合精度平均值 cm

从表3最大值比较可以发现：外符合精度在X、Y方向上主要集中在1～3 cm；Z方向上集中于4～4.5 cm；其中GPS差分信号在3个方向上差值最大值都是最大的，其他3组组合系统差分信号差别不大。从表4平均值比较可以发现：外符合精度在X、Y方向上主要集中在0.25～1 cm；Z方向上集中于2.5～4 cm。其中GPS差分信号在各方向上差值平均值都是最大的，其他3组组合系统差分信号差别不大。表3、表4和图2对比可知，CORS-RTK外符合精度在最大值和平均值方面，组合系统差分信号精度优于单系统差分信号。

2.2.3 移动平均值法检测CORS-RTK数据空间精度

移动平均法(moving average method)是根据时间序列逐项推移，依次计算包含一定项数的序时平均数，以此进行预测的方法。移动平均法包括简单移动平均和加权移动平均。简单移动平均的各元素权重都相等。移动平均趋势线平滑处理了数据中的微小波动，从而更清晰地显示了数据趋势。移动平均使用特定数目的数据点(由“周期”选项设置)，取其平均值，然后将该平均值作为趋势线中的一个点。例如，如果“周期”设置为 2，那么，头2个数据点的平均值就是移动平均趋势线中的第1个点；第2个和第3个数据点的平均值就是趋势线的第2个点，依此类推。简单的移动平均的计算式为

(1)

式中：At为某一个观测值；n为移动周期。

采用静态已知点检测法对CORS-RTK进行检测时，观测数据会在一个阈值内围绕着已知点的真实坐标上下波动。将每个观测值空间三维坐标与已知点空间坐标做算术差值，求出每一个观测值距离已知点的空间距离△L。将求得的△L再进行移动平均值计算，绘制出每组差分信号的趋势变化图。移动周期n设为6。4种差分信号的数据比较结果如图3～图6所示。

从图中可以看出，在数据空间距离△L的分布上，GPS差分信号的△L主要集中在2.5～4 cm，GPS/BDS主要集中于1.5～3 cm之间，GPS/GLONASSA主要集中于1.5～3.5 cm，GPS/GLONASS/BDS主要集中于2～3.5 cm。从趋势

线走势可以看出，GPS趋势图振幅小于GPS/BDS，GPS/BDS趋势图振幅小于GPS/GLONASS/BDS，GPS/GLONASS/BDS趋势图振幅与

GPS/GLONAS相当。这主要是由于各个卫星系统都存在着自身特殊的误差源，如GLONASS导航精度偏低、工作性能不稳定，GPS和BDS抗干扰能力弱于GLONASS等等，这就导致多卫星系统的系统误差源增多。因此多系统数据在小范围内波动较大；但在大范围内多系统又不会因为某一个别系统的误差而受到大的影响，保障了数据的稳定性和可靠性。

3 结束语

通过对4组差分信号的内外符合精度比较发现：CORS多系统差分信号在精度、稳定性和可靠性方面明显优于单系统差分信号；这是由于CORS兼容多系统，增加了卫星可见颗数，CORS的稳定性和可靠性都得到了提高，差分信号精度得到了改善。但是同时也发现：GPS/BDS和GPS/GLONASS组合的双系统差分信号，在内外符合精度上与GPS/BDS/GLONASS组合的3系统差分信号相当；这表明在CORS-RTK定位方面，多系统差分信号进行RTK定位时，初始化时间、可靠性和作业范围比单系统和双星系统都有优势，但是多系统在差分信号的数据精度上与双星系统差不多，有时甚至略差于双星系统。

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Accuracy analysis for CORS multi-system positioning

GUANMinglei1，FUTianishu1，PINGHaibo2，WANGYinggang1，ZHOULi1

(Huaihai Institute of Technology，Lianyungang，Jiangsu 222005，China； 2.Jianghai Surveying and Mapping Institute Co.，Ltd.，Nantong，Jiangsu 226000，China)

In order to improve the accuracy of multi-system CORS，this paper analyzed the observation data of CORS compatible with three systems GPS，GLONASS and BDS：the RTK positioning data were obtained by using the differential signal of combination with different systems，the internal and external accuracy of the observed data was analyzed by using the moving average algorithm，and various combinations of observed data were compared.Results showed that the accuracy of multi-system differential signal data compatible with GPS/GLONASS/BDS could be similar with that of the dual-system data of GPS/GLONASS or GPS/BDS，and the accuracy of differential signal data from the multi-mode would increase almost 1 cm inX，Ydirections，and 1～2 cm inZdirection contrasted with that from the single system of GPS.

CORS；positioning accuracy；multiple system difference

2016-04-18

管明雷(1990—)，男，江苏连云港人，硕士生，研究方向为海洋空间信息技术。

管明雷，伏天淑，平海波，等.CORS多系统定位精度分析[J].导航定位学报，2017，5(1)：91-94.(GUAN Minglei，FU Tianishu，PING Haibo，et al.Accuracy analysis for CORS multi-system positioning[J].Journal of Navigation and Positioning，2017，5(1)：91-94.)

10.16547/j.cnki.10-1096.20170119.

P228

A

2095-4999(2017)01-0091-04