GNSS监测评估理论与方法研究

张清华

信息工程大学地理空间信息学院，河南 郑州 450001



GNSS监测评估理论与方法研究

张清华

信息工程大学地理空间信息学院，河南 郑州 450001

全球导航卫星系统(GNSS)目前形成了GPS、GLONASS、BDS和Galileo多极化发展的新趋势，特别是随着BDS区域系统于2012年12月开始正式运行以来，为了使用户获得更好的服务，多导航系统之间的兼容与互操作是大势所趋。然而，四大全球卫星导航系统在时间基准、坐标基准、星座构型、空间信号精度和服务性能等方面都存在着一定程度上的差异，如何监测和评估多导航系统之间的差异并寻求消除或减弱差异的方法，具有一定的理论意义和现实意义。本文针对GNSS监测评估的若干方面，展开了详细深入的研究，其中主要研究内容和创新点如下：

(1) 不同GNSS时间系统之间的时间基准偏差是多模导航定位无法回避的问题，针对时间基准偏差监测，提出了利用精密时间间隔比对器对不同GNSS输出的1PPS时间信号进行测量，并对测量的结果采用FIR滤波器进行平滑滤波，从而得到不同GNSS时间系统偏差的监测结果。论文采用2013年6月共4 d的GPS和GLONASS双模接收机输出的1PPS数据，利用直接比对法得到GPST和GLONASST的差值，其中平均值为-317.1 ns，标准差为5.01 ns。

(2) 在实时导航定位中，不同GNSS广播星历所属的坐标基准不同，为了实现高精度应用，必须考虑坐标基准的差异。文中提出了同时利用地面公共点和卫星星历来估计坐标基准转换参数的融合法，比单采用地面点或卫星星历具有更好的精度和稳定性。论文算例利用WGS-84和ITRF之间的坐标转换验证了融合法，具有更高的精度和稳定性。

(3) 关于BDS采用的坐标基准CGCS2000与其他GNSS坐标基准之间的转换关系，目前尚未有公开的研究成果。论文首次尝试分别利用星历法和地面点法求取CGCS2000和WGS-84之间的转换参数，其中星历法的精度受到广播星历的影响较大，精度为米级，但是如果利用地面点法进行转换，在考虑重心化的基础上，可以得到厘米级的转换参数。

(4) 目前GNSS在轨运行的卫星达到七八十颗，它们的工作状态直接影响用户的服务性能，GPS和GLOANSS都有针对各自星座轨位的约束参数，而BDS尚未有公开的轨位约束参数。本论文通过分析BDS 3类卫星近两年的轨道数据，并结合GPS MEO卫星20 a广播轨道参数的演化情况，初步给出了GEO/IGSO/MEO卫星的半长轴、偏心率和轨道倾角等参数的监测范围。

(5) DOP值是描述用户可见卫星在空间分布几何构型的参数，文中针对不同GNSS系统的差异性，提出了一种顾及不同导航系统空间信号精度的参数，即SISMA-DOP，它可以更为真实地反映多GNSS条件下空间星座的构型强度。

(6) 针对BDS空间信号误差，提出利用统计分析的理论进行研究，通过分析空间信号各方向误差的Pearson相关系数发现N向和T向的具有低度相关性，并通过对各个分量的正态性检验(峰度和偏度)发现了某些卫星的一些分量存在大误差和系统误差。

(7) 为了验证BDS的K8电离层模型参数的精度，利用国内陆态网的观测估计电离层延迟参数精化CODE电离层格网模型，并采用精化后的格网模型进行评估，得到了更为精确的评估结果，其中14颗BDS卫星白天K8参数的平均精度为80.5%，夜晚为76.7%。

(8) 对BDS、GPS和GLOANSS的星载原子钟性能进行评估，包含准确度、漂移率和稳定性3个方面，并与GPS和GLONASS系统进行横向对比。

(9) 对BDS空间信号的连续性和可用性进行了初步评估，发现了个别卫星的连续性和可用性与公开的服务性能标准中的要求还有一定的差距。

Author： ZHANG Qinghua(1986—)，male，received his doctoral degree from Information Engineering University on June 2014，majors in GNSS performance evaluation.

E-mail： sqmha@126.com

Researches on Theory and Method of GNSS Monitor and Assessment

ZHANG Qinghua

Institute of Geography Spatial Information, Information Engineering University, Zhengzhou 450001, China

张清华.GNSS监测评估理论与方法研究[J].测绘学报，2017,46(4)：536.

10.11947/j.AGCS.2017.20160676. ZHANG Qinghua.Researches on Theory and Method of GNSS Monitor and Assessment[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(4):536. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20160676.

P228

D

1001-1595(2017)04-0536-01

国家自然科学基金(41604024)；中国博士后科学基金第60批面上资助(2016M601815)

2016-12-25

张清华(1986—)，男，2014年6月毕业于信息工程大学，获工学博士学位(指导教师：隋立芬教授)，研究方向为导航系统性能评估。