卫星导航接收机定位精度评估方法研究

邢旺

摘要：分析了卫星定位测量过程中存在的各种误差，提出了较为系统的精度评估测试方法和统计算法，并结合实验应用验证评估方法的准确性与实用性，为卫星导航接收机定位精度的评估提供依据。

Abstract： The errors in the satellite positioning measurement are analyzed. The testing methods and statistical algorithms of positioning accuracy evaluation are proposed. Both theoretic analysis and experimental results can verify the accuracy and practicality of the evaluation methods. The study can provide a basis for evaluating the positioning accuracy of satellite navigation receiver.

关键词：卫星导航;误差;定位精度;精度评估

Key words： satellite navigation;error;positioning accuracy;accuracy evaluation

中图分类号：TN967.1                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）16-0150-03

0  引言

随着卫星导航事业的蓬勃发展，基于卫星技术的定位导航终端已经被广泛应用于军事安全、大地测量、航海航空、气象服务、物流交通等领域。卫星导航接收机的性能指标众多，最重要的指标就是卫星导航接收机的定位精度，其反映的是接收机测量解算的位置坐标与实际位置坐标之间的离散度和差异度。当卫星导航接收机定位精度较低时，会出现测量位置与实际位置距离较远，难以满足用户导航、定位、测速等需求，甚至造成不可估量的损失，所以，事先对卫星导航接收机的精度进行评估具有极其重要的作用[1]。本文首先分析了卫星定位测量过程中存在的各种误差，然后针对卫星导航接收机的应用场景提出了较为系统的精度评估测试方法和统计算法，并结合实例应用验证评估方法的准确性与实用性，为卫星导航接收机定位精度的评估提供依据。

1  误差因素分析

1.1 卫星本身的误差

导航卫星本身造成的误差有卫星星历误差与卫星钟差。卫星星历误差主要为地面监控站提供的卫星位置和卫星实际位置的偏差。卫星钟差一般指在卫星内部安置一个钟面时，并且钟面时和卫星导航系统标准时间之间存在一定的差异，通常卫星钟差包括钟差和频偏等偏差。

1.2 信号传播过程中的误差

卫星信号在传输过程中，需要经过地球的电离层、对流层，在电离層与对流层中传输时，会因折射造成信号传输路径改变，造成卫星信号传输误差;卫星信号接收机天线附近往往因信号反射造成多路径效应，使信号传输距离增加，造成多路径偏差。

1.3 接收机本身的误差

接收机本身的误差包括接收机钟差和天线误差。卫星导航接收机内置一个时钟，其与卫星系统标准时间的误差为接收机钟差，接收机天线误差包括天线相位中心误差和天线布设时造成的位置偏差[2]。

接收机的位置误差是接收设备天线相位中心相对标识中心位置存在的误差，包括天线的置平和对中误差及量取天线高的误差等。因此，在精密测量中，必须仔细操作，以尽量减少这种误差的影响。接收机天线相位中心偏差是接收设备天线的相位中心与几何中心之间的偏差。在短基线上，采用同一类型的天线，可以通过求差来减弱它的影响，但各个观测站的天线应按天线附有的方位标进行定向[2]。

2  精度评估测试方法

卫星导航接收机可以根据用途、工作原理、接收频率等进行分类，每种接收机也具有多种功能，需要根据接收机的各种定位精度指标，设置不同的精度评估测试实验，以评估接收机定位精度是否满足指标要求。通常，按照接收机的运动状态，可以将测试实验分为静态定位精度测试和动态定位精度测试。

2.1 静态定位精度测试

静态定位精度测试通常需要将卫星导航接收机天线放到已知坐标的基准点上，以基准点坐标作为位置真值，测试环境应具有良好的卫星通视状况，并且测试场地附近无电磁信号干扰，根据接收机的静态定位精度指标，设置相应的测试场景，录取足够的位置测量数据[3]。

2.2 动态定位精度测试

在实际应用中，卫星导航接收机往往不是静止不动的，动态定位才是常用的工作模式。为模拟动态场景，可将接收机天线置于提前设计好的机械装置上，使机械装置处于直线、圆周、正弦等运动状态，并实时录取接收机的位置测量数据，与运动路线上的已知坐标进行对比，评估接收机的动态定位精度。为了逼近真实的使用场景，也可以将被测接收机和天线置于运动的载体上，如飞机、汽车等，同时还需要一台对比用的卫星导航接收机，被测接收机与对比用接收机共用一个天线，且对比用接收机定位精度应高于被测试接收机定位精度，实时录取两台接收机的位置测量数据，并对比同一时刻两台接收机的定位结果，进而评估被测接收机的定位精度[4]。