北斗地基增强系统观测数据质量分析

肖秋龙，成芳，沈朋礼，肖厦

北斗地基增强系统观测数据质量分析

肖秋龙1,2,3，成芳1,2，沈朋礼1,2,3，肖厦1,2

（1. 中国科学院 国家授时中心，西安 710600；2. 中国科学院 精密导航定位与定时技术重点实验室，西安 710600；3. 中国科学院大学，北京 100049）

基于G-Nut/Anubis软件对北斗地基增强系统全国113个基准站连续3个月的观测数据从多路径效应与周跳等方面进行了数据质量分析，其统计结果表明北斗地基增强系统91.1%国内框架网基准站的观测数据质量满足建站要求。同时，对同源基准站的GPS和BDS多路径误差进行了对比分析，得到同一地点BDS多路径误差小于GPS，且BDS的B2频点多路径误差最小，GPS的L2频点多路径误差最大的结论。

北斗地基增强系统；数据质量；统计分析；BDS/GPS

0 引言

北斗地基增强系统作为国家卫星导航高精度服务基础设施，是北斗卫星导航系统重要组成部分，是高效实现现代经济社会发展和位置服务的重要项目。北斗地基增强系统按照“统一规划、统一标准、共建共享”的原则，构建全国一张网，已完成全国150个框架网基准站的建设，实现部门间、地区间和用户间资源统筹、数据共享。作为北斗地基增强系统广域服务的数据基础，北斗地基增强系统框架网基准站的正常稳定运行对北斗地基增强系统充分发挥自身作用和提供优质服务具有重要意义。

GNSS连续参考站在进行选址、设计、建造以及布放等工作时，要确保区域连续参考系统的稳定运行，需对GNSS接收机观测数据进行必要的分析[1-4]。李军等基于TEQC软件对52个GPS台站4 a观测数据进行了质量分析[1, 5-6]。杨海彦等对IGS MGEX跟踪网47个多系统跟踪站2.4 a观测数据进行多路径效应与观测噪声评估，得出的多系统多路径效应与观测噪声之间的关系对多模多频信号的选取和随机模型的确定具有一定的参考意义[7]。针对上述研究成果使用观测站少，区域较小，且为了了解基准站附近观测环境是否对观测结果存在干扰，是否存在造成多路径效应的反射物等基准站环境因素对观测数据质量造成的影响，本文对北斗地基增强系统113个框架网基准站连续3个月的观测数据进行了质量检核与分析，给出了这些基准站的检核结果报告，并对数据质量较差的基准站进行BDS和GPS单系统精密单点定位（precise point positioning，PPP）数据解算以及BDS+GPS双系统PPP解算，比较BDS和GPS单系统的定位解算结果，分析数据质量对解算结果的影响[8-14]。

1 数据质量分析评估理论

码伪距观测值与载波相位观测值是GNSS测量的两个基本观测量。在实际观测过程中，GNSS卫星观测信号从卫星天线传播到接收机天线会受到卫星钟差、电离层延迟、对流层延迟、接收机钟差等误差影响。码伪距与载波相位观测方程可分别表示为[15]：

1.1 多路径效应

GNSS实际观测过程中，除了直接接收到卫星信号外，还接收到经周围反射物反射的信号，两种信号产生干涉使真值发生偏离的现象称之为多路径效应[15]。载波相位多路径效应远远小于码伪距多路径效应，在数据处理过程中一般不予考虑载波相位多路径效应带来的影响。将式（1）的1频点与式（2）的1频点结果作差可得[5-6, 16-20]

将式（2）的1频点与2频点结果作差可得

将式（4）代入式（3），化简可得

同理可求2频点和3频点的结果如下：

式（6）和（7）中：

本文采用的滑动窗口长度为30个历元，且在计算第3频点时采用另一计算公式[17]：

1.2 载波相位周跳探测

2 数据质量检核结果与分析

表1 GPS的SR、三频多路径误差的RMS值（2017-10/2017-12）

表2 BDS的SR、三频多路径误差的RMS值（2017-10/2017-12）

图1 CHHC站CSR、三频多路径误差的RMS时间序列统计结果

3 数据解算分析

对QXAL，QXDW和QXNC 3个基准站分别进行BDS单系统和GPS单系统静态PPP解算，结果如图2所示。其中，和构成以测量点为原点的站心坐标，表示东方向，表示北方向，表示天顶方向。

图2 QXAL，QXDW和QXNC站BDS PPP与GPS PPP解算E，N和U方向误差

从图2可以看出：QXAL和QXDW基准站GPS PPP解算结果与BDS PPP解算结果差异不大，，方向误差为厘米级，方向误差仅10月1号BDS PPP解为分米级。但QXNC基准站解算结果明显偏大，，方向差值为分米级，方向差值为米级，最大高达1.3 m。

然后，对QXAL，QXDW和QXNC 3个站进行了GPS+BDS双系统静态PPP解算，结果如图3所示。

图3 QXAL，QXDW和QXNC站GPS+BDS（双系统）E，N和U方向误差

从图3可以看出，QXNC站坐标偏差大于其他两个基准站坐标偏差。根据分析可知：

② 由表1和表2数据可知：QXNC基准站的多路径误差大，QXAL和QXDW两个基准站多路径误差较小。由此说明多路径误差是导致QXNC基准站解算坐标偏差远大于另外两个基准站的主要原因。因此，在定位解算时，需对多路径误差较大的数据进行剔除或者降权处理，降低对定位精度的影响。

下面我们以QXAL基准站为例来具体分析，图4为QXAL基准站分别利用GPS和BDS进行单系统定位解算的坐标偏差，图5为分别利用GPS和BDS进行单系统定位解算坐标偏差的RMS统计图。从图4可看出：与GPS单系统解算结果相比，BDS单系统解算结果在，和方向坐标偏差普遍比GPS大，因此，在进行单系统定位解算时应考虑星座因素对定位解算影响，在进行融合定位解算时可提高GPS卫星权重。图5可看出GPS定位解算结果的RMS相比BDS定位解算结果的RMS来说变化平缓，也说明了在进行单系统定位解算时对GPS定位解算的性能优于BDS。

图4 QXAL站GPS和BDS单系统定位解算E，N和U方向误差

图5 QXAL站GPS和BDS单系统E，N和U方向的RMS统计图

4 结语

通过对北斗地基增强系统113个基准站连续3个月的观测数据进行计算并统计分析，发现：

① 在同一地点相同环境下，GPS L2频点多路径误差最大，BDS B2频点多路径误差最小，因此在进行GPS定位解算过程中应考虑到L2频点多路径效应带来的误差影响，在进行BDS双频定位解算可优先选择B2频点数据；

② 在同一地点相同环境下，BDS多路径误差小于GPS多路径误差；

③ 在本文分析的113个北斗地基增强系统基准站中，91.1%基准站的观测数据质量满足北斗地基增强系统的建站要求；

④ 在单系统精密单点定位过程中，GPS定位性能优于BDS，在后续进行基准站坐标精密单点定位解算时，GPS卫星应该占有更大权重；

⑤ 在多路径误差较大的情况下，需要进行数据预处理以提高定位解算精度。

致谢：感谢北斗地基增强系统管理委员会提供的数据。

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Observational data quality analysis of BeiDou Ground-based Augmentation System

XIAO Qiu-long1,2,3, CHENG Fang1,2, SHEN Peng-li1,2,3, XIAO Xia1,2

(1. National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China; 2. Key Laboratory of Precise Positioning and Timing Technology, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China;3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Based on G-Nut/Anubis software, the data quality analysis of multipath and cycle slip is conducted by collected datasets from the BeiDou Ground-based Augmentation System (BDGBAS), and the datasets contain three continuous months’ observation data of 113 reference stations. The statistical results of the data quality show that the observation data quality of about 91.1% stations by the BDGBAS meets the construction requirements. In addition, the multipath errors of GPS and BDS observations at the homologous observing station are compared and analyzed. The results show that the multipath error of the BDS is smaller than the GPS, and the multipath error of BDS B2 frequency is the smallest, and the multipath error of GPS L2 frequency is the largest.

BeiDou Ground-based Augmentation System; data quality; statistical analysis; BDS/GPS

10.13875/j.issn.1674-0637.2019-03-0266-08

2019-01-19；

2019-03-23

中国科学院青年科学基金促进会资助项目（11880000CF）

肖秋龙，男，硕士，主要从事卫星导航通信技术研究。