北斗单频PPP车道级试验结果分析

李瑶，黄永诚，邱平武

（湖南省有色地质勘查局二四七队，长沙410129）

1 引言

北斗导航卫星系统（BDS）是我国自主研发的全球定位通信系统，它是继美国GPS和俄罗斯GLONASS之后，第三国自主研发的第三套卫星导航系统，从服务中国到服务亚太区域，再到如今的全球服务能力，BDS经历了3个阶段：第一代、第二代和第三代。BDS设计包括5颗静止轨道卫星、30颗非静止轨道卫星[1，2]。2020年7月31日，BDS三号完成组网并正式播发信号，标志着中国的BDS正式向全球提供服务。

自1997年Zumberge提出精密点定位技术[3]（PPP）以来，PPP逐步被应用推广。针对BDS系统的应用，相关科研人员进行了较多的研究。利用GPS+BDS研究得出，北斗的轨道精度优于GEO（地球观测组织），IGSO（倾斜地球同步轨道的精度）优于0.2 m，单个BDS的PPP定位精度可以达到厘米级[4]。利用估计的事后BDS精密轨道和钟差产品，在对单BDS、单GPS和GPS+BDS-PPP的定位精度进行了比较。结果表明，单个BDS-PPP的定位精度可以达到厘米级[5]。国内学者研究表明，单北斗系统PPP的平面静态解优于1 cm，高程优于3 cm。动态定位可达到平面精度1～2 cm，高程4～7 cm[6]。目前，对北斗PPP的研究大多停留在后计算阶段，其依赖事后的精密轨道钟差产品。本文对BDS实时PPP进行了研究。建立了单频北斗实时PPP模型，并验证了模型的正确性。

2 单频BDS精密单点定位函数模型和随机模型

BDS伪距及载波相位观测值与计算值之差可用表示如下[7，8]：

式中，ΔPsrf，ΔLsrf分别为接收机r和可视卫星s某一频率f的伪距及载波相位观测值与计算值之差，m，其中，相位中心、相位绕转以及固体潮等误差均被改正；Δxsr为与频率f无关的待估参数，包括接收机r位移和对流层天顶湿分量延迟；ursT为线性化后待估参数的系数；tr为接收机钟差；tsf为频率f观测值对应的卫星钟差；Iszr为天顶方向总电子含量；βsrf为电离层归一化校正函数，βsrf=γsr40.3/f2，其中，γsr为电离层投影函数；Nsrf为频率f载波观测值浮点解模糊度；λf为频率f载波观测值波长；εP，εL分别为伪距和载波观测值噪声。

传统的无电离层联合PPP和基于原始观测的非差分非联合PPP各有优缺点。虽然没有电离层组合的PPP中的电离层延迟被观测组合所消除，但是，这种组合放大了观测的噪声（大约是原始观测的3倍）。同时，电离层自由组合PPP函数模型只适用于双频观测，不能充分利用多频观测的信息。单频PPP可以充分利用每个观测点的信息，但需要估计电离层延迟，增加模糊度参数，本文BDS单频PPP各项误差处理见文献[9]和文献[10]。

3 单频BDS实时精密单点定位性能分析

本文对单频BDS实时精密单点定位性能进行了实验分析。实验使用1台单频北斗接收机设备,天线放置于实验车顶，如图1所示。观测数据的采样间隔时间设置为1 s，截止高度角设置为7°，通过4G网络实时获取精密轨道和钟差改正数。实验环境如图2所示，观测环境一般。

图1 BDS车载天线示意图

图2 实验环境图

将定位结果展示到Google Earth中，结果如图3所示，由图3a可知，车载定位结果路线与设计路线能较好地吻合；由图3b和图3c可知，在一般路况环境下，单频接收机BDS的PPP能够实现车道级定位，并能够分辨出车辆变道行驶。

图3 单频BDS PPP定位结果展示到Google Earth结果图

4 结语

由于实时北斗PPP尚处于研发阶段，其定位性能和定位精度有待进一步提高，对待这个问题，使用单频接收机进行了车载动态测试实验。实验结果表明，本文提出的BDS单频PPP模型具有很好的使用价值，该北斗单频PPP模型可以实现车道级定位，并能够分辨车辆变道行驶，为BDS的实时应用推广做出了重要探索。