基于RTX-PP分析北斗单星座定位精度

张晓红

（1.青海省地理空间和自然资源大数据中心，青海 西宁 810001）

目前，全球卫星定位系统（GNSS）在轨卫星个数超过100颗，其中除了4个独立运行的系统（美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟Galilean和中国北斗）以外，还有区域增加卫星，例如日本的QZSS、印度的IRNSS等[1-3]。

北斗系统是我国全自主建设的全球卫星导航定位系统，2020年上半年，北斗卫星导航工程将完成整个北斗三号系统的组网建设，这也意味着单北斗系统的定位服务即将拉开序幕。对比GPS系统而言，北斗三代卫星定位精度如何，独立星座定位和组合星座定位精度相差多少，都需要进行大量实验论证。

本文采用Trimble公司开发的RTX事后服务（RTX）[4-6]测试MGEX[7]核心站LHAZ不同星座定位差异，与其他系统比较北斗三代独立定位精度。

1 数据预处理

LHAZ测站采用LEICA GR25型号接收机和LEIAR25.R4+LEIT天线，接受GPS+GLONASS+ Galileo+BeiDou+SBAS卫星信号。如图1所示，从MGEX的数据中心BKG下载多系统导航电文、WUM下载包含北斗三代的精密星历文件和IGN下载LHAZ测站RINEX3格式的全星座观测文件；预处理涉及G-Nut/Anubis-2.2.4[8]对各卫星系统观测信号数据质量检测和GFZRNX-1.14对观测数据进行 编辑。

图1 数据预处理流程

Nut/Anubis是捷克共和国大地观测台开发的一款开源应用程序，能够对所有GNSS星座观测的RINEX文件进行定性和定量检测；采用LHAZ测站2020-04-01观测数据，检测过程如下：

1 2 3$ anubis -X 2>lhaz092.xml$ anubis -x lhaz092.xml -v 9$ ./plot_Anubis.pl --ifile lhaz.xtr --plot="lhaz.png" --all --all --title="lhaz [2020:092]"说明：1.获得默认配置文件lhaz092.xml并修改参数；2.执行主命令，生成检测结果文件，数字9表示进行最详细检测，其范围取值为{0-9}；3.将检测结果进行图形化展示

表1罗列了GNSS观测数据质量指标参考范围，图2展示LHAZ质量检测可视化结果。从结果文件和图形可以看出，各系统数据质量均达到参考范围以内（北斗系统定位精度在U方向RMS超出5 m）。

图2 LHAZ测站GNSS数据质量检测结果

表1 GNSS观测数据质量指标

GFZRNX是德国地学中心提供的一款RINEX GNSS数据转换与操作工具软件，利用-satsys参数来分割四大导航定位系统观测数据。

1234$ gfzrnx -finp lhaz0920.20o -fout lhaz092c.20o -satsys C$ gfzrnx -finp lhaz0920.20o -fout lhaz092g.20o -satsys G$ gfzrnx -finp lhaz0920.20o -fout lhaz092e.20o -satsys E$ gfzrnx -finp lhaz0920.20o -fout lhaz092r.20o -satsys R-satsys参数说明：[-satsys ] - 输入需要选择的卫星系统简码（CEGIJRS）C - Beidou E - Galileo G - GPS I - IRNSS J - QZSS R - Glonass S - SBAS

2 RTX-PP定位解算

Trimble的RTX-PP服务能够采用GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou和QZSS卫星双频伪距和载波相位测量，从卫星端到接收机的载波相位和伪距测量方程表示如下[9]：

式中，Φi和Pi分别表示频率i载波相位和伪距观测值；ρ表示卫星到接收机天线的几何距离；c表示信号传播速度，一般等于光速；dT和dt分别表示接收机和卫星钟差；T表示对流层延迟；li表示频率i的电离层延迟；Ai和i分别表示接收机和卫星对于频率i的偏移和变化；WΦ和wΦ分别表示接收机和卫星的天线相位转绕；BΦ,i和bΦ,i分别表示接收机和卫星对于频率i的载波相位偏差；BP,i和bP,i分别表示接收机和卫星对于频率i的伪距偏差；λi表示频率N的载波波长；Ni表示频率i的整周模糊度；mΦ,i和mP,i分别表示频率i的载波相位和伪距的多路径效应；εΦ,i和εP,i分别表示频率i的载波相位和伪距的误差和残差。

RTX-PP通过Web应用程序提供免费服务，用户将GNSS观测数据上传到CenterPoint RTX后处理服务进行定位计算。将上述预处理获得的各系统数据导入RTX-PP进行计算，结果显示如表2所示，比较发现定位精度高低依次为GPS、Beidou、GLONASS、Galileo。GPS系统定位精度最好，24 h测结果内符合精度在1cm以内，而与ITRF2014结果对比，绝对定位精度能达到5 mm以内；北斗系统定位精度在1.5cm以内，而另外两个星座定位精度均差为2 cm精度。

表2 RTX-PP不同星座解算结果和ITRF2014对比

从观测数据搜星统计情况看，LHAZ测站2020-09-02在同一历元平均GPS有9颗、Beidou有13颗、GLONASS有7颗和Galileo有5颗。Beidou系统包括二代和最新的三代卫星，接收的信号段比GPS弱一些。

3 结 语

2020年5月份开始，北斗三代正式组网，开始为全球用户提供服务。本文基于RTX-PP对比分析四大全球导航定位系统在LHAZ站定位精度，各系统数据质量检测均合格，接收卫星个数北斗系统最多，达到13颗，而定位结果内、外符合精度GPS系统均达到最好，绝对精度在5 mm以内。随着北斗系统不断发展，预期定位精度能不断提高，达到和GPS系统一致精度。