北斗三号网络RTK 定位性能分析研究

□衢州市测绘院 裴勇军 刘坤

北斗卫星导航系统（BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System）是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。北斗三号全球卫星导航系统星座由3 颗地球静止轨道（GEO）卫星、3颗倾斜地球同步轨道 （IGSO）卫星和24 颗中圆轨道（MEO）卫星组成。目前，北斗三号系统除提供定位导航授时服务外，还集成了星基增强和精密单点定位功能。高精度、高完好性等特点与通信数传功能完美的融合，实现并提供全球区域短报文通信及国际搜救服务。

卫星导航定位基准站（以下简称基准站）是国家空间基础设施的重要组成部分，其独特的增强定位方式网络RTK 为地理空间数据采集以及导航定位的实时性、高效性、精确性和便利性方面带来了革命性的跨越，大大降低了高精度定位的成本和测绘外业成本，为经济社会快速发展提供了精确的位置保障。随着北斗三号系统的正式开通，各行各业的应用也逐步开展起来。在全面推广应用之前，结合行业需求对网络RTK 定位性能开展前期评估是一项必不可少的工作。本文综合考虑北斗三号网络RTK 定位的关键技术和服务内容，建立区域试验场，从基准站模糊度固定率、初始化时间、用户定位精度及稳定性进行分析，为今后全省使用单北斗系统提供参考依据。

一、建立区域试验场

基于浙江省已有的网络与通信基础设施，搭建国产软、硬件的测试系统，利用LINA、DEQI、FUYA、XISH、ZJHZ 等5 座GNSS的观测墩、天线、电缆线和网络构建由北斗GNSS 基准站、数据综合处理中心及通信网络等子系统组成的试验网。配置以国产版卡为主的新一代国产北斗卫星接收机，采用功分器一分为二即一个天线连接2 台GNSS 接 收机，将实时北斗卫星数据流通过网络专网传输至数据处理中心，同时利用国产实时数据处理软件，在三星（GPSGLONASSBDS）、双星（GLONASSBDS）和单北斗系统下，采用国产的RTK 设备测试北斗三号网络RTK 服务能力。

二、服务能力测试分析

（一）网络RTK精度测试

在区域试验场内外布设14 个流动点（其中5 个流动点在区域试验场内，9 个流动点在区域试验场外），采用国产网络RTK 设备，在BDSGPSGLONASS 三星模式、BDSGLONASS 双星模式和BDS单北斗模式下外业采集流动点点位坐标数据，并以天宝R10 设备在PIVOT 系统下采集重合点位坐标数据为参考值，对国产网络RTK 设备不同模式下采集的结果进行对比分析，以此来测试该实验系统的精度。

1.BDSGPSGLONASS 三星模式下，根据采集数据可得观测成果较差标准差纬度方向0.72cm，经度方向0.74cm，大地高3.49cm；观测成果较差极大值纬度方向1.6cm，经度方向1.3cm，大地高7.01cm；观测成果较差极小值纬度方向-1.04cm，经度方向-1.35cm，大地高-0.91cm；平面较差3cm，高程较差5cm 之内的固定占比86%。试验网区域内测试的5 个点平面较差都小于2.1cm，满足网络RTK 测量规范的要求；在试验网外20km 左右，RTK 还是可以固定，满足网络RTK 精度要求。

2.ABDSGLONASS 双星模式下，根据采集数据可得观测成果较差标准差纬度方向0.71cm，经度方向0.81cm，大地高3.46cm；观测成果较差极大值纬度方向1.21cm，经度方向2.15cm，大地高7.46cm；观测成果较差极小值纬度方向-0.90cm，经度方向-1.10cm，大地高-1.60cm；平面较差3cm，高程较差5cm 之内的固定占比86%。试验网区域内测试的5 个点其中4 个点平面较差都小于2.2cm，满足网络RTK 测量规范的要求；在试验网外20km 左右，RTK 还是可以固定，满足网络RTK精度要求。

3.ABDS 单北斗模式下，根据采集数据可得观测成果较差标准差纬度方向0.91cm，经度方向0.79cm，大地高3.79cm；观测成果较差极大值纬度方向1.52cm，经度方向0.81cm，大地高6.21cm；观测成果较差极小值纬度方向-1.21cm，经度方向-1.70cm，大地高-1.46cm；平面较差3cm，高程较差5cm 之内的固定占比71%。试验网区域内测试的5个点的平面较差都小于1.7cm，其中3 个点的大地高满足网络RTK 测量规范的要求，另外2 个点的大地高超过5cm。在测试网外20km，RTK还是可以固定，满足网络RTK 精度要求。网内网外测试的14 个点位，平面都满足RTK 规范的要求，大地高超过5cm 的有4 个。

表1 各模式下国产网络RTK设备与天宝R10设备数据采集成果比对表

（二）系统稳定性测试

在 LINA、DEQI、FUYA、XISH、ZJHZ 等已有成果的观测墩上，采用国产网络RTK 设备，在BDSGPSGLONASS 三星模式、BDSGLONASS 双星模式和BDS单北斗模式下进行长时间8 小时（09:00-17:00）的连续观测，统计、分析系统的稳定性和可用性。

1.BDSGPSGLONASS 三星模式下，观测成果标准差纬度方向0.34cm，经度方向1.16cm，大地高2.19cm；观测成果平均值与已有成果较差纬度方向-0.07cm，经度方向1.11cm，大地高-1.97cm；观测成果与已有成果较差极大值纬度方向1.62cm，经度方向2.13cm，大地高1.32cm；；观测成果与已有成果较差极小值纬度方向-1.17cm，经度方向0.06cm，大地高-6.32cm。平面较差3cm，高程较差5cm 之内的固定占比99.98%。

2.BDSGLONASS双星模式下，观测成果标准差纬度方向0.42cm，经度方向1.31cm，大地高1.45cm；观测成果平均值与已有成果较差纬度方向-0.10cm，经度方向1.25cm，大地高-1.11cm；观测成果与已有成果较差极大值纬度方向1.32cm，经度方向2.85cm，大地高2.74cm；；观测成果与已有成果较差极小值纬度方向-1.56cm，经度方向-0.21cm，大地高-4.62cm。平面较差3cm，高程较差5cm 之内的固定占比100%。

3.BDS 单北斗模式下，观测成果标准差纬度方向0.88cm，经度方向1.85cm，大地高2.38cm；观测成果平均值与已有成果较差纬度方向-0.49cm，经度方向1.74cm，大地高-1.43cm；观测成果与已有成果较差极大值纬度方向3.87cm，经度方向6.3cm，大地高10.47cm；观测成果与已有成果较差极小值纬度方向-5.25cm，经度方向-6.75cm，大地高-7.77cm。平面较差3cm，高程较差5cm 之内的固定占比92.33%。

在BDSGPSGLONASS、BDSGLONASS 和单北斗不同模式下，平面较差3cm，高程较差5cm 之内的固定占比都在92%以上。其中单北斗系统完全可以满足常规网络RTK作业的需求，在单北斗模型下测试的结果与已知成果的比较如图2。

三、结论与展望

经系统测试评估，在单北斗卫星导航定位系统下网络RTK 服务能达到厘米级。

▲图2 单北斗模式稳定性精度统计图

1.通过国产网络RTK 设备测试的单北斗系统数据表明，单北斗系统用于网络RTK 作业是可行的。平面较差3cm，高程较差5cm 之内的固定占比92.33；观测成果标准差为纬度：0.88cm，经度：1.85cm，大地高：2.38cm。

2.在单北斗系统下固定卫星数至少达到7 颗，最多可以到达10颗北斗卫星。在外业测试时，测试的5 个点的平面较差都小于1.7cm，其中3 个点的大地高满足网络RTK测量规范的要求；网内网外测试的14 个点位，平面都满足RTK 规范的要求。

3.现在国产解算软件可以解算到北斗C36 号卫星，采用单北斗（BDS）组网时，数据处理软件实时解算基线最少达到12 颗卫星同时参与解算。随着国产解算软件的更新，网解的卫星数会越来越多，固定率和精度都会有所提升。

4.随着国产北斗三号接收机设备进一步改造，在4G 以上网络覆盖、观测条件良好的区域，使用国产单北斗卫星导航定位基准系统可以实现单北斗的网络RTK 服务。

综上所述，在单北斗卫星导航定位系统下网络RTK 服务能达到厘米级。随着各软硬件技术的自主发展，北斗三号卫星导航系统在提供导航授时、星基增强和精密单点定位等基础上，其精度水平和服务能力也将日趋提高。