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北斗三号基本系统伪距单点定位性能分析

陈存婷  
【摘要】:自2017年11月以来,我国的北斗三号导航卫星进入高密度组网发射阶段,2018年12月底完成了北斗三号基本系统的建设,目前已有20颗卫星投入运行。北斗三号基本系统的建成为北斗系统迈向全球的关键一步,为了保证其服务的精度和可靠性,需要对北斗三号基本系统伪距单点定位性能进行分析。基于实测数据,本文重点分析了北斗三号卫星伪距观测值的质量,对北斗三号基本系统的电离层模型进行了评估,探讨了北斗三号基本系统的伪距单点定位精度,并对其定位性能进行了评估与分析。本文的研究工作和取得的成果主要有:(1)介绍了北斗三号基本系统采用的新技术及相应的分析方法和手段,包括北斗三号基本系统播发的新频点导航信号和电离层模型,并结合已有的评估策略,确定了用于分析北斗三号基本系统伪距单点定位性能的方法和指标。(2)为了评估北斗三号基本系统的伪距观测值质量,基于四个测站连续7天的实际观测数据,分析了北斗三号基本系统信号的基本性能,包括数据完整率、卫星的可见性、信噪比、多路径特性以及空间信号误差。结果表明:北斗三号卫星信号均未出现明显的与高度角相关的伪距误差现象;北斗三号卫星B1I和B3I信号多路径误差的均方根分别约为0.518m和0.479m,新信号B1C和B2a多路径误差的均方根分别约为0.329m和0.365m;与北斗二号卫星相比,北斗三号卫星B1I和B3I信号多路径误差的均方根分别改善15.4%和10.6%;北斗三号卫星的空间信号误差整体优于北斗二号卫星,其均方根误差在1米左右。(3)以高精度电离层格网产品为基准,评估了北斗三号基本系统的电离层模型精度,并分析了不同电离层模型对伪距单点定位精度的影响。结果表明:对于全球模型,与GPSK8模型相比,BDGIM模型的VTEC误差均方根在北半球高纬度和中纬度区域分别提高约70.3%和45.7%;对于区域模型,与北斗二号系统的Klobuchar模型相比,北斗三号基本系统Klobuchar模型的VTEC误差均方根在北半球高纬度、中纬度和低纬度区域分别提升约3.6782%、4.918%、和5.1515%;采用北斗二号系统或北斗二号联合北斗三号基本系统进行伪距单点定位时,建议选用北斗三号基本系统的Klobuchar模型;采用北斗三号基本系统的B1I、B3I和B1C频点进行伪距单点定位时建议选用BDGIM模型,B2a频点进行伪距单点定位时建议选用GPSK8模型。(4)基于实测数据,通过动态和静态两种定位模式分析了北斗三号基本系统各频点的伪距定位性能。重点探究了其静态伪距定位精度,并与北斗二号系统、北斗二号联合北斗三号基本系统的定位精度进行了对比。结果表明:北斗三号基本系统在中国区域的单频静态伪距定位的水平精度优于3m,高程精度优于5m;北斗三号基本系统的各频点静态定位精度从高到低为:B1CB2aB3IB1I;北斗二号联合北斗三号基本系统在中国区域的单频静态伪距定位的水平精度优于2m,高程精度优于3.5m;以北斗二号系统为参考,北斗二号联合北斗三号基本系统的B1I频点在水平和高程方向的静态定位精度分别提高约29.28%和14.45%,B3I频点在水平和高程方向的定位精度分别提高约29.44%和24.53%;北斗三号基本系统的B1CB2a双频静态定位精度明显优于B1IB3I双频定位精度,在水平和高程方向分别提高约113.66%和133.22%;北斗三号基本系统动态单频伪距定位水平方向的均方根误差优于10m,高程方向的均方根误差优于6m;北斗二号联合北斗三号基本系统动态单频伪距定位的水平方向均方根误差优于4.5m,高程方向的均方根误差优于3m。


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