GPS-BDS的RTK定位平面精度分析

1、    gps/bds的rtk定位平面精度分析    鄧彩群金俊超摘   要：為了對(duì)比分析gps、bds、gps/bds三種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（rtk）的精度，進(jìn)行了6d的連續(xù)觀測(cè). 實(shí)地觀測(cè)結(jié)果顯示：在短基線的情況下，gps/bds 的rtk平均平面定位精度高于gps或者bds的兩倍;三種定位結(jié)果均表現(xiàn)為南北方向誤差大于東西方向; bds/gps rtk定位誤差的方向差異性較小，bds 與gps的定位誤差方向差異性基本一致，均較大;在同一衛(wèi)星系統(tǒng)下pdop值與定位精度之間沒有顯著的相關(guān)性。關(guān)鍵詞：gps/bds  rtk

2、0; 平面精度  誤差分布：p228;p207                         ：a                        ：1674-098x（2020）03（c）-0123-04abstract： in order to analyze the accuracy of the gps、bds、gps/bds r

3、tk， the selected points were repeatedly measured for 6 days. the analyzing results of the field observation data are： in the short baseline case， the horizontal accuracy of gps/bds rtk is higher than that of gps or bds. all the three positioning results show that the north-south direction error is g

4、reater than the east-west direction. the orientation difference of bds/gps rtk positioning error is smaller， that of bds and gps is roughly equal， both of which are larger. in the same satellite system， there is no significant correlation between pdop value and positioning accuracy.key words： gps/bd

5、s; rtk; horizontal accuracy; error distribution美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（gps）能夠同時(shí)為全球用戶提供連續(xù)實(shí)時(shí)和高精度的定位、測(cè)速和時(shí)間信息。它在軍事和民用方面已經(jīng)發(fā)揮了前所未有的潛能。正因如此，世界各主要國(guó)家或地區(qū)都在競(jìng)相發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我國(guó)也在2003年正式進(jìn)行bds衛(wèi)星系統(tǒng)的運(yùn)行。現(xiàn)今，bds已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，其定位精度的具體情況如何，以及其與gps組合后的定位情況都是廣大用戶關(guān)心的問題并得到了廣泛的研究1，例如odijk（2015）在澳大利亞地區(qū)對(duì)gps+bds的多種定位結(jié)果進(jìn)行了深入分析與研究2。本項(xiàng)研究對(duì)實(shí)地觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)

6、比分析gps、bds以及bds/gps的rtk的平面精度。1  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地在吉林建筑大學(xué)校園內(nèi)，地理坐標(biāo)約為=43°48n，=125°24e。觀測(cè)基線布設(shè)為300500m的短基線形式，基站架設(shè)在實(shí)驗(yàn)樓頂，移動(dòng)站架設(shè)在校圖書館南門前200m附近?；竞土鲃?dòng)站50m范圍內(nèi)沒有形成遮擋的地物，因此可最大程度獲得衛(wèi)星信號(hào)，該范圍內(nèi)也沒有強(qiáng)反射面，可很大程度上減弱多路徑效應(yīng)3。本次實(shí)驗(yàn)共觀測(cè)6d，實(shí)驗(yàn)日期分別為2018年4月23、25日gps rtk實(shí)驗(yàn);5月1、2日bds rtk實(shí)驗(yàn);4月30日、5月3日gps/bds rtk實(shí)驗(yàn)。大致觀測(cè)時(shí)間段為本地時(shí)間08：

7、0016：00。實(shí)驗(yàn)儀器為：合眾思?jí)裧10高精度全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（gnss）接收機(jī)，記錄時(shí)間間隔為5s，截止高度角為15°。實(shí)驗(yàn)過程中將流動(dòng)站接收機(jī)固定在觀測(cè)點(diǎn)上，對(duì)選定觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多次重復(fù)觀測(cè)獲取樣本數(shù)據(jù)。2  數(shù)據(jù)分析方法2.1 觀測(cè)數(shù)據(jù)分段由于導(dǎo)航衛(wèi)星具有周期性運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)周期為半個(gè)恒星日4，故在對(duì)gnss觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析前，將其觀測(cè)時(shí)間轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一恒星時(shí)，由此可對(duì)比兩個(gè)觀測(cè)日相同恒星時(shí)的定位結(jié)果，即相同衛(wèi)星星座對(duì)應(yīng)的觀測(cè)結(jié)果，由此可得到具有普遍適用性的研究結(jié)果。衛(wèi)星幾何分布在很大程度上影響gnss定位精度。因此，本項(xiàng)研究在數(shù)據(jù)分析過程中首先依據(jù)pdop值變化的節(jié)點(diǎn)將觀測(cè)

8、結(jié)果進(jìn)行分段。在兩個(gè)臨近的時(shí)間點(diǎn)上的pdop值之差大于0.2時(shí)，將其作為劃分的節(jié)點(diǎn)，綜合考慮兩天的情況后具體劃分情況見表1。在開始分段前先進(jìn)行預(yù)處理，將pdop值出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)（3min內(nèi)）跳變處做了合理化處理，處理后的pdop時(shí)間序列如圖1所示，圖中兩個(gè)觀測(cè)日pdop時(shí)間序列基本一致。2.2 誤差橢圓根據(jù)文獻(xiàn)5中的方法，統(tǒng)計(jì)分析一定時(shí)段內(nèi)gps rtk觀測(cè)點(diǎn)陣誤差橢圓的幾何要素能夠較好的量化描述其定位精度5。故本項(xiàng)研究將依據(jù)pdop值分段的觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出其誤差橢圓的幾何分量。2018年4月23日12：1313：18時(shí)間段內(nèi)的點(diǎn)位誤差數(shù)據(jù)及其誤差橢圓見圖2。在matlab中統(tǒng)計(jì)得出其誤差橢圓的

9、各幾何參量分別為：長(zhǎng)半軸為17.92mm，短半軸為7.58mm，則其點(diǎn)位誤差為19.46mm，長(zhǎng)軸坐標(biāo)方位角為140°1659。3  gps/bds rtk定位結(jié)果分析將原始觀測(cè)數(shù)據(jù)按照上述方法依據(jù)pdop值劃分，然后統(tǒng)計(jì)分析出各時(shí)段觀測(cè)數(shù)據(jù)的誤差橢圓的幾何參量，各衛(wèi)星系統(tǒng)下rtk分析結(jié)果如下。3.1 gps rtk定位精度分析2018年4月23日與4月25日兩個(gè)觀測(cè)日的觀測(cè)結(jié)果的分段情況及其統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表1。表1中兩個(gè)觀測(cè)日的pdop時(shí)間序列具有較一致的規(guī)律性變化，該規(guī)律性由gps衛(wèi)星的周期性運(yùn)行引起。在實(shí)際工程應(yīng)用中大多將pdop值作為度量測(cè)點(diǎn)精度的重要指標(biāo)，然而表中

10、4月23日第8時(shí)段的pdop值最小，為1.51.7，而其對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位誤差為22.08mm，該值為點(diǎn)位誤差序列中的第9（共11個(gè)值）;位誤差最小值為9.05mm，而其對(duì)應(yīng)的pdop值大致為1.82.3，該值為pdop序列中的第5和6。4月25日的觀測(cè)結(jié)果與之相似。顯然， pdop值與測(cè)點(diǎn)精度之間的相關(guān)性并不明顯，該結(jié)果與王雙喜（2004）得出的結(jié)論一致6。兩觀測(cè)日的點(diǎn)位誤差最小值為8.82mm，最大值為27.07mm，平均值為16.78mm，變動(dòng)方差為5.19mm。上述統(tǒng)計(jì)指標(biāo)表明gps rtk的定位精度變動(dòng)幅度較大，可見在觀測(cè)區(qū)域內(nèi)，gps|定位誤差穩(wěn)定性較一般。表中長(zhǎng)軸方向取值范圍大部分集中在

11、0°25°和140°180°兩個(gè)范圍內(nèi)，由此表明南北方向的誤差大于東西方向。并且誤差橢圓短半軸的均值約為長(zhǎng)半軸的一半，平均離心率為0.87，可見點(diǎn)位誤差在不同方向上存在較大差異。3.2 bds rtk 定位精度將2018年5月1日與5月2日兩個(gè)觀測(cè)日的bds rtk觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分段及統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果見表2。表2中兩個(gè)觀測(cè)日的pdop時(shí)間序列具有很好的規(guī)律性變化。表中的pdop值與測(cè)點(diǎn)精度也不能完全對(duì)應(yīng)。例如5月2日中第4時(shí)段的pdop值最大，而其對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)誤差卻為該觀測(cè)日中最小值。兩個(gè)觀測(cè)日的點(diǎn)位誤差最小值為16.96mm，最大值為23.00mm，平均值

12、為19.35mm，變動(dòng)方差為1.04mm。由此可見，bds rtk定位誤差的變化幅度不大，定位精度較穩(wěn)定。表中長(zhǎng)軸方向取值范圍為8°214321°2928，整體變化范圍較集中。由此可見，bds rtk定位誤差的分布方較固定，其誤差橢圓為北偏東方向，南北方向誤差同樣大于東西方向。表中誤差橢圓短半軸的均值小于為長(zhǎng)半軸的一半，平均離心率為0.89，可見點(diǎn)位誤差在不同方向上存在較大差異，與gps rtk的方向差異基本相同。3.3 bds/gps rtk定位精度將2018年4月30日與5月3日兩個(gè)觀測(cè)日的bds/gps rtk觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分段及統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果見表3。表3中pdop值

13、與測(cè)點(diǎn)精度也不能完全對(duì)應(yīng)。例如5月3日中第5時(shí)段的pdop值最小，而其對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)誤差卻大于第2時(shí)段。兩個(gè)觀測(cè)日的點(diǎn)位誤差最小值為5.95mm，最大值為9.45mm，其平均值為，7.62mm，變動(dòng)誤差為1.80mm。上述統(tǒng)計(jì)指標(biāo)顯示，bds/gps rtk定位誤差整體較小，但變動(dòng)方差并沒有隨之變小，即其定位精度得到了明顯提高，但其穩(wěn)定性卻低于bds rtk。表中長(zhǎng)軸方向取值范圍為較大，在5°291236°4819和167°5442176°4236兩個(gè)變化區(qū)間內(nèi)。由此可見bds/gps rtk定位誤差的誤差分的方向變化較大，南北方向誤差仍然大于東西方向。表中

14、誤差橢圓長(zhǎng)短半軸差異較小，其平均離心率為0.66，可見點(diǎn)位誤差在不同方向上的差異較小。4  結(jié)論本項(xiàng)研究依據(jù)實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)分析了gps/bds rtk定位精度。得出如下結(jié)論：（1）gps rtk略高于bds rtk的定位精度，而bds/gps rtk的定位精度較前兩種的定位精度提高了一倍多。（2）bds rtk定位穩(wěn)定性最高，bds/gps rtk的定位穩(wěn)定性次之，gps rtk的定位穩(wěn)定性最差。（3）bds rtk定位誤差分布方向變化較小，其誤差橢圓長(zhǎng)軸方向集中在北偏東方向，gps rtk的誤差分布方向變化較大。三種定位誤差分布均表現(xiàn)為南北方向誤差大于東西方向。單一系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)定位誤差

15、方向差異性較大，其誤差橢圓的離心率大于0.87，聯(lián)合系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)定位誤差方向差異性較小，其誤差橢圓離心率僅為0.66。（4）在同一衛(wèi)星系統(tǒng)下的動(dòng)態(tài)定位中，定位精度與pdop值之間沒有明顯的相關(guān)性;pdop值小并不意味高精度的定位結(jié)果。然而不同系統(tǒng)間，pdop值與定位精度具有較一致的對(duì)應(yīng)性。參考文獻(xiàn)1 劉邢巍，蒲德祥，高翔，等.基于gamit10.61的高精度gps/bds數(shù)據(jù)處理及精度對(duì)比分析j.全球定位系統(tǒng)，2018，43（5）：77-83.2 odijk d， zhang b， teunissen p j g . multi-gnss ppp and ppp-rtk： some gps+bds results in australiaj. lecture notes in electrical engineering， 2015（341）：613-623.3 袁林果，黃丁發(fā)，丁曉利，等.gps載波相位測(cè)量中的信號(hào)多路徑效應(yīng)影響研究j.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2004，33（3）：210-215）.4 duncan carr agnew kristine m.larson. finding the repeat times of the gps constallationj.gps solut， 2007（11）： 71-76.5 鄧彩群，劉兆禮.gps rtk點(diǎn)位測(cè)量隨機(jī)誤差二維空間