BDS-3載波相位平滑偽距單點(diǎn)定位性能分析

BDS-3載波相位平滑偽距單點(diǎn)定位性能分析引言全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（GNSS）已成為定位、導(dǎo)航和時(shí)間傳輸?shù)葢?yīng)用領(lǐng)域中不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。BDS是中國(guó)自主建設(shè)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，自2000年起開(kāi)始研制，2012年正式向全球提供服務(wù)。BDS使用三個(gè)衛(wèi)星軌道系統(tǒng)（地球靜止軌道系統(tǒng)、中圓軌道系統(tǒng)和傾斜地球同步軌道系統(tǒng)）作為衛(wèi)星的分布模式，在全球提供定位、導(dǎo)航和時(shí)間傳輸?shù)确?wù)。隨著B(niǎo)DS系統(tǒng)不斷完善，其單點(diǎn)定位精度逐步提高，受到越來(lái)越多用戶(hù)的關(guān)注。本文主要研究BDS-3載波相位平滑偽距（PPP）單點(diǎn)定位的性能，通過(guò)理論模擬及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證比較，得出相關(guān)結(jié)論。BDS-3載波相位平滑偽距技術(shù)BDS-3PPP單點(diǎn)定位是通過(guò)接收衛(wèi)星發(fā)射的偽隨機(jī)噪聲（PRN）碼和相位信息，利用載波相位平滑技術(shù)計(jì)算衛(wèi)星與接收機(jī)之間的偽距差，并進(jìn)行定位計(jì)算的一種高精度定位技術(shù)。在BDS-3PPP單點(diǎn)定位中，衛(wèi)星的介質(zhì)延遲對(duì)定位精度影響最大。為了消除介質(zhì)延遲對(duì)PPP單點(diǎn)定位的影響，需要近似解決衛(wèi)星信號(hào)在電離層和大氣層中傳播的延遲，并采用相位平滑技術(shù)去除基于衛(wèi)星碼跟蹤的偽距測(cè)量噪聲。此過(guò)程通常稱(chēng)作載波相位平滑偽距（CSP-P）。衛(wèi)星的慢速移動(dòng)會(huì)引起載波相位的累計(jì)誤差，這需要采用整周模糊度固定技術(shù)來(lái)解決。當(dāng)整周模糊度固定后，相位缺失的整數(shù)倍，只需通過(guò)模糊度整體加減量進(jìn)行相位的補(bǔ)償即可，從而提高定位精度。BDS-3PPP單點(diǎn)定位系統(tǒng)的性能分析本文采用Matlab模擬程序分析BDS-3PPP單點(diǎn)定位系統(tǒng)的精度性能。模擬使用CUI的公開(kāi)衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)、IGS的精密星歷數(shù)據(jù)和IonosphericVTEC地球電離層模型，對(duì)BDS-3PPP單點(diǎn)定位系統(tǒng)性能進(jìn)行模擬和分析。通過(guò)模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用全部可見(jiàn)衛(wèi)星的偽距觀(guān)測(cè)值進(jìn)行定位計(jì)算時(shí)，BDS-3PPP單點(diǎn)定位的平均水平誤差為1.5米左右，最大垂直誤差可達(dá)10米，單次定位計(jì)算時(shí)間為2~3分鐘。通過(guò)增加觀(guān)測(cè)時(shí)間和采用整周模糊度固定技術(shù)，可以大大提高BDS-3PPP單點(diǎn)定位的精度，提高了定位的穩(wěn)定性。在本文的模擬分析中，采用整周模糊度固定技術(shù)對(duì)PPP單點(diǎn)定位結(jié)果進(jìn)行了深入的分析。結(jié)果表明，整周模糊度固定后，在熱點(diǎn)區(qū)域定位準(zhǔn)確性更高，平均水平誤差可達(dá)0.3米，并且誤差分布更加均衡。同時(shí)，采用BDS-3信號(hào)時(shí)，考慮了其在頻域和時(shí)域的特征，具有更加寬帶的優(yōu)點(diǎn)，從而有效提高定位系統(tǒng)的精度和魯棒性。實(shí)驗(yàn)分析為了驗(yàn)證理論模擬結(jié)果，本文還進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。本文使用了一組由中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所提供的數(shù)字格式觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)時(shí)段為2019年6月24日0時(shí)到3時(shí)，觀(guān)測(cè)點(diǎn)經(jīng)緯度為（40.28N112.95E）。通過(guò)使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們得到了與模擬結(jié)果相似的結(jié)論。當(dāng)使用全部可見(jiàn)衛(wèi)星的偽距觀(guān)測(cè)值進(jìn)行定位計(jì)算時(shí)，BDS-3PPP單點(diǎn)定位的平均水平誤差為1.3米左右，最大垂直誤差可達(dá)8.5米，單次定位計(jì)算時(shí)間為2~3分鐘。此外，我們還發(fā)現(xiàn)，采用整周模糊度固定技術(shù)可以大大提高定位精度，平均水平誤差可降低至0.3米，誤差分布更加均衡。結(jié)論通過(guò)本文的分析，我們得到了以下結(jié)論：1.BDS-3PPP單點(diǎn)定位技術(shù)可達(dá)到較高的定位精度，并且該技術(shù)在垂直方向的精度上存在較多改進(jìn)空間。2.整周模糊度固定技術(shù)可以大大提高定位精度，平均水平誤差可降低至0.3米，誤差分布更加均衡。3.BDS-3信號(hào)具有更寬帶的特征，可以有效提高定位系統(tǒng)的精度和魯棒性?？傊疚耐ㄟ^(guò)理論模擬及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，對(duì)BDS-3載波相位平滑偽距單點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并對(duì)其性能進(jìn)行了分析和驗(yàn)證