BDS-3数据质量及SPP定位性能分析

谭理庆; 曹阳; 彭琦; 唐帅; 刘俊; 杨鑫

doi:10.12265/j.gnss.2020102802

BDS-3数据质量及SPP定位性能分析

doi: 10.12265/j.gnss.2020102802

重庆两江卫星移动通信有限公司，重庆 401120

详细信息

作者简介:
谭理庆：(1995—)，男，硕士研究生，主要从事GNSS数据处理，精密单点定位方向研究

曹阳：(1995—)，女，硕士研究生，主要从事GNSS/INS组合导航方向研究

彭琦：(1989—)，男，硕士研究生，主要从事GNSS位置服务、卫星通信方向研究

通讯作者:
彭琦 E-mail：pengqi2009@163.com

中图分类号: P228.4
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出版历程
- 收稿日期: 2020-10-28
- 网络出版日期: 2021-04-06
- 刊出日期: 2021-02-15

Data quality and SPP positioning performance analysis of BDS-3

Chongqing Liangjiang Satellite Mobile Communication Co. LTD, Chongqing 401120, China

摘要

摘要: 北斗三号（BDS-3）已完成建设，在此之际对BDS-3观测数据质量及定位性能进行研究分析是一项很有意义且必要的工作. 本文利用MGEX（Multi-GNSS Experiment）站的观测数据评估分析了BDS-3的观测数据质量及伪距单点定位精度，并同时与北斗二号（BDS-2）、GPS的定位精度进行对比分析. 结果表明：BDS-3在各测站的数据完整率都在95%以上；各频段的信噪比均值均高于45 dB·Hz，但地球静止轨道（GEO）卫星信噪比频繁大幅波动；各类型卫星的伪距多路径平均值都低于35 cm，大部分卫星的伪距观测值噪声普遍小于0.3 m. BDS-2/BDS-3组合定位精度相较于BDS-2、BDS-3均有不同幅度的提升，但在高纬度地区对BDS-3定位精度提升幅度很小. BDS-3在全球各区域均能获得水平优于3 m、高程优于4 m的定位精度，与GPS定位性能大致相当.
- 北斗三号（BDS-3） /
- GPS /
- 数据质量分析 /
- 伪距单点定位精度
Abstract: The construction of BDS-3 has been completed. At this time, it is very meaningful and necessary to carry out the study and analysis of BDS-3 data quality and positioning performance. Observation data of MGEX stations were used to assess the observation data quality and pseudorange single-point positioning accuracy of BDS-3. Meanwhile, the positioning accuracy of BDS-2 and GPS were compared with BDS-3. The results show that the data integrity rate of BDS-3 at each station is above 95%. The average signal-to-noise ratio of each frequency band is higher than 45 dB·Hz, but signal-to-noise ratio of GEO satellite fluctuates frequently. The average value multipath error of various types of BDS-3 satellites are all less than 35 cm, and the pseudorange noise of most BDS-3 satellites is generally less than 0.3 m. Compared with BDS-2 and BDS-3, the positioning accuracy of BDS-2/BDS-3 has been improved to different extents, but the improvement of BDS-3 positioning accuracy in high latitude areas is very small. BDS-3 can obtain a positioning accuracy better than 3 m and 4 m in horizontal and vertical directions in all regions of the world, which is roughly comparable to GPS positioning performance.
- BDS-3 /
- GPS /
- data quality analysis /
- SPP positioning performance

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图 1 实验选用MGEX跟踪站分布

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图 2 各测站上BDS-3、GPS数据完整率

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图 3 各测站上BDS-3(左)、GPS(右)信号频段的数据完整率

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图 4 各测站上BDS-3(左)、GPS(右)信号频段的信噪比均值

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图 5 TIT2测站BDS-3卫星信噪比

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图 6 TIT2测站上BDS-2 GEO卫星信噪比

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图 7 各测站上BDS-3(左)、GPS(右)信号频段的伪距多路径均值

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图 8 各测站上BDS-3不同类型卫星伪距多路径平均值

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图 9 TIT2(左)、KRGG(右)测站上BDS-3卫星及GPS系统的伪距观测值噪声平均值

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图 10 TIT2测站上BDS-3卫星的各频段伪距观测值噪声

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图 11 亚太及周边区域测站上BDS-2、BDS-3平均卫星可见数与PDOP均值

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图 12 各测站上BDS-3、GPS平均卫星可见数与PDOP均值

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图 13 各测站上BDS-3、GPS单频定位精度

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图 14 各测站上BDS-3、GPS双频定位精度

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表 1 BDS-3卫星星座基本信息

卫星类型	卫星编号
GEO	C59 C60 C61
IGSO	C38 C39 C40
MEO	C19 C20 C27 C28 C22 C21 C29 C30 C23 C24 C26 C25 C32 C33 C35 C34 C36 C37 C46 C45 C44 C43 C41 C42

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表 2 BDS-3信号频点

频点	频率/MHz	波长/cm	调制方式
B1C	1 575.420	19.03	BOC
B1I	1 561.098	19.20	BPSK
B2a	1 176.450	25.48	QPSK
B2b	1 207.140	24.83	SPSK
B2a+b	1 191.795	25.15	BPSK
B3I	1 268.520	23.63	BPSK

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表 3 跟踪站设备类型

接收机	固件版本	天线	跟踪站
TRIMBLE ALLOY	5.45	LEIAR25.R4	GANP KIR8 KRGG UNB3
JAVAD TRE_3	3.7.9	JAVRINGANT_DM	WUH2 LPGS TIT2 ULAB SG0C WIND SUTM ARHT GCG0

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表 4 实验SPP解算策略

项目	策略
卫星轨道误差/ 钟误差	广播星历
电离层延迟	单频（GPS Klobuchar模型改正, BDS BDGIM 模型改正）双频（无电离层组合）
对流层延迟	Saastamoinen模型改正
接收机钟差	估计
参数估计	最小二乘
随机模型	高度角定权

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表 5 BDS-3伪距单点定位精度RMS m

测站	方向	B1C	B1I	B2a	B2b	B2a+b	B3I	B1I/B2a	B1I/B3I	B2a/B3I
TIT2	水平	1.71	2.03	1.61	1.85	1.88	1.59	2.16	2.27	2.63
TIT2	高程	3.23	4.12	3.03	3.20	3.03	2.93	3.53	3.56	3.86
ULAB	水平	1.01	0.97	0.76	0.83	0.94	0.71	1.39	1.52	2.16
ULAB	高程	2.19	2.84	1.84	2.05	2.12	1.92	2.26	1.97	2.58
GANP	水平		1.89	1.56	1.74		1.52	2.05	1.93	2.49
GANP	高程		3.34	2.78	2.99		2.91	3.41	3.18	3.98

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表 6 BDS-2、BDS-3伪距单点定位精度RMS m

测站	方向	BDS-2			BDS-3			BDS-2/BDS-3
测站	方向	B1I	B3I	B1I/B3I	B1I	B3I	B1I/B3I	B1I	B3I	B1I/B3I
ULAB	水平	1.02	0.73	1.49	0.97	0.71	1.52	0.87	0.63	1.36
ULAB	高程	2.61	1.74	2.12	2.84	1.92	1.97	2.33	1.54	1.68
WUH2	水平	0.91	0.78	1.28	1.01	0.74	1.34	0.89	0.65	1.07
WUH2	高程	3.62	2.24	1.93	3.78	2.41	1.95	3.31	1.83	1.76
SG0C	水平	0.82	0.67	1.76	0.77	0.73	1.53	0.61	0.63	1.31
SG0C	高程	4.51	3.43	2.59	4.37	3.02	2.12	4.11	2.67	2.09
GCG0	水平				0.74	0.71	1.73	0.73	0.71	1.62
GCG0	高程				3.82	2.83	3.41	3.81	2.78	3.65
ARHT	水平				0.67	0.63	1.46	0.64	0.61	1.29
ARHT	高程				1.91	1.53	2.87	1.74	1.36	2.72
KRGG	水平	2.13	1.93	2.93	0.63	0.53	1.53	0.72	0.54	1.54
KRGG	高程	3.52	3.26	3.45	1.93	1.58	1.65	2.15	1.52	1.31

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