BDS-3/GPS在遮挡环境下定位性能分析

杨毅; 胡洪; 解雪峰; 田香勇

doi:10.12265/j.gnss.2020120301

BDS-3/GPS在遮挡环境下定位性能分析

doi: 10.12265/j.gnss.2020120301

杨毅¹,
胡洪^1, ,,
解雪峰²,
田香勇¹

1.
安徽大学资源与环境工程学院，合肥 230601
2.
中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州 221116

详细信息

作者简介:
杨毅：（1996—），男，硕士研究生，主要研究方向为GNSS在资源环境中的应用

胡洪：（1985—），男，博士，硕士生导师，主要研究方向为北斗定位随机模型和三维激光点云数据处理

解雪峰：（1996—），男，硕士研究生，主要研究方向为多频多系统GNSS随机模型研究

通信作者:
胡洪 E-mail：huhong@ahu.edu.cn

中图分类号: P228.4
计量
- 文章访问数: 876
- HTML全文浏览量: 320
- PDF下载量: 89
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2020-12-03
- 网络出版日期: 2021-07-05
- 刊出日期: 2021-06-30

Analysis of positioning performance of BDS-3/GPS in shadow environment

1.
School of Resources and Environmental Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China
2.
School of Environment and Surveying and Mapping, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China

摘要

摘要: 针对在全球卫星导航系统(GNSS)信号易遮挡地区，单一系统可见卫星数较少，定位性能不理想甚至难以满足定位需求的问题，分析北斗三号(BDS-3)在不同区域遮挡环境下对定位性能的改善. 通过全球不同区域MGEX(Multi-GNSS Experiment)监测站的观测数据，采用GPS、BDS-3、BDS-3/GPS组合定位三种模式，在不同模拟遮挡环境下进行伪距单点定位，分析了各模式下可见卫星颗数、历元利用率、几何精度衰减因子(GDOP)值和定位精度. 结果表明：在北半球区域，相较于其他方向遮挡，GPS模式在低纬度地区南面遮挡的定位稳定性和精度最高，在中高纬度地区北面遮挡的定位稳定性和精度最高，BDS-3和BDS-3/GPS组合模式在低纬度地区各方向遮挡定位精度相当，在中纬度和中高纬度地区，北面遮挡的精度明显优于其他方向遮挡的定位精度. BDS-3/GPS组合定位模式，大大增加了可见卫星颗数，历元利用率提高，卫星空间几何结构改善，GDOP值降低，稳定性和定位精度明显优于单系统.
- 北斗三号(BDS-3) /
- 全球定位系统(GPS) /
- 组合定位 /
- 遮挡环境 /
- 几何精度衰减因子(GDOP) /
- 定位精度
Abstract: In areas where GNSS signals are easily sheltered, the number of visible satellites in a single navigation system is small, and the positioning performance is not ideal or even difficult to meet the requrements of positioning needs. In this paper, the improvement of BDS-3's positioning performance in shadow environments is analyzed in different area. Based on the observation data of MGEX monitoring stations in different regions of the world, three modes of GPS, BDS-3, and BDS-3/GPS combined positioning are used to perform pseudo-range single-point positioning under different simulated shadow environments, and the number of visible satellites in each mode is analyzed, together with epoch utilization, GDOP value and positioning accuracy. The results show that in the northern hemisphere, compared to shadow in other direction, the GPS mode has the highest positioning stability and accuracy in the south of low latitudes, and the highest positioning stability and accuracy in the north of the middle and high latitudes. BDS-3 and BDS-3/GPS mode has the same positioning accuracy in all directions in low latitude areas. In mid-latitude and mid-high latitude areas, the accuracy of north shadowed is significantly better when shadow is in the north direction than that of other directions. The BDS-3/GPS combined positioning mode greatly increases the number of available satellites, improves the epoch utilization rate, improves the satellite spatial geometry, and reduces the GDOP value, which is significantly better than a single system in stability and positioning accuracy.
- BDS-3 /
- GPS /
- combination positioning /
- shadow environment /
- GDOP /
- positioning accuracy

HTML全文

图 1 所选MGEX站全球分布图

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 北面轻度遮挡可见卫星颗数

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 北面轻度遮挡GDOP值

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 E方向偏差序列

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 N方向偏差序列

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 U方向偏差序列

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 位置偏差序列

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 WUH2站不同遮挡情况定位分析

遮挡情况/（°）	GPS				BDS-3				BDS-3/GPS
遮挡情况/（°）	历元数	平均卫星颗数	GDOP	RMS/m	历元数	平均卫星颗数	GDOP	RMS/m	历元数	平均卫星颗数	GDOP	RMS/m
N40	2643	5.3	6.02	3.79	2880	8.7	4.26	2.47	2880	13.8	2.80	2.07
N60	1663	4.5	8.08	5.87	2880	7.3	5.78	2.72	2880	11.2	3.77	2.19
N80	746	4.2	9.86	6.31	2873	6.0	9.52	5.25	2880	9.0	4.87	2.98
E40	2665	5.0	7.25	4.96	2880	8.3	4.26	2.60	2880	13.2	2.97	2.40
E60	1685	4.4	10.20	7.95	2871	6.3	7.49	3.88	2880	10.2	4.75	3.13
E80	797	4.3	11.27	10.15	2581	5.4	9.41	5.78	2880	8.5	6.24	4.68
S40	2696	5.3	6.10	4.10	2880	7.5	4.28	2.84	2880	12.6	2.78	2.22
S60	2187	4.6	7.65	5.61	2438	5.3	9.57	4.34	2880	9.4	4.36	2.86
S80	1667	4.5	8.43	6.26	1971	4.5	11.02	5.49	2864	8.1	5.68	5.26
W40	2744	5.4	6.43	3.83	2880	7.8	4.13	2.54	2880	13.1	2.82	2.03
W60	2 008	4.5	10.93	7.34	2880	6.1	6.65	3.75	2880	10.3	4.06	2.69
W80	1330	4.4	12.12	8.58	2368	5.1	9.18	5.03	2880	8.6	5.51	5.03

下载: 导出CSV

表 2 STHL站不同遮挡情况定位分析

遮挡情况/（°）	GPS				BDS-3				BDS-3/GPS
遮挡情况/（°）	历元数	平均卫星颗数	GDOP	RMS/m	历元数	卫星平均数	GDOP	RMS/m	历元数	平均卫星颗数	GDOP	RMS/m
N40	2759	5.8	5.27	3.73	2633	4.8	8.11	3.44	2880	10.5	3.01	2.30
N60	2468	5.1	6.66	5.30	1814	4.2	12.00	4.47	2880	8.9	3.93	3.20
N80	2268	4.7	7.56	6.29	1174	4.0	13.46	5.98	2877	8.1	4.78	3.58
E40	2740	5.6	6.06	4.57	2498	4.7	8.25	3.61	2880	10.1	3.14	2.50
E60	2253	4.7	8.25	7.11	1571	4.2	10.42	3.99	2880	8.1	4.46	4.43
E80	1720	4.4	9.12	8.20	891	4.1	10.48	4.48	2880	7.2	5.16	5.84
S40	2654	5.5	6.67	5.25	2300	4.7	8.09	3.63	2880	9.8	3.07	2.24
S60	1680	4.7	9.56	8.03	831	4.0	11.04	5.90	2839	7.2	4.99	3.45
S80	1165	4.4	9.98	8.59	318	4.0	11.93	8.09	2755	6.4	5.66	4.55
W40	2824	5.6	5.94	3.79	2430	4.7	8.13	3.92	2880	10.1	3.26	2.56
W60	2248	4.7	7.08	5.88	1455	4.2	10.01	4.76	2880	8.0	4.37	3.78
W80	1 971	4.4	7.19	6.32	688	4.0	10.46	5.23	2863	7.2	5.26	5.34

下载: 导出CSV

表 3 CUSV站不同遮挡情况定位分析

遮挡情况/（°）	GPS				BDS-3				BDS-3/GPS
遮挡情况/（°）	历元数	平均卫星颗数	GDOP	RMS/m	历元数	卫星平均数	GDOP	RMS/m	历元数	平均卫星颗数	GDOP	RMS/m
N40	2690	5.3	7.15	5.61	2880	8.9	3.63	1.96	2880	14.1	2.48	1.66
N60	1858	4.6	9.40	6.73	2880	7.1	5.88	2.31	2880	11.2	3.76	2.09
N80	1287	4.3	9.02	6.05	2849	6.4	7.03	2.65	2880	9.9	4.14	2.34
E40	2689	5.5	6.50	4.82	2880	8.8	3.07	1.82	2880	14.2	2.27	1.79
E60	2087	4.8	8.21	7.44	2779	6.3	5.58	2.72	2880	10.6	3.39	2.52
E80	1615	4.6	8.33	7.18	2655	5.3	7.38	3.32	2880	9.1	3.90	3.20
S40	2801	5.7	5.93	3.36	2880	8.8	3.76	2.01	2880	14.4	2.50	1.86
S60	2517	4.9	7.71	4.78	2866	6.5	6.78	2.59	2880	11.2	3.47	2.10
S80	2199	4.7	8.40	6.33	2438	5.2	10.34	4.00	2880	9.3	4.39	2.62
W40	2610	5.6	5.99	3.78	2880	8.9	3.91	2.01	2880	14.3	2.54	1.70
W60	1 999	4.9	7.29	5.96	2880	7.4	4.68	2.20	2880	11.8	3.03	1.91
W80	1764	4.5	7.96	8.03	2823	6.2	6.05	2.79	2880	10.0	3.57	2.10

下载: 导出CSV

表 4 ULAB站不同遮挡情况定位分析

遮挡情况/（°）	GPS				BDS-3				BDS-3/GPS
遮挡情况/（°）	历元数	平均卫星颗数	GDOP	RMS/m	历元数	卫星颗数	GDOP	RMS/m	历元数	平均卫星颗数	GDOP	RMS/m
N40	2710	5.4	6.20	3.82	2880	8.3	4.18	2.75	2879	13.6	2.77	2.31
N60	2103	4.7	7.86	5.51	2880	7.5	5.39	3.39	2879	11.7	3.62	2.54
N80	1497	4.4	7.64	5.88	2867	6.6	6.77	3.88	2879	10.2	4.11	2.67
E40	2652	5.5	5.73	4.00	2880	7.1	5.23	2.86	2879	12.4	2.80	2.04
E60	2255	4.8	8.63	7.94	2852	6.0	7.11	3.78	2878	10.5	4.11	2.77
E80	1556	4.2	11.60	9.65	2315	5.3	9.69	6.22	2827	8.8	5.71	4.20
S40	2654	5.7	5.53	4.12	2829	6.0	5.52	2.70	2880	11.6	2.67	1.93
S60	2248	5.0	8.12	6.70	2446	5.0	8.57	3.89	2880	9.4	4.36	3.66
S80	1585	4.8	8.65	7.39	1380	4.4	11.58	5.22	2803	7.8	6.88	5.48
W40	2860	5.5	5.39	3.22	2880	7.2	5.27	3.98	2880	12.7	2.64	2.30
W60	2242	4.8	9.18	5.96	2804	6.3	6.86	4.76	2880	10.7	3.94	3.06
W80	1445	4.4	12.70	8.91	2517	5.6	8.95	6.45	2880	9.2	5.54	4.31

下载: 导出CSV

参考文献(17)

[1]	布金伟, 左小清, 金立新, 等. BDS/QZSS及其组合系统在中国和日本及周边地区的定位性能评估[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2020, 45(4): 574-585, 611.
[2]	CAI C S, GAO Y, PAN L, et al. An analysis on combined GPS/COMPASS data quality and its effect on single point positioning accuracy under different observing conditions[J]. Advances in space research, 2014, 54(5): 818-829. DOI: 10.1016/j.asr.2013.02.019
[3]	杨元喜. 北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J]. 测绘学报, 2010, 39(1): 1-6.
[4]	方欣颀, 范磊. BDS-2/BDS-3伪距单点定位精度分析[J]. 全球定位系统, 2020, 45(1): 19-25.
[5]	杨武召, 阮仁桂, 孙中苗, 等. BDS-3伪距定位精度分析[C]//第十届中国卫星导航年会, 2019.
[6]	杨元喜, 许扬胤, 李金龙, 等. 北斗三号系统进展及性能预测—试验验证数据分析[J]. 中国科学(地球科学), 2018, 48(5): 584-594.
[7]	余晓娜, 王超, 左小清, 等. 不同截止高度角下BDS/GPS/GALILEO多模组合SPP解算性能分析[J]. 全球定位系统, 2018, 43(5): 91-97, 111.
[8]	徐宁辉, 陆杰, 梁月吉. 单系统伪距单点定位在不同地区的精度分析[J]. 全球定位系统, 2019, 44(5): 77-84.
[9]	景一帆, 杨元喜, 曾安敏, 等. 北斗区域卫星导航系统定位性能的纬度效应[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2017, 42(9): 1243-1248.
[10]	唐卫明, 徐坤, 金蕾, 等. 北斗/GPS组合伪距单点定位性能测试和分析[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2015, 40(4): 529-533.
[11]	张乾坤, 刘小生, 何琦敏. BDS-3多频点伪距单点定位性能研究[J]. 测绘通报, 2020(1): 71-75.
[12]	崔立鲁, 杜石, 余寒, 等. BDS/GPS组合伪距单点定位性能分析与评价[J]. 测绘工程, 2019, 28(2): 13-16, 21.
[13]	北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件-公开服务信号B1I(3.0 版)[R]. 北京: 中国卫星导航系统管理办公室, 2019.
[14]	王涛. GPS/GLONASS/BDS多模融合伪距单点定位模型精度分析[J]. 全球定位系统, 2017, 42(3): 32-37.
[15]	张强, 赵齐乐, 章红平, 等. 北斗卫星导航系统Klobuchar模型精度评估[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2014, 39(2): 142-146.
[16]	周仁宇, 胡志刚, 苏牡丹, 等. 北斗全球系统广播电离层模型性能初步评估[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2019, 44(10): 1457-1464.
[17]	TEUNISSEN P J G, MONTENBRUCK O. Springer Handbook of Global Navigation Satellite Systems[M]. Earth Science and Geography, 2017.