亚太地区BDS-3/GNSS组合系统单频单点定位性能分析

管庆林; 樊春明; 王俊杰

doi:10.12265/j.gnss.2022042

亚太地区BDS-3/GNSS组合系统单频单点定位性能分析

doi: 10.12265/j.gnss.2022042

管庆林^{1, 2,},
樊春明^{1, 2, ,},
王俊杰^1,

1.
闽江学院地理与海洋学院, 福建福州, 350108
2.
闽江学院卫星导航与空间信息工程研究院, 福建福州, 350108

基金项目: 福建省自然科学基金项目(2021J05205)；闽江学院科技项目(MYK21010)

详细信息

通讯作者:
樊春明(1961−)，男，博士，教授，主要研究方向为卫星定位与导航用. E-mail：cugqlguan1006@163.com

中图分类号: P2228.1
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2022-03-21
- 网络出版日期: 2022-11-14

Single-frequency single-point positioning performance analysis of combined BDS-3/GNSS systems in Asia-Pacific

GUAN Qinglin^{1, 2
,},
FAN Chunming^{1, 2
, ,},
WANG Junjie^1
,

1.
College of Geography and Oceanography, Minjiang University, Fuzhou 350108, China
2.
Institute of Satellite Navigation and Space Information Engineering, Minjiang University, Fuzhou 350108, China

摘要

摘要: 针对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)向全球提供定位、导航和授时(PNT)服务后的定位性能评估问题，基于MGEX (Multi-GNSS Experiment) WHU2站7天实测数据，从可视卫星数、几何精度衰减因子(GDOP)、定位精度、定位成功率和伪距残差方面分析了BDS-3及BDS/GNSS组合伪距单点定位(SPP)性能. 结果表明：在亚太地区，BDS-3具有比美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo更优的SPP性能，其水平、垂直和三维精度分别为1.19 m、2.34 m、2.38 m，三维精度比北斗二号卫星导航系统(BDS-2)、GPS、GLONASS和Galileo 的SPP精度分别提升了54.8%、27.2%、86.4%和1.2%. 此外，BDS/GPS/Galileo组合能获得最优的SPP精度，其水平、垂直和三维精度分别为0.96 m、1.66 m、1.77 m，相较于BDS-2/BDS-3 SPP分别提升了18.6%、19.4%和17.3%.
- 北斗三号卫星导航系统(BDS-3) /
- 全球卫星导航系统(GNSS) /
- MGEX (Multi-GNSS Experiment) /
- 伪距单点定位(SPP) /
- 定位精度
Abstract: BeiDou-3 Navigation Satellite System (BDS-3) has provided positioning navigation and timing (PNT) services for users worldwide. This paper analyzed the single-frequency single-point positioning (SPP) performance of BDS-3 and its combination with other Global Navigation Satellite System (GNSS) in terms of the mean number of visible satellites, geomettic dilution of precision (GDOP), positioning accuracy, positioning success ratio and pseudo-range residuals using 7 day observations collected at MGEX WHU2 station. The results show that, in the Asia-Pacific region, the RMS of BDS-3 SPP results is 1.19 m, 2.34 m, and 2.38 m in horizontal, vertical and three-dimensional (3D), respectively, the performance of BDS-3 SPP is better that the GPS, GLONASS and Galileo. The 3D accuracy of BDS-3 SPP is improved by 54.8%, 27.2%, 86.4% and 1.2%, respectively, compared with the BDS-2, GPS, GLONASS and Galileo SPP. The accuracy of the combined BDS/GPS/Galileo SPP is 0.96 m, 1.66 m and 1.77 m in horizontal, vertical and 3D, respectively, which is the best among the multi-GNSS SPP. Compared with the BDS SPP results, the accuracy of the combined BDS/GPS/Galileo SPP is improved by 18.6%, 19.4%, and 17.3% in horizontal, vertical and 3D, respectively.
- BeiDou-3 Navigation Satellite System (BDS-3) /
- Global Navigation Satellite System (GNSS) /
- MGEX /
- single frequency single point positioning (SPP) /
- positioning accuracy

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图 1 2021年5月2日WHU2站各卫星系统可视卫星数分布

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图 2 WHU2站单系统单频SPP水平误差分布

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图 3 WHU2站单系统单频SPP垂直误差分布

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图 4 WHU2站BDS/GNSS组合单频SPP水平误差

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图 5 WHU2站BDS/GNSS组合SPP垂直误差

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表 1 单频SPP数据处理策略

SPP模型	数据类型与方法	参数设置	参数/模型
伪距观测值	L1、B1I、G1、E1	截止高度角	10°
卫星轨道与钟差	广播星历	对流层延迟改正	Saastamoiene模型^[18]
观测值定权	高度角定权	电离层延迟改正	Klobuchar模型^[19]
接收机位置与钟差	高斯迭代-最小二乘估计	卫星钟差改正	广播星历TGD

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表 2 WHU2站2021年5月2日至8日各卫星系统平均可视卫星数和平均GDOP

卫星系统	PRN	平均可视卫星颗数	平均 GDOP
GPS	(31颗)G01~G10，G12~G32	7.0	3.1
GLONASS	(24颗)R01~R24	5.1	5.3
Galileo	(24颗)E01~E05，E07~E09，E11~E15，E18，E19，E21，E24~E27，E30，E31，E33，E36	6.0	3.9
BDS-3	(27颗)C19~C30，C32~C46	8.5	2.4
BDS-2	(14颗)C01~C04，C06~C14，C16	10.0	3.7

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表 3 2021年5月2日至8日WHU2站单系统单频SPP结果统计

卫星系统	定位精度RMS/m (1σ)			定位成功率/%	伪距残差RMS/m	BDS-3改善率/%
卫星系统	水平	垂直	三维	定位成功率/%	伪距残差RMS/m	BDS-3改善率/%
BDS-3	1.19	2.34	2.38	100.0	0.36	-
GPS	1.60	3.23	3.27	96.1	0.49	27.2
GLONASS	8.93	15.56	17.56	67.1	8.14	86.4
Galileo	1.40	2.31	2.41	91.7	0.67	1.2
BDS-2	1.92	5.26	5.27	78.4	0.44	54.8

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表 4 2021年5月2日至8日WHU2站BDS/GNSS组合单频SPP结果统计

卫星系统	定位精度RMS/m			定位成功率/%	伪距残差/m	比BDS-3改善率/%	比BDS改善率/%
卫星系统	水平	垂直	三维	定位成功率/%	伪距残差/m	比BDS-3改善率/%	比BDS改善率/%
BDS-2/BDS-3	1.18	2.06	2.14	100	0.49	10.1	-
BDS/GPS	1.00	1.91	2.01	100	0.62	15.5	6.1
BDS/GLONASS	1.28	2.49	2.79	100	1.26	−17.2	−30.4
BDS/Galileo	1.07	1.70	1.79	100	0.57	24.8	16.4
BDS/GPS/GLONASS	1.02	2.04	2.35	100	1.17	1.3	−9.8
BDS/GPS/Galileo	0.96	1.66	1.77	100	0.60	25.6	17.3
BDS/GLONASS/Galileo	1.13	1.87	2.19	100	1.14	8.0	−2.3
BDS/GPS/GLONASS/Galileo	0.99	1.78	2.09	100	1.09	12.2	2.3

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