北斗三号新频点(B1C/B2a)单历元RTK定位性能分析

陶振强; 陈健; 赵兴旺; 刘超; 刘春阳

doi:10.12265/j.gnss.2022195

北斗三号新频点(B1C/B2a)单历元RTK定位性能分析

doi: 10.12265/j.gnss.2022195

陶振强^{1, 2, 3,},
陈健^{1, 2, 3, ,},
赵兴旺^{1, 2, 3,},
刘超^{1, 2, 3,},
刘春阳^{1, 2, 3,}

1.
安徽理工大学空间信息与测绘工程学院, 安徽淮南 232001
2.
安徽理工大学矿山采动灾害空天地协同监测与预警安徽普通高校重点实验室, 安徽淮南 232001
3.
安徽理工大学矿区环境与灾害协同监测煤炭行业工程研究中心, 安徽淮南 232001

基金项目: 大学生创新创业计划项目(S202110361256)；安徽省自然科学基金(2108085QD171，2208085MD101)；安徽高校自然科学研究重点项目(KJ2021A0443)；安徽理工大学高层次人才科研启动基金

详细信息

作者简介:
陶振强：(2001—)，男，主要研究方向为GNSS定位及其应用

陈健：(1993—)，男，博士，主要研究方向为多频多模GNSS定位

赵兴旺：(1982—)，男，博士，教授，主要研究方向为GNSS定位理论与应用

刘超：(1985—)，男，博士，副教授，主要研究方向为GNSS+多传感器的灾害监测理论与方法

刘春阳：(1991—)，男，博士，主要研究方向为时空大数据与深度学习

通信作者:
陈　健 E-mail：CJ_19930815@163.com

中图分类号: P228.41
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出版历程
- 收稿日期: 2022-10-28
- 录用日期: 2022-10-28
- 网络出版日期: 2023-04-24

Positioning performance analysis of single epoch RTK with Beidou-3 new frequency point (B1C/B2a)

TAO Zhenqiang^{1, 2, 3
,},
CHEN Jian^{1, 2, 3
, ,},
ZHAO Xingwang^{1, 2, 3
,},
LIU Chao^{1, 2, 3
,},
LIU Chunyang^{1, 2, 3
,}

1.
School of Spatial Information and Geomatics Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China
2.
Key Laboratory of Aviation-aerospace-ground Cooperative Monitoring and Early Warning of Coal Mining-induced Disasters of Anhui Higher Education Institutes, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China
3.
Coal Industry Engineering Research Center of Mining Area Environmental And Disaster Cooperative Monitoring, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China

摘要

摘要: 北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)新频点B1C/B2a有效增加了北斗卫星导航系统(BDS)多频组合定位的多样性，并提升了定位性能. 为系统地评估BDS-3新频点实时动态(RTK)定位性能，选取6个MGEX (Multi-GNSS Experiment)测站构成三条基线，设计了BDS-3 B1I/B3I/B1C/B2a/B2b五种单频方案，BDS-2 B1I+B2I、BDS-2 B1I+B3I、BDS-3 B1C+B2a、BDS-3 B1I+B3I、BDS-2/BDS-3 B1I+B3I五种双频非组合方案和BDS-3 B1I+B3I+B1C+B2a+B2b五种频非组合方案进行RTK解算试验. 试验结果表明：当基线长度不超过25 km时，在静态模式下，东 (E)、北(N)和天顶(U)方向的BDS-3新频点B1C/B2a单频定位精度分别优于2.85 cm、1.67 cm和4.02 cm，双频定位精度分别优于1.63 cm、1.33 cm和3.26 cm，五频定位精度分别优于2.04 cm、1.12 cm和3.17 cm；在动态模式下， E、N和U方向的新频点单频定位精度分别优于3.03 cm、1.45 cm和6.49 cm，双频定位精度分别优于1.92 cm、0.95 cm和6.71 cm，五频定位精度分别优于2.32 cm、0.91 cm和4.89 cm. 两种模式下BDS-3新频点B1C+B2a与旧频点B1I+B3I双频定位精度相当，均优于BDS-2 B1I+B2I与B1I+B3I双频定位精度，同时BDS-3五频非组合方案定位精度与稳定性均优于单频和双频非组合方案.
- 北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3) /
- 新频点 /
- 实时动态(RTK) /
- 单历元 /
- 精度评定
Abstract: The design of new frequency points (B1C/B2a) for BDS-3 effectively increases the diversity of multi-frequency combination positioning as well as improves the positioning performance of the BDS system. To systematically evaluate the RTK positioning performance of the new frequency point for BDS-3, 6 MGEX tracking stations were selected to form three baselines. Five single-frequency schemes of BDS-3 B1I/B3I/B1C/B2a/B2b, five dual-frequency uncombined schemes of BDS-2 B1I+B2I, BDS-2 B1I+B3I, BDS-3 B1C+B2a, BDS-3 B1I+B3I, BDS-2/BDS-3 B1I+B3I and a five-frequency uncombined scheme of BDS-3 B1I+B3I+B1C+B2a+B2b were designed for real-title kinematic(RTK) solving tests. When the baseline length does not exceed 25 km, the test results show that, in static mode, in east (E), north (N) and up (U) directions, the single-frequency positioning accuracy of BDS-3 new frequency point B1C/B2a is better than 2.85 cm, 1.67 cm and 4.02 cm respectively, and the dual-frequency positioning accuracy is better than 1.63 cm, 1.33 cm and 3.26 cm respectively, and the five-frequency positioning accuracy is better than 2.04 cm, 1.12 cm and 3.17 cm respectively; in kinematic mode, in E, N and U directions, the single-frequency positioning accuracy is better than 3.03 cm, 1.45 cm and 6.49 cm respectively, and the dual-frequency positioning accuracy is better than 1.92 cm, 0.95 cm and 6.71 cm respectively, and the five-frequency positioning accuracy is better than 2.32 cm, 0.91 cm and 4.89 cm respectively. The dual frequency positioning accuracy of BDS-3 new frequency point B1C+B2a and old frequency point B1I+B3I are compared in both modes, and are both better than that of the the BDS-2 B1I+B2I and B1I+B3I dual frequency. In addition, the positioning accuracy and stability of BDS-3 five-frequency uncombined scheme are better than single-frequency and dual-frequency uncombined schemes.
- BeiDou Navigation Satellite System (BDS-3) /
- new frequency points /
- real-time kinematic (RTK) /
- single epoch /
- accuracy assessment

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图 1 MGEX测站位置分布

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图 2 KIR8测站DOY第2天观测卫星数与PDOP值

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图 3 单频静态模式下各方案E、N、U方向定位精度

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图 4 单频动态模式下各方案E、N、U方向定位精度

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图 5 基线KIR8-KIRU单频静态模式各方案Ratio值

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图 6 基线KIR8-KIRU单频动态模式各方案Ratio值

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图 7 基线KIR8-KIRU单频静态模式各方案相位残差

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图 8 基线KIR8-KIRU单频动态模式各方案相位残差

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图 9 双频静态模式下各方案E、N、U方向定位精度

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图 10 双频动态模式下各方案E、N、U方向定位精度

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图 11 基线KIR8-KIRU双频静态模式各方案Ratio值

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图 12 基线KIR8-KIRU双频动态模式各方案Ratio值

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图 13 基线KIR8-KIRU双频静态模式各方案相位残差

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图 14 基线KIR8-KIRU双频动态模式各方案相位残差

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图 15 五频静态、动态模式下三条基线E、N、U方向定位精度

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图 16 基线KIR8-KIRU五频静态与动态模式Ratio值

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表 1 MGEX测站基本信息

测站名称	跟踪北斗信号
KIR8	B1I、B2I、B3I、B1C、B2a、B2b
KIRU	B1I、B2I、B3I、B1C、B2a、B2b
JFNG	B1I、B2I、B3I、B1C、B2a、B2b
WUH2	B1I、B2I、B3I、B1C、B2a、B2b、B2a+b
BIK0	B1I、B2I、B3I、B1C、B2a
POL2	B1I、B2I、B3I、B1C、B2a、B2b

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表 2 试验方案

单频定位试验	双频定位试验	多频定位实验
BDS-3 B1I	BDS-2 B1I+B2I	BDS-3 B1I+B3I+B1C+B2a+B2b
BDS-3 B3I	BDS-2 B1I+B3I
BDS-3 B1C	BDS-3 B1I+B3I
BDS-3 B2a	BDS-3 B1C+B2a
BDS-3 B2b	BDS-2/BDS-3 B1I+B3I

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表 3 相对定位解算策略

解算参数	处理方案
高度截止角/(°)	7
数据采样间隔/s	30
卫星轨道与钟差	广播星历
电离层延迟修正	Klobuchar模型
对流层延迟修正	Saastamoinen模型
天线相位中心修正	igs14.atx
参数估计	Kalman

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表 4 三条基线移动站各天平均可视卫星数

测站	系统	DOY							均值/颗
测站	系统	2	3	4	5	6	7	8	均值/颗
KIR8	BDS-2	4.2	4.0	4.2	4.2	4.3	4.4	4.3	4.2
KIR8	BDS-3	10.6	10.6	10.6	10.6	10.7	10.8	10.6	10.6
WUH2	BDS-2	6.2	6.4	6.5	6.5	6.7	6.5	6.3	6.4
WUH2	BDS-3	10.3	10.4	10.5	10.6	10.6	10.6	10.5	10.5
POL2	BDS-2	5.2	5.2	5.4	5.7	5.7	5.6	5.4	5.4
POL2	BDS-3	10.4	10.5	10.2	10.5	10.5	10.6	10.5	10.4

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表 5 单频静态模式下各方案定位精度与模糊度固定率

频点	KIR8-KIRU				WUH2-JFNG				POL2-BIK0
频点	E/cm	N/cm	U/cm	Rate/%	E/cm	N/cm	U/cm	Rate/%	E/cm	N/cm	U/cm	Rate/%
B1I	0.56	0.57	0.63	97.53	1.33	0.72	1.42	99.43	0.62	0.97	4.26	99.59
B3I	0.47	0.16	0.92	98.49	1.22	1.04	1.41	99.05	0.72	0.78	2.57	99.48
B1C	0.56	0.40	0.94	98.56	1.09	0.63	1.24	99.57	0.56	0.93	3.78	99.74
B2a	0.47	0.40	0.59	99.31	2.85	1.28	1.99	96.40	0.60	1.67	4.02	99.03
B2b	0.45	0.28	0.78	98.69	-	-	-	-	-	-	-	-

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表 6 单频动态模式下各方案定位精度与模糊度固定率

频点	KIR8-KIRU				WUH2-JFNG				POL2-BIK0
频点	E/cm	N/cm	U/cm	Rate/%	E/cm	N/cm	U/cm	Rate/%	E/cm	N/cm	U/cm	Rate/%
B1I	0.66	0.61	2.19	92.33	1.85	0.75	1.85	98.81	0.36	0.65	5.73	96.56
B3I	0.56	0.19	2.09	99.03	2.16	1.24	2.15	98.87	0.29	0.72	8.21	93.94
B1C	0.66	0.35	2.58	91.89	1.82	0.64	1.80	98.78	0.35	0.69	5.75	96.76
B2a	0.70	0.23	2.47	99.52	3.03	1.45	2.92	95.27	0.19	0.77	6.49	93.58
B2b	0.81	0.14	4.28	97.11	-	-	-	-	-	-	-	-

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表 7 双频静态模式下各方案定位精度与模糊度固定率

频点	KIR8-KIRU				WUH2-JFNG				POL2-BIK0
频点	E/cm	N/cm	U/cm	Rate/%	E/cm	N/cm	U/cm	Rate/%	E/cm	N/cm	U/cm	Rate/%
BDS-2 B1I+B2I	0.82	0.50	1.36	96.26	3.32	1.40	4.20	89.33	0.75	1.63	4.32	94.89
BDS-2 B1I+B3I	0.66	0.40	1.56	98.25	3.21	0.91	4.39	94.51	0.84	1.51	4.28	91.04
BDS-3 B1I+B3I	0.51	0.19	0.65	99.00	1.56	0.96	1.68	97.65	0.50	0.80	2.36	99.94
BDS-3 B1C+B2a	0.45	0.44	0.58	98.97	1.63	0.79	1.32	96.96	0.49	1.33	3.26	99.08
BDS-2/BDS-3 B1I+B3I	0.49	0.20	0.63	99.12	1.26	0.91	1.39	97.01	0.45	0.75	2.13	99.98

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表 8 双频动态模式下各方案定位精度与模糊度固定率

频点	KIR8-KIRU				WUH2-JFNG				POL2-BIK0
频点	E/cm	N/cm	U/cm	Rate/%	E/cm	N/cm	U/cm	Rate/%	E/cm	N/cm	U/cm	Rate/%
BDS-2 B1I+B2I	24.55	16.82	35.83	86.04	44.53	10.84	23.94	70.67	1.46	7.46	24.57	87.01
BDS-2 B1I+B3I	26.70	18.13	44.67	89.75	10.56	2.23	13.55	94.11	6.02	9.46	38.39	74.24
BDS-3 B1I+B3I	0.56	0.31	3.01	98.38	1.72	0.92	1.78	98.84	0.10	0.45	6.10	95.02
BDS-3 B1C+B2a	0.65	0.34	2.81	98.88	1.92	0.70	1.77	97.64	0.28	0.95	6.71	95.55
BDS-2/BDS-3 B1I+B3I	0.58	0.28	1.83	98.36	1.67	0.94	1.93	98.91	0.25	0.30	4.01	97.53

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表 9 五频静态、动态模式下三条基线定位精度与模糊度固定率

频点	模式	KIR8-KIRU				WUH2-JFNG				POL2-BIK0
频点	模式	E/cm	N/cm	U/cm	Rate%	E/cm	N/cm	U/cm	Rate%	E/cm	N/cm	U/cm	Rate%
BDS-3 B1I+B3I+ B1C+B2a+B2b	静态模式	0.46	0.43	0.38	99.17	2.04	0.90	1.68	98.37	0.47	1.12	3.17	92.89
BDS-3 B1I+B3I+ B1C+B2a+B2b	动态模式	0.73	0.43	1.97	96.79	2.32	0.91	2.61	98.96	0.18	0.82	4.89	94.29

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