北斗星基增強(qiáng)與星基PPP原理及性能

摘要：本文旨在深入分析BDSBAS和PPP-B2b基本原理和性能的基礎(chǔ)上，論證統(tǒng)籌建設(shè)BDSBAS和PPP-B2b的可行性，給出BDSBAS和PPP-B2b綜合發(fā)展的策略及優(yōu)化方法。

星基增強(qiáng)服務(wù)（BDSBAS）和精密單點(diǎn)定位服務(wù)（PPP-B2b）是BDS-3的兩種嵌入式星基增強(qiáng)服務(wù)，它們是BDS-3的重要組成部分，也是BDS-3的兩項(xiàng)特色服務(wù)內(nèi)容。兩者本質(zhì)上均屬于差分增強(qiáng)服務(wù)，其中BDSBAS為偽距差分增強(qiáng)，而PPP-B2b服務(wù)為載波相位差分增強(qiáng)，這使得兩者的改正產(chǎn)品非常相似，基本原理也非常相近。

本文旨在深入分析BDSBAS和PPP-B2b基本原理和性能的基礎(chǔ)上，論證統(tǒng)籌建設(shè)BDSBAS和PPP-B2b的可行性，給出BDSBAS和PPP-B2b綜合發(fā)展的策略及優(yōu)化方法。

一、BDSBAS服務(wù)性能

采用北京、三亞、拉薩、且末、上海、西安和昆明站數(shù)據(jù)進(jìn)行了BDSBAS的精度評(píng)定，結(jié)果表明，BDSBAS單頻定位性能滿(mǎn)足國(guó)際民航一類(lèi)精密進(jìn)近要求，水平定位精度好于2.1m（95%統(tǒng)計(jì)精度），高程定位精度好于3.5m（95%統(tǒng)計(jì)精度）。其中，中國(guó)周邊地區(qū)定位精度略低，主要原因?yàn)榈孛姹O(jiān)測(cè)站僅限于中國(guó)境內(nèi)，電離層模型的連續(xù)性相對(duì)較差。

表1 BDSBAS單頻和雙頻服務(wù)定位精度

二、BDS-3 PPP-B2b服務(wù)性能

哈爾濱測(cè)繪儀器公司提示您選擇iGMAS測(cè)站北京站（BJF1）、上海站（SHA1）、昆明站（KUN）和MGEX武漢站（WUH2）五天觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)BDS-3PPP-B2b動(dòng)態(tài)PPP定位性能進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明，基于PPP-B2b改正的BDS-3實(shí)時(shí)PPP可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分米級(jí)的定位精度，其收斂后水平定位精度優(yōu)于15cm，高程方向定位精度優(yōu)于20cm。若要求定位精度好于水平0.3m、高程0.6m，則收斂時(shí)間一般小于20min。

表2 BDS-3 PPP-B2b動(dòng)態(tài)定位性能

三、BDS-3 PPP-B2b服務(wù)與IGS實(shí)時(shí)PPP的比較

BDS-3 PPP-B2b服務(wù)和IGSRT-PPP在播發(fā)方式、服務(wù)區(qū)域、跟蹤站網(wǎng)、時(shí)空基準(zhǔn)和改正數(shù)弧段等方面均存在差異。PPP-B2b服務(wù)采用GEO衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)播發(fā)，克服了IGS RT-PPP對(duì)Internet設(shè)施的依賴(lài)，但PPP-B2b改正產(chǎn)品采用區(qū)域跟蹤站網(wǎng)和星間鏈路數(shù)據(jù)解算得到，僅提供衛(wèi)星部分弧段改正參數(shù)，這使得其服務(wù)區(qū)域有限，僅為中國(guó)及其周邊地區(qū)用戶(hù)提供服務(wù)。此外，不同于IGS實(shí)時(shí)產(chǎn)品采用WGS84和GPST作為空間和時(shí)間基準(zhǔn)，PPP-B2b服務(wù)采用北斗坐標(biāo)系（BDCS）和北斗時(shí)（BDT）作為空間和時(shí)間基準(zhǔn)。

表3 BDS-3 PPP-B2b服務(wù)與IGS RT PPP對(duì)比

四、BDSBAS和PPP-B2b統(tǒng)籌建設(shè)發(fā)展思路

從BDSBAS和PPP-B2b基礎(chǔ)設(shè)施（監(jiān)測(cè)站網(wǎng)、計(jì)算中心、上注信道、改正數(shù)播發(fā)平臺(tái)等）共用策略以及改正數(shù)播發(fā)策略等方面分析了統(tǒng)籌建設(shè)BDSBAS和PPP-B2b的可行性和建設(shè)策略。分析表明BDSBAS和PPP-B2b可采用相同的地基監(jiān)測(cè)站網(wǎng)和相同的計(jì)算中心，BDSBAS的軌道和鐘差改正數(shù)可采用PPP-B2b精密軌道和鐘差，播發(fā)頻率也以PPP-B2b的播發(fā)頻率為基礎(chǔ)，而完好性信息也可供BDSBAS和PPP-B2b用戶(hù)共同使用?？蓪DSBAS和PPP-B2b的產(chǎn)品部分合并，統(tǒng)一編排，整體上注，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星播發(fā)平臺(tái)共享和上下行信息傳輸通道資源共享。

表4 BDSBAS和PPP-B2b統(tǒng)籌建設(shè)策略

五、采用IGSO衛(wèi)星播發(fā)BDSBAS和PPP-B2b改正信息的可行性分析

采用BDS-3的IGSO與GEO衛(wèi)星共同播發(fā)BDSBAS和PPP-B2b的改正信息，可以確保用戶(hù)幾乎無(wú)死角使用這兩類(lèi)星基增強(qiáng)服務(wù)。IGSO衛(wèi)星的加入可增大PPP-B2b信號(hào)的覆蓋區(qū)域，減少“南墻效應(yīng)”，提高BDSBAS和PPP-B2b服務(wù)可用性。

BDS-3 GEO衛(wèi)星（左圖）和GEO+IGSO衛(wèi)星（右圖）可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)分布

六、低軌衛(wèi)星參與衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)的可行性分析

低軌衛(wèi)星一方面可以播發(fā)星基增強(qiáng)改正信息，另一方面可與BDS-3衛(wèi)星一起形成高低組合星座，播發(fā)正常的導(dǎo)航定位信號(hào)，提升整體星座的幾何強(qiáng)度，進(jìn)而提高BDS-3衛(wèi)星的軌道和鐘差測(cè)量精度。低軌星座加入PPP-B2b服務(wù)，不僅可以消除“南墻效應(yīng)”，還可以有效提高PPP-B2b的收斂速度。

表5 PPP-B2b+LEO收斂時(shí)間統(tǒng)計(jì)

（本文作者：楊元喜*、丁群、高為廣、李金龍、許揚(yáng)胤、孫碧嬌）