北斗卫星导航系统长距离网络 RTK方法研究

北斗卫星导航系统长距离网络 RTK方法研究

李艳丽

太原卫星发射中心，山西 忻州 036300

Research on the Method of Long-Distance Network RTK of Beidou Satellite Navigation System

LI Yan-li

(Taiyuan Satellite Launch Center, Xinzhou 036300, China)

摘要：论文研究了北斗卫星导航系统长距离网络RTK研究方法，先对参考站网B1、B2的载波相位整周模糊度进行了解算，利用固定的参考站网载波相位整周模糊度计算参考站的观测误差，并通过综合误差内插法将流动站的误差计算出来，根据计算结果将流动站的观测误差加以调整，再完成整周模糊度解算，最后通过实测数据完成算法试验。实验结果显示，使用北斗卫星导航系统长距离RTK方法可以准确地对流动站进行定位。

This paper studies the research method of long-distance network RTK of Beidou satellite navigation system. Firstly, the ambiguity of carrier phase of reference station network B1 and B2 is calculated, and the observation error of reference station is calculated by using the fixed carrier phase ambiguity of reference station network, and the error of mobile station is calculated by comprehensive error interpolation method. Finally, the algorithm is tested by the measured data. The experimental results show that the long-distance RTK method of Beidou satellite navigation system can accurately locate the mobile station.

关键词：北斗卫星；导航系统；长距离网络；RTK方法

Beidou satellite; navigation system; long-distance network; RTK method

中图分类号：P228.4

1 引言

在常规的北斗卫星RTK定位中，因单参考站对流层延误误差等各方面因素的影响，卫星轨道因误差的增加其功能性也会随之下降，使北斗卫星系统网络RTK定位受到了一定程度的影响。而网络RTK有效弥补了常规RTK的不足，覆盖范围更关，定位精准度更高，操作起来更加便利，能快速启动系统，对流动站进行准确定位。

2 北斗卫星导航系统网络RTK定位方法

RTK定位要经过三个过程：一是完成参考站网北斗卫星导航系统载波相位的计算，将准确的双差载波相位整周模糊度计算出来；二是使用固定参考站网载波相位整周模糊度与观测值将双差误差计算出来，并结合流动站用户的大致坐标及所计算出来的双差误差，将流动站用户双差误差修正数计算出来；三是对流动站观测误差进行修正^[1]。

2.1 参考站网B1、B2的载波相位整周模糊度解算

该解算环节是实现RTK定位的前提，只有将这一整周模糊度计算出来，才能开始进行下一步的计算任务，也就是观测误差的计算。因为网络RTK参考站间距很长，利用简单的双差组合方式将整周模糊度确定下来存在很大的难度，因为观测误差对双差观测值的影响是非常大的，换句话说，也就是就算知道了B1、B2观测数值、参考站坐标，也不可能将整周模糊度与观测误差分离，这是很困难的，存在很多不可预知的因素。

参考站载波相位整周模糊度用下面的公式来计算。

先要将参考站间宽巷整周模糊度计算出来，利用B1、B2双频载波相位观测值、伪距离观测值构成M-W组合，再将B1、B2双差宽巷整周模糊度计算出来。

为了使计算出的观测数据更加准确，在进行宽巷整周模糊度计算时，要使用M-W组合探测BDS观测数据的粗差、周跳。因为M-W组合观测值会被伪距离观测值的噪声所干扰，这时可以采用多历远计算结果缓解噪声干扰，所得到的双差宽巷整周模糊度数值、方差为:

经过计算之后，如果双差宽巷整周模糊度符合条件，则说明所得到的数值使正确的，而要让B1、B2双差宽巷整周模糊度是整数，必须要遵顼如下原则：一是实数双差宽巷整周模糊度和距离最近整数2差的绝对值不超过0.25周；二是双差宽巷整周模糊度平均值误差最小不能超过0.15

^[2]。

将双差宽巷整周模糊度数值确定下来后，不能直接使用巷或者是别的观测值组合来完成窄巷整周或者是载波相位模糊度的计算，而是要将两者之间的整数关系当作其中的一个约束条件，固定并计算载波相位整周模糊度。

2.2 双差区域误差修正

论文通过综合误差内插法将流动站的误差计算出来，根据计算结果将流动站的观测误差加以调整。该种方式用于参考站误差修正信息的修正时，不用将电离层误差等各项误差区分开来，利用综合误差将双差观测方程中各系统误差影响显示出来，设参考站双差综合误差是 ；可以列出参考站双差观测方程：

将参考站载波相位整周模糊度确定好后，就能得到双差综合误差方程式：

通过综合上述两个方程式，就能得到流动站双差综合误差内插方程式：

在上述式子中 等表示的是参考站及流动用户的系统坐标。综合上述计算，就能得出双差综合误差修正数。

2.3 流动站载波相位整周模糊度计算

修正了流动站观测值误差之后，再进行流动站载波相位整周模糊度计算。先要对流动站观测数据做预处理，再进行探测周跳，对出现周跳卫星或者是频繁产生问题的卫星不能直接去修复，可以利用参数消去法来消除问题。为了更加快速准确地完成流动站整周模糊度的计算，选用增加波长宽巷模糊度做参数。通过增加整周模糊度的波长，可以将其参数更加准确的固定下来^[3]。通过一系列计算，就能得到流动站载波相位整周模糊度方程式：

其中， 代表的是常数项向量； 代表的是系数矩阵； 代表的是参数向量。在计算时，要先将宽巷整周模糊度计算出来，再将得到的结果代入到观测方程中，将载波相位整周模糊度计算出来，得到准确结果后，再将流动站位置参数计算出来，从而准确地对流动站用户位置进行定位。

3 北斗卫星导航系统网络RTK方法的实验分析

为了对北斗卫星导航系统网络RTK方法进行研究，研发了配套的RTK方法出来软件。为了对论文算法相关信息的准确性进行验证，利用CORS网实测数据做实验，观测时长全天24h,每间隔1s采样一次，卫星高度角是10°。该实验数据的参考站、流动站分别为3个、1个，图1为测站分布图。采用了论文所提到的参考站双差载波相位模糊度计算方式，将参考站整周模糊度准确确定下来，在使用综合误差内插法将流动站双差误差修正数计算出来。测站分布如图1所示。

图1 测站分布

论文以卫星C03、C09、C11为例，参考站网内插流动站B1载波相位观测值双叉综合误差修正数如图2所示。

图2 卫星C03、C09、C11双差误差修正数

上述卫星所处的轨道是不同的，从上图可知，在观测站观测弧段时长是不同的，C03属于GEO卫星，全天都能观测到，C09的观测弧段时长排第二，而C11弧段时长最短。上图中各卫星的双差误差修正数时间都发发生了跳动，这是由于双差组合基准卫星产生了变化。论文所选的基准卫星是高度角高的卫星，当基准卫星高度下降时，需要变换目前弧段观测值。根据历元卫星得出的信息或已确定好的双差整周模糊度，可以经过基准卫星的改变让原先信息保持不变，继续计算出后续历元双叉整周模糊度的计算。上述所列举的三个卫星系统的双差综合误差，尤其是C03卫星的双差综合误差都大于B1载波相位模糊度波长。所以，必须要对参考站网误差进行修正，才可以将流动站整周模糊度计算出来，从而进行精准定位。C11属于MEO卫星，其观测弧度与C03、C09卫星相比更短，双差综合误差比C03、C09卫星要小。修正完流动站观测误差后，使用论文所提到的流动站整周模糊计算法，将载波相位整周模糊度确定下来。

使用RTK方法完成流动站坐标、偏差的计算，精准度很高，基本误差几乎会被消除，可以实现流动站厘米级网络定位。

4 结语

论文对北斗卫星航系统长距离网络RTK方法进行了研究、实验，能将参考站观测数据载波相位整周模糊度确定下来，使用综合误差内插法还能将流动站用户误差修正数计算出来，并对其观测误差加以修正。与此同时，还可以利用网络RTK方法将宽巷整周模糊度、载波相位整周模糊度通过计算确定下来，在应用B1载波相位观测值计算流动站位置，对流动站用户进行精准定位。

【参考文献】

[1]徐爱功,张辉凡.BDS中长距离非差实时动态厘米级定位算法[J].测绘科学,2018(12):2201-2569.

[2]祝会忠,李军.基于北斗卫星系统的长距离精密RTK定位[J].中国矿业大学学报,2018(05):5321-6469.

[3]陈德忠,周明详.北斗中长距离基准站模糊度快速固定及区域误差建模方法研究[J].中国矿业大学学报,2018(22):5401-6439.