华辉

摘要：目前，我国北斗卫星导航定位系统，已经发射了9颗北斗卫星，基本实现了系统预期建设目标。为了提高GPS定位准确性，我们将要对星地进行联调、测试评估工作，进一步把握系统定位导航能力。文章从定位基准入手，结合定位算法对时空系统统一的北斗与GPS融合定位精度进行分析和研究。

关键词：时空系统；北斗；GPS；融合定位

前言：

北斗一号是我國自主研发、掌握自主知识产权的GPS，继美国、俄罗斯后在国际上可以定位的导航系统，能够全面覆盖整个中国，为人们生活和工作提供了极大的便利。随着导航定位系统不断发展，人们对于其定位精度提出了更高要求，但我国北斗系统尚处于发展阶段，还存在很多不足，如何提高其定位精度成为研究的重点。

1、定位基准

通常情况下，不同的卫星定位系统对应的坐标与时间基准有所差别。现阶段，我国的北斗卫星导航系统主要采用的是CSCS2000大地坐标与BeiDouT时间系统。而GPS所采用的是WGS-84和GPST。当北斗与GPS联合解算过程中，要将二者的坐标与时间基准进行转换和统一处理。

当坐标系在原点、尺度等方面保持一致时，参考椭球较为接近，所有常数中f存在细小差别，即：

根据公式计算能够发现，df不会对大地经度产生影响，其变化范围介于0～0.105mm。故从理论层面来看，当前坐标测量精度背景下，由两个坐标系参考椭球偏率差会使得坐标系产生变化，但如果是短距离，可以忽略不计。

对于时间坐标来说，二者都利用原子时，秒长定义保持一致，不会出现闰秒问题。二者最大的差别在于时间系统起算点有所差别，但世界协调时之间的闰秒差已经达到了14″，因此BeiDouT与GPST除了相差1356周，还要保持14″的系统差。

2、定位算法

2.1广播星历与卫星位置计算

GPS广播星历数据格式多采用RINEX格式。随着北斗系统不断完善，对于格式的选择已经更新到最新版本，即RINEX3.1。在实践中，针对卫星的区别，主要以大写字母“G”、“C”进行区别。同时，针对卫星的参考时刻来说，要采用CGCS2000坐标基准表示出卫星的轨道信息。

目前，北斗卫星星座共有三类，其中IGSO与MEO瞬时位置计算与GPS具有较强的相似之处，而GEO卫星则稍有差别，究其根本是轨道倾角对同步轨道产生的负面影响。

2.2构建定位结算模型

对于北斗与GPS单独定位来看，高精度卫星定位，都是建立在载波相位观测值以上，具体观测方程如下：

一般来说，由于公式当中含有很多未知数及误差信息，导致定位结算效率及精度较差。因此为了提高定位精度，在实践中，还需要采用双差方式对观测方程进行处理，以此来消除接收机钟差、卫星钟差产生的负面影响，保持载波模糊度，获取更加精确的结果。

针对北斗与GPS联合定位来看，当二者结合时，我们首要解决的问题就是2个系统的基准问题，务必要采用统一的时间和坐标基准。上文我们已经明确最新的WGS-84和CGCS2000系统存在差异，理论上是0～0.105㎜范围内，可以忽略短距离定位误差。另外，针对时间误差来说，针对细小的同步误差，为了避免对定位产生不良影响，我们将双差组合限定在同一系统内[1]。针对双差观测方程而言，由于彻底消除了卫星和接收钟差的影响，故能够在很大程度上提高定位准确性。需要说明的是天线相位中心偏差会受到产品生产标准的影响，为此我们可以结合天线定位安置方式予以修正和消除处理。

3、实测结果与分析

3.1采集数据

在实践中，本文选择高精度接收机，进行两个短基线相对的定位试验。为了便于结果的比较和分析，选择GPS具有代表性的观测数，时间范围在两个小时以内。与GPS系统有所差别，北斗系统卫星是由多种类型的卫星构成，故针对获取的数据要进行相应的处理，为后续比较和分析做好铺垫和准备。

3.2处理数据

目前，为了确定北斗系统定位是否精确，需要对其中的GPS数据及周围的IGS数据进行静态基线处理，以此来获取两点之间的坐标及基线分量值，从而对定位结果进行比对。就坐标初值来看，GPS的坐标初值可以利用单点定位方式予以确定[2]。而对于被否坐标初值的确定，可以由GPS获取，也可以从北斗系统中单独获取。

整周模糊度是提高定位精度的前提和基础，由于北斗系统与GPS存在相似之处，故GPS模糊度的搜索方式适用于北斗系统，可以采用LAMBDA等多种方法。确定整周模糊度后，还需要对GPS数据进行最小二乘结算，以此来获取更为精准的定位结果。观察定位图，我们能够发现由于北斗卫星数量较少，且分布不够均衡，主要倾向于东西方向上，正因如此，导致北斗卫星的PDOP值整体较大，尤其在东西上表现更为明显。另外，采用同样的方式进行联合定位结算，能够获取GPS和北斗定位结果，但需要说明的是，北斗与GPS在联合结算时，应将权比控制在合理范围内。经过实证分析，与单一系统定位比较，我们能够发现联合方式精度更高。

结论：

根据上文所述，随着社会经济不断发展，我国针对北斗卫星定位导航系统的建设还会进一步深化，投入更多时间和精力，均衡其分布点，以提高导航和定位精度。本文对统一时空范围内北斗与GPS相融合定位进行分析发现，联合方式方式定位较单一定位更加精准。但面对当前卫星数量较少、且几何分布差等问题，我们还需要适当增加卫星资源，优化卫星几何结构，以此来提高卫星定位精度，从而为我国各行业发展提供更多支持。

参考文献：

[1]李鹤峰，党亚民，秘金钟，等.BDS与GPS、GLONASS多模融合导航定位时空统一[J].大地测量与地球动力学，2013，33（04）：73-78.

[2]高星伟，过静珺，程鹏飞.基于时空系统统一的北斗与GPS融合定位[J].测绘学报，2012，41（05）：743-748+755.endprint