【關(guān)注】楊元喜院士：北斗三號增強與精密定位性能

《Satellite Navigation》發(fā)表的一項研究中，楊元喜院士團隊系統(tǒng)闡述了北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS-3）星基增強系統(tǒng)（BDSBAS）與精密單點定位（PPP-B2b）的基本技術(shù)框架與服務(wù)性能。這兩種差分增強服務(wù)均通過北斗三號的3顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星播發(fā)修正信息，為用戶提供高精度的導(dǎo)航定位支持。

BDSBAS作為北斗系統(tǒng)的重要組成部分，嚴格遵循國際民航組織標準。研究表明，基于27個地面監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，BDSBAS單頻定位在95%置信度下的水平和高程誤差分別優(yōu)于1.48米和2.78米。對于雙頻用戶，由于能夠有效消除電離層影響，其水平和高程定位精度進一步提升至1.31米和2.16米，完全滿足民航一類（CAT-I）精密進近的要求。此外，其格網(wǎng)電離層垂直延遲（GIVD）的可用性高達99.88%。

小知識：什么是星基增強系統(tǒng)（SBAS）？星基增強系統(tǒng)通過分布廣泛的地面參考站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測導(dǎo)航衛(wèi)星信號，計算出軌道、鐘差和電離層等誤差的修正值，再通過地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星將這些修正信息和完好性數(shù)據(jù)播發(fā)給用戶。這種方式覆蓋范圍廣，是保障民航飛行安全等高可靠性應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。

與依賴互聯(lián)網(wǎng)的國際GNSS服務(wù)（IGS）不同，北斗的PPP-B2b服務(wù)直接將高精度軌道和鐘差修正信息嵌入GEO衛(wèi)星信號中播發(fā)，在海洋、沙漠等無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域具有獨特優(yōu)勢。測試數(shù)據(jù)顯示，基于PPP-B2b的動態(tài)精密單點定位在收斂后，水平和高程精度分別優(yōu)于0.15米和0.20米，平均收斂時間約為18分鐘。

小知識：精密單點定位（PPP）有何優(yōu)勢？精密單點定位利用全球或區(qū)域參考站網(wǎng)絡(luò)解算出的高精度衛(wèi)星軌道和鐘差產(chǎn)品，結(jié)合單臺接收機的載波相位觀測值進行定位。它不需要用戶附近有基準站，就能在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)分米級甚至厘米級的高精度定位，是目前高精度衛(wèi)星導(dǎo)航的重要發(fā)展方向。

針對BDSBAS和PPP-B2b在技術(shù)架構(gòu)上的相似性，研究團隊提出了兩者在地面監(jiān)測網(wǎng)、計算資源和播發(fā)通道上共建共享的策略。為了克服GEO衛(wèi)星信號在北半球易受遮擋的“南墻效應(yīng)”，研究建議引入傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星聯(lián)合播發(fā)修正信息。

圖1：引入IGSO衛(wèi)星聯(lián)合播發(fā)修正信息后的可見衛(wèi)星數(shù)量與服務(wù)覆蓋范圍預(yù)測 (Yang, et al., 2022)

更具前景的是，低軌（LEO）衛(wèi)星星座的加入將徹底改變現(xiàn)有的服務(wù)模式。模擬分析顯示，若由120顆低軌衛(wèi)星與PPP-B2b聯(lián)合提供服務(wù)，不僅能消除“南墻效應(yīng)”，還能將實現(xiàn)10厘米級精度的收斂時間大幅縮短至約1分鐘。隨著這些增強技術(shù)的融合與發(fā)展，未來的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)將更加快速、可靠且無縫覆蓋。

小知識：低軌（LEO）衛(wèi)星為何能加速定位收斂？低軌衛(wèi)星運行高度較低（通常在500至1500公里），相對于地面用戶的運動速度極快。這種快速的幾何構(gòu)型變化有助于接收機更快地解算出載波相位模糊度，從而將傳統(tǒng)PPP需要數(shù)十分鐘的收斂時間縮短至幾分鐘甚至一分鐘以內(nèi)。

Reference:

https://doi.org/10.1186/s43020-022-00066-2

來源：海洋遙感學(xué)習(xí) 轉(zhuǎn)自：中國測繪學(xué)會