北斗兼容多星系統(tǒng)的CORS中心系統(tǒng)軟件測(cè)試

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北斗兼容多星系統(tǒng)的CORS中心系統(tǒng)軟件測(cè)試

宋玉兵，王開(kāi)鋒，王勇

(江蘇省測(cè)繪工程院，江蘇 南京 230013)

一、系統(tǒng)概況

1. JSCORS

江蘇省全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運(yùn)行參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)(JSCORS)項(xiàng)目是江蘇省測(cè)繪地理信息行業(yè)“十一五”期間計(jì)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目。系統(tǒng)自2006年12月建成并投入運(yùn)行至今，經(jīng)過(guò)不斷升級(jí)，現(xiàn)已有基準(zhǔn)站130個(gè)。作為主系統(tǒng)的Leica Spider系統(tǒng)也由最初的僅支持GPS解算升級(jí)為支持GPS+GLONASS的雙系統(tǒng)解算。

我國(guó)自主建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已于2012年底實(shí)現(xiàn)亞太地區(qū)的覆蓋，為亞太地區(qū)提供導(dǎo)航定位及通信服務(wù)。為響應(yīng)“十二五”規(guī)劃大力發(fā)展北斗產(chǎn)業(yè)的號(hào)召，JSCORS中心積極尋求與Leica合作，提供測(cè)試環(huán)境，期望Leica早日推出支持北斗系統(tǒng)的軟件版本。

2. 北斗兼容GPS/GLONASS的CORS中心軟件系統(tǒng)

2014年8月，Leica公司為其GR系列基準(zhǔn)站接收機(jī)發(fā)布了支持北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收的固件，增加了對(duì)北斗衛(wèi)星信號(hào)的支持，實(shí)現(xiàn)了對(duì)北斗衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤，并支持包含北斗、GPS、GLONASS三衛(wèi)星系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流發(fā)送，如圖1所示。

2015年2月1日，Leica公司正式發(fā)布了支持北斗解算的CORS中心軟件(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中心軟件)。中心軟件實(shí)現(xiàn)了包含北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流接入(RTCM3.2、LB2 MessageE)、包含北斗的衛(wèi)星觀測(cè)值數(shù)據(jù)的記錄(RINEX3.0)，將北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)加入解算，網(wǎng)元模糊度計(jì)算引擎在之前GPS、GPS+GLONASS的基礎(chǔ)上增加了GPS+GLONASS+BDS模式，并且支持雙星系統(tǒng)與三星系統(tǒng)數(shù)據(jù)的混合解算。

二、系統(tǒng)測(cè)試

為檢驗(yàn)新版本系統(tǒng)軟件對(duì)測(cè)量效果的影響，JSCORS中心對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了兼容性及定位精度的測(cè)試。

圖1　徠卡基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星信號(hào)跟蹤

1. 流動(dòng)站兼容性測(cè)試

流動(dòng)站兼容性主要取決于CORS系統(tǒng)所能提供的RTK解算模式及其生成的改正數(shù)的播發(fā)格式。Spider豐富的RTK定位模式和全面的改正數(shù)播發(fā)格式，使得該系統(tǒng)有超強(qiáng)的流動(dòng)站兼容性(見(jiàn)表1)。

表1Spider5.2.1提供的網(wǎng)絡(luò)RTK定位模式及差分改正數(shù)的播發(fā)格式

CMRLeicaRTCM2.XRTCM3.0RTCM3.2FKP●●MAX●●i-MAX●●●●●VirtualRS●●●●●

本次測(cè)試采用了市場(chǎng)上主流的不同廠商的流動(dòng)站接收機(jī)，就現(xiàn)有的較為成熟的i-MAX和Virtual RS定位模式，以及GPS+GLONASS的雙星系統(tǒng)與GPS+GLONASS+BDS三星系統(tǒng)改正數(shù)進(jìn)行了兼容性測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　主流流動(dòng)站接收機(jī)都能夠正確獲取改正數(shù)進(jìn)行差分計(jì)算并獲得固定解

2. 網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度測(cè)試

定位精度測(cè)試主要是對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度進(jìn)行評(píng)定，取內(nèi)符合精度和外符合精度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

本次測(cè)試選取了15個(gè)隨機(jī)點(diǎn)和5個(gè)江蘇省B、C級(jí)GPS控制點(diǎn)作為測(cè)試點(diǎn)。

測(cè)試采用連續(xù)測(cè)量方式，以1 s采樣率、30個(gè)RTK定位結(jié)果為一組，每點(diǎn)分別采用GPS+GLONASS和GPS+GLONASS+BDS兩種模式各記錄3組數(shù)據(jù)，記錄每組數(shù)據(jù)之前重新初始化衛(wèi)星。

將測(cè)量結(jié)果作高斯投影，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為X、Y、H形式，分別取每點(diǎn)3個(gè)方向坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差為內(nèi)符合精度，取3個(gè)方向坐標(biāo)的均方根誤差(5個(gè)B/C級(jí)控制點(diǎn))為外符合精度，結(jié)果如圖2—圖5所示。

圖2　 測(cè)試點(diǎn)X、Y、H方向雙星(GPS+GLONASS)內(nèi)符合精度測(cè)試結(jié)果

圖3　測(cè)試點(diǎn)X、Y、H方向三星(GLONASS+GPS+BDS)內(nèi)符合精度測(cè)試結(jié)果

以上結(jié)果顯示中心軟件系統(tǒng)定位結(jié)果精度穩(wěn)定；定位精度隨著流動(dòng)站到基準(zhǔn)站距離的增大而略有下降； GPS+GLONASS+BDS三星系統(tǒng)可用性良好，與GPS+GLONASS雙星系統(tǒng)一致性高。

圖4　測(cè)試點(diǎn)X、Y、H方向雙星(GPS+GLONASS)外符合精度測(cè)試結(jié)果

圖5　測(cè)試點(diǎn)X、Y、H方向三星(GPS+BDS+GLONASS)外符合精度測(cè)試結(jié)果

加入北斗系統(tǒng)后，定位精度變化不大，高程方向精度略有損失。究其原因可能有兩方面：一方面是北斗衛(wèi)星的軌道精度還有待提高；另一方面是現(xiàn)有的北斗星座可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)為8～11顆，其中GEO衛(wèi)星5顆，約3.6萬(wàn)km的高度使得其信號(hào)難以被流動(dòng)站接收機(jī)捕捉，使得北斗衛(wèi)星真正利用的衛(wèi)星數(shù)要少于可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)，故未能提高測(cè)量精度。

三、結(jié)束語(yǔ)

Leica公司提供的中心軟件能夠提供可靠的北斗兼容GPS、GLONASS的網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)，系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性高，能夠提供厘米級(jí)北斗RTK定位服務(wù)，大大拓展了北斗系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)。

(本專(zhuān)欄由徠卡測(cè)量系統(tǒng)和本刊編輯部共同主辦)

天寶測(cè)繪解決方案專(zhuān)欄