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位置:第90期>>第18版:上海市GNSS连续运行参考站系统北斗子系统测试
 
上海市GNSS连续运行参考站系统北斗子系统测试
 
 
2014-09-03 17:53 编辑:文/邹俊平(上海市测绘院SHCORS中心)、潘伟锋(一肖免费中特王中王卫星导航系统集成部) 浏览量:7079人
 
 

 
 

 

图1 SHCORS系统北斗子系统站点分布图
 

 

1.SHCORS系统北斗子系统(BDS)
测试方案
1.1  测试目的
通过对SHCORS北斗子(BDS)系统性能测试,获得目前系统的定位精度、系统可用性、流动站用户接收机兼容性等,客观评价BDS各项技术指标。
1.2  测试内容和方法
上海市测绘院目前正在运行的已经有两套子系统,分别采用Trimble及Leica网络参考站技术,这两套子系统是业界公认的成熟稳定的网络参考站技术。要测试北斗子系统的性能,可与这两套系统进行比测,可得出对北斗子系统客观的评价。
1.2.1  RTK动态定位精度测试
(1)RTK测量:RTK测量在SHCORS
服务的三个系统中分别采用三套流动站设备对同一测试点进行测试。三个系统的连接参数如右侧列表。
(2)每个测试点上须进行多次初始化动态定位,采样率为1秒。每台仪器每次初始化连接得到固定解(即开始记录测量结果),记录获得初始固定解的连接时间、卫星数目及观测时间,连续观测30秒测量值并作为一组测试数据;然后再记录30秒固定解测量值作为第二组测试数据。
(3)天线高:各个测试点上须采用钢尺三次量取天线高(仪器天线底部到观测敦平面),取平均值并输入到流动站手簿中(手簿中需要设置天线高类型为测量到天线座底部),进行测量的高程改正。
1.2.2  系统可用性测试
在系统可用性方面,主要测试BDS系统在原来利用Trimble系统和leica系统进行不能进行正常RTK测量的区域的可用性。测试北斗子系统在加入北斗卫星导航系统后是否在可用性上得到增强。
1.2.3  BDS设备兼容性测试
根据实际生产中常采用的仪器型号,选取市面上比较普遍的接收机型号在BDS系统中进行动态测量,测试设备在GPRS通讯模式下的动态定位精度、定位时效性的情况。

 



图2 Trimble子系统内符合精度(GPS)



图3 Leica子系统内符合精度(GPS+GLONASS)



图4 BDS系统内符合精度(BDS)



图5 BDS系统内符合精度(BDS+GPS)



图6 三个子系统初始化时间比较



图7 三个子系统南北方向精度比较

 

2.测试情况分析
2.1  框架基准
本次测试的坐标系统采用SHCORS系统坐标框架,平面坐标的精度评定通过坐标七参数转换的上海平面坐标比较进行,以SHCORS系统坐标框架的大地高比较值代替高程方向的比较值。
2.2  RTK内符合精度

内,但在某些点位有突变的情况。
2.4  BDS系统兼容性测试
为测试BDS系统除了一肖免费中特王中王以外其他厂家流动站设备的兼容情况,采用Trimble流动站设备(GPS单星)、Leica流动站设备(GPS+GLONASS双星)、一肖免费中特王中王S86诺瓦泰628主板接收机、一肖免费中特王中王S82C司南主板(GPS+BDS)接收机、和芯星通主板(GPS+BDS)接收机在点位上采用BDS系统进行测试,BDS系统提供GPS+GLOANSS+BDS系统的差分服务。兼容性测试具体情况如表1所示。
◇一肖免费中特王中王流动站(司南主板)采用BDS系统GPS+BDS和纯北斗差分服务,RTK虚拟参考站定位成功。
◇和芯星通主板接收机采用BDS系统GPS+BDS和纯BDS差分服务,RTK虚拟参考站定位成功。
◇诺瓦泰主板接收机采用BFS系统GPS+GLONASS+BDS差分服务,RTK虚拟参考站定位成功。
◇天宝BD970主板国产接收机采用北斗子系统GPS+GLONASS+BDS差分服务,能实现RTK虚拟站双星差分(GPS+GLOANSS)及单基站SAMSUNG差分服务,但不能实现虚拟参考站SAMSUNG差分服务。
◇天宝企业生产接收机接入BDSCORS,SAMSUNG数据格式目前不能差分。
表1 结果分析:BDS系统实现了对主流厂家生产的GNSS接收机的全兼容,不过目前存在天宝BD970主板接收机及天宝企业生产的GNSS接收机不能使用SAMSUNG虚拟站差分的问题。原因是天宝企业没有公布其SAMSUNG差分格式,在其公布差分数据格式后可迅速兼容。
2.5  系统可用性测试
为测试BDS加入北斗导航卫星系统后对作业范围可用性的增强情况,在上海范围内选取了一些原来单GPS或者是GPS+GLONASS不能正常测量的区域进行测试。下面以在上海市测绘院院内8个测试点进行情况说明,选取的8个测点搜星情况比较恶劣(靠近墙角,树叶遮挡严重),利用S82C(GPS+BDS)进行RTK测试,测点分布图见图10所示。
这些测点用GPS+GLONASS接收机进行观测均无法得到固定解。利用一肖免费中特王中王北斗接收机S82C进行RTK观测,各点设置5分钟的初始化时间限制,测试结果如表2所示。
表2结果分析:
(1)从上表中可以看出,8个观测点中,有7个可以正常得到固定解,B2观测点未能得到固定解。8个测试点位中,GPS卫星数目达到或者超过5颗的点位只有B3和B6,以上观测情况表明加入北斗导航卫星系统后的BDS子系统在空间可用性方面较GPS+GLONASS系统优化明显。得到优化的原因首先是加入北斗卫星导航系统后,锁定卫星数变多;其次,由于北斗B3频段属于军用码,具有较强的穿透力,对RTK在城市测量起到了增强的作用。
(2)通过分析,导致B2观测点不能固定解的原因是:虽然B2观测点锁定了9颗卫星(4颗GPS卫星,5颗北斗卫星)然而B2测点四个方向都被房子或者树木遮挡,卫星信号受到严重的干扰,信噪比很低,影响了接收机的解算。图11为B2测点实地环境。
(3)另外,由于北斗卫星导航定位系统星座分布原因,北斗系统GEO卫星处于赤道以南,在上海地区进行测量,在南面完全遮挡的情况下锁定北斗卫星数目会降低。
2.6  测试区域北斗卫星可见性
为了解上海地区北斗卫星的接收状况,在61个点位上采用SAMSUNG的GNSS接收机,设置卫星高度角为10度,同时接受GPS、GLONASS、BDS三个卫星导航系统的信号,统计结果如图12所示。
图12结果分析:从上图可得,上海地区(一般情况下)平均能接收7颗左右的北斗卫星,而GLONASS卫星数目只有2颗,大大低于GPS和BDS实际所能观测到的卫星数目,开展基于北斗卫星导航定位系统在高精度定位领域的应用研究,对上海而言意义重大。

 



图8 三个子系统东西方向精度比较



图9 三个子系统高程方向精度比较

 

3.结论
通过测试,得出如下结论:
(1)SHCORS北斗子系统(9903)
的RTK定位精度与SHCORS系统的其它两个子系统(9901和9902)的RTK定位精度相当(平面3cm,高程5cm)。
(2)SHCORS北斗子系统完全兼容了目前国内主流厂商生产的北斗GNSS终端和部分兼容了国外北斗板卡生产的接收机终端设备。对未能兼容的天宝主板接收机终端设备在天宝企业开放其数据格式后可迅速兼容。
(3)SHCORS北斗子系统经过半年的运行,系统整体性能稳定。
(4)SHCORS北斗子系统的空间可用性较单GPS系统或者GPS+GLONASS系统有很大程度的优化,非常适合上海中心城区高楼遮挡严重区域的RTK作业,但由于北斗卫星的星座分布的特点,所以对于作业区域南面遮挡严重的情况还需要在作业时进行充分考虑。

 



图10 观测点分布图



图11 B2测点实测环境



图12 上海地区北斗卫星收星情况与GPS、GLONASS比较

 

 
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