北斗星基增強與星基PPP原理及性能

摘要：本文旨在深入分析BDSBAS和PPP-B2b基本原理和性能的基礎上，論證統(tǒng)籌建設BDSBAS和PPP-B2b的可行性，給出BDSBAS和PPP-B2b綜合發(fā)展的策略及優(yōu)化方法。

星基增強服務（BDSBAS）和精密單點定位服務（PPP-B2b）是BDS-3的兩種嵌入式星基增強服務，它們是BDS-3的重要組成部分，也是BDS-3的兩項特色服務內(nèi)容。兩者本質(zhì)上均屬于差分增強服務，其中BDSBAS為偽距差分增強，而PPP-B2b服務為載波相位差分增強，這使得兩者的改正產(chǎn)品非常相似，基本原理也非常相近。

本文旨在深入分析BDSBAS和PPP-B2b基本原理和性能的基礎上，論證統(tǒng)籌建設BDSBAS和PPP-B2b的可行性，給出BDSBAS和PPP-B2b綜合發(fā)展的策略及優(yōu)化方法。

一、BDSBAS服務性能

采用北京、三亞、拉薩、且末、上海、西安和昆明站數(shù)據(jù)進行了BDSBAS的精度評定，結果表明，BDSBAS單頻定位性能滿足國際民航一類精密進近要求，水平定位精度好于2.1m（95%統(tǒng)計精度），高程定位精度好于3.5m（95%統(tǒng)計精度）。其中，中國周邊地區(qū)定位精度略低，主要原因為地面監(jiān)測站僅限于中國境內(nèi)，電離層模型的連續(xù)性相對較差。

表1 BDSBAS單頻和雙頻服務定位精度

二、BDS-3 PPP-B2b服務性能

哈爾濱測繪儀器公司提示您選擇iGMAS測站北京站（BJF1）、上海站（SHA1）、昆明站（KUN）和MGEX武漢站（WUH2）五天觀測數(shù)據(jù)對BDS-3PPP-B2b動態(tài)PPP定位性能進行評估。結果表明，基于PPP-B2b改正的BDS-3實時PPP可實現(xiàn)動態(tài)分米級的定位精度，其收斂后水平定位精度優(yōu)于15cm，高程方向定位精度優(yōu)于20cm。若要求定位精度好于水平0.3m、高程0.6m，則收斂時間一般小于20min。

表2 BDS-3 PPP-B2b動態(tài)定位性能

三、BDS-3 PPP-B2b服務與IGS實時PPP的比較

BDS-3 PPP-B2b服務和IGSRT-PPP在播發(fā)方式、服務區(qū)域、跟蹤站網(wǎng)、時空基準和改正數(shù)弧段等方面均存在差異。PPP-B2b服務采用GEO衛(wèi)星進行數(shù)據(jù)播發(fā)，克服了IGS RT-PPP對Internet設施的依賴，但PPP-B2b改正產(chǎn)品采用區(qū)域跟蹤站網(wǎng)和星間鏈路數(shù)據(jù)解算得到，僅提供衛(wèi)星部分弧段改正參數(shù)，這使得其服務區(qū)域有限，僅為中國及其周邊地區(qū)用戶提供服務。此外，不同于IGS實時產(chǎn)品采用WGS84和GPST作為空間和時間基準，PPP-B2b服務采用北斗坐標系（BDCS）和北斗時（BDT）作為空間和時間基準。

表3 BDS-3 PPP-B2b服務與IGS RT PPP對比

四、BDSBAS和PPP-B2b統(tǒng)籌建設發(fā)展思路

從BDSBAS和PPP-B2b基礎設施（監(jiān)測站網(wǎng)、計算中心、上注信道、改正數(shù)播發(fā)平臺等）共用策略以及改正數(shù)播發(fā)策略等方面分析了統(tǒng)籌建設BDSBAS和PPP-B2b的可行性和建設策略。分析表明BDSBAS和PPP-B2b可采用相同的地基監(jiān)測站網(wǎng)和相同的計算中心，BDSBAS的軌道和鐘差改正數(shù)可采用PPP-B2b精密軌道和鐘差，播發(fā)頻率也以PPP-B2b的播發(fā)頻率為基礎，而完好性信息也可供BDSBAS和PPP-B2b用戶共同使用?？蓪DSBAS和PPP-B2b的產(chǎn)品部分合并，統(tǒng)一編排，整體上注，實現(xiàn)衛(wèi)星播發(fā)平臺共享和上下行信息傳輸通道資源共享。

表4 BDSBAS和PPP-B2b統(tǒng)籌建設策略

五、采用IGSO衛(wèi)星播發(fā)BDSBAS和PPP-B2b改正信息的可行性分析

采用BDS-3的IGSO與GEO衛(wèi)星共同播發(fā)BDSBAS和PPP-B2b的改正信息，可以確保用戶幾乎無死角使用這兩類星基增強服務。IGSO衛(wèi)星的加入可增大PPP-B2b信號的覆蓋區(qū)域，減少“南墻效應”，提高BDSBAS和PPP-B2b服務可用性。

BDS-3 GEO衛(wèi)星（左圖）和GEO+IGSO衛(wèi)星（右圖）可見衛(wèi)星數(shù)分布

六、低軌衛(wèi)星參與衛(wèi)星導航增強的可行性分析

低軌衛(wèi)星一方面可以播發(fā)星基增強改正信息，另一方面可與BDS-3衛(wèi)星一起形成高低組合星座，播發(fā)正常的導航定位信號，提升整體星座的幾何強度，進而提高BDS-3衛(wèi)星的軌道和鐘差測量精度。低軌星座加入PPP-B2b服務，不僅可以消除“南墻效應”，還可以有效提高PPP-B2b的收斂速度。

表5 PPP-B2b+LEO收斂時間統(tǒng)計

（本文作者：楊元喜*、丁群、高為廣、李金龍、許揚胤、孫碧嬌）