北斗区域卫星导航系统定位性能的纬度效应

景一帆; 杨元喜; 曾安敏; 明锋

doi:10.13203/j.whugis20150011

北斗区域卫星导航系统定位性能的纬度效应

景一帆^1,,
杨元喜^{2, 3},
曾安敏^{1, 2, 4},
明锋¹

1.
信息工程大学导航与空天目标工程学院, 河南郑州, 450000
2.
地理信息工程国家重点实验室, 陕西西安, 710054
3.
北京卫星导航中心, 北京, 100049
4.
西安测绘研究所, 陕西西安, 710054

基金项目:

国家自然科学基金 41020144004

国家自然科学基金 41474015

国家自然科学基金 41374003

地理信息工程国家重点实验室开放研究基金项目 SKLGIE2015-Z-1-1

详细信息

作者简介:
景一帆, 硕士生, 主要从事GNSS融合数据处理研究。jing_yi_fan@163.com

中图分类号: P228
计量
- 文章访问数: 1946
- HTML全文浏览量: 259
- PDF下载量: 516
出版历程
- 收稿日期: 2016-07-17
- 发布日期: 2017-09-04

Latitude Effect in Positioning Performance by Using BeiDou Regional Satellite Navigation System

JING Yifan^1,,
YANG Yuanxi^{2, 3},
ZENG Anmin^{1, 2, 4},
MING Feng¹

1.
Institute of Navigation and Space Target Engineering, Information Engineering University, Zhengzhou 450050, China
2.
State Key Laboratory of Geo-information Engineering, Xi'an 710054, China
3.
Beijing Institute of Satellite Navigation, Beijing 100049, China
4.
Xi'an Research Institute of Surveying and Mapping, Xi'an 710054, China

Funds:

The National Natural Science Foundation of China 41020144004

The National Natural Science Foundation of China 41474015

The National Natural Science Foundation of China 41374003

the Foundation of State Key Laboratory of Geo-information Engineering SKLGIE2015-Z-1-1

More Information

Author Bio:
JING Yifan, postgraduate, specializes in theories and methods of GNSS fusion data processing. E-mail: jing_yi_fan@163.com

摘要

摘要: 与全球定位系统（global positioning system，GPS）不同，北斗区域卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system，BDS）采用了5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆轨道卫星的混合星座，星座分布不均匀。特殊星座决定了不同纬度地区用户的可见卫星数量和观测几何结构存在明显差异，用户的导航定位性能存在明显的纬度效应。分别从理论模型和实际观测两个方面对不同纬度地区用户的可见卫星数目、观测几何结构和导航定位性能进行较全面分析，使用了多家厂商的接收机，在不同纬度地区进行了GPS、BDS以及两系统融合定位试验。结果表明，BDS定位性能存在明显的纬度效应，即定位精度随纬度升高而降低；GPS导航定位性能没有明显的纬度效应；BDS/GPS数据融合可以减弱纬度效应，提高导航定位服务的精度和可靠性。
- BDS /
- 纬度效应 /
- 定位性能 /
- 融合定位
Abstract: The Beidou Regional Satellite Navigation System (BDS) has an uneven distributed constellation, containing five satellites in geostationary earth orbit, five in inclined geosynchronous orbits and four in medium earth orbits. With this hybrid constellation, the quantity and the geometrical structure of observed BDS satellites are different at different latitudes. The latitude effect in BDS application performance of positioning and navigation; In this paper, theoretical models and actual observations are described to analyze the difference in quantity and geometrical structure of observed BDS satellites and the performance of positioning and navigation at different latitudes. An experiment was conducted at different latitudes with receivers from separate companies. The result shows the latitude effect and impact in BDS applications, which means BDS positioning accuracy decreases with increasedlatitude. In contrast, there is no obvious latitude effect in Global Positioning System (GPS) applications. The implementation of BDS/GPS data fusion weakens latitudinal impacts on the results and improves the accuracy and reliability of navigation and positioning services.
- BDS /
- latitude effect /
- positioning performance /
- fusion positioning

HTML全文

图 1 BDS星座DOP_B值和DOP_H值随纬度的变化

Figure 1. Variation of BDS DOP_B and DOP_H Caused by the Change of Latitude

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 测站分布图

Figure 2. Distribution of Stations

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 PDOP值

Figure 3. PDOP Values

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 测站概况

Table 1 Conditions of Each Stations

测站地区	纬度/(°)	经度/(°)	高程/m	接收机型号	天气情况
托克托	40	111	1 020	M300C	晴天
宜昌	30	111	108	UR370	晴天
桂林	25	110	176	NetR9	小雨、中雨
三亚	18	109	16	NetR9	阵雨、大雨

下载: 导出CSV

表 2 可见星及PDOP值情况统计表

Table 2 Statistics of Numbers of Visible Satellites and PDOP Values

测站地区		平均可见星数	最大PDOP值	最小PDOP值	平均PDOP值
	GPS	7	5.2	1.6	2.54
托克托	BDS	9	4.6	1.6	2.59
	BDS+GPS	16	2.2	1.1	1.50
	GPS	7	4.8	1.5	2.45
宜昌	BDS	9	3.6	1.7	2.49
	BDS+GPS	17	2.0	1.1	1.51
	GPS	7	5.1	1.5	2.45
桂林	BDS	10	3.6	1.7	2.31
	BDS+GPS	17	2.1	1.1	1.50
	GPS	7	4.9	1.4	2.48
三亚	BDS	10	3.5	1.6	2.20
	BDS+GPS	17	2.0	1.0	1.48

下载: 导出CSV

表 3 BDS、BDS/GPS相对定位结果统计表/m

Table 3 Results of Relative Positioning by BDS and BDS/GPS /m

	测站地区	空间直角坐标系下平均点位误差			大地坐标系下平均点位误差
	测站地区	X	Y	Z	B	L	H
BDS	托克托	0.016	0.022	0.012	0.010	0.009	0.042
	宜昌	0.015	0.020	0.012	0.005	0.012	0.034
	桂林	0.009	0.020	0.005	0.004	0.006	0.022
	三亚	0.006	0.011	0.005	0.003	0.004	0.013
BDS/GPS	托克托	0.001	0.003	0.002	0.002	0.001	0.004
	宜昌	0.009	0.003	0.001	0.001	0.010	0.002
	桂林	0.004	0.001	0.001	0.001	0.003	0.003
	三亚	0.005	0.007	0.004	0.001	0.003	0.009

下载: 导出CSV

参考文献(21)

[1]	杨元喜.北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J].测绘学报, 2010, 39(1):1-6 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHXB201001003.htm Yang Yuanxi. Progress, Contribution and Challenges of Compass/Beidou Satellite Navigation System[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2010, 39(1):1-6 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHXB201001003.htm
[2]	杨元喜, 李金龙, 王爱兵, 等.北斗区域卫星导航系统基本导航定位性能初步评估[J].中国科学(地球科学), 2014, 44:72-81 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TXWL201612079.htm Yang Yuanxi, Li Jinlong, Wang Aibing, et al. Preliminary Assessment of the Navigation and Positioning Performance of BeiDou Regional Navigation Satellite System[J]. Science China:Earth Sciences, 2014, 57:144-152 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TXWL201612079.htm
[3]	北斗卫星导航系统公开服务性能规范(1. 0版)[EB/OL]. http://www.beidou.gov.cn/attach/2013/12/26/20131226fe8b20aad5f34091a6f8a84b08b1c4b1.pdf Beidou Satellite Navigation System of Public Service Performance Specification (version 1.0)[EB/OL]. http://www.beidou.gov.cn/attach/2013/12/26/20131226fe8b20aad5f34091a6f8a84b08b1c4b1.pdf
[4]	Teunissen P J G, Odolinski R, Odijk D. Instantaneous BeiDou+GPS RTK Positioning with High Cut-off Elevation Angles[J].Journal of Geodesy, 2014, 88(4):335-350 doi: 10.1007/s00190-013-0686-4
[5]	杨元喜, 李金龙, 徐君毅, 等.中国北斗卫星导航系统对全球PNT用户的贡献[J].科学通报, 2011, 56(21):1734-1740 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXTB201121009.htm Yang Yuanxi, Li Jinlong, Xu Junyi, et al. Contribution of the Compass Satellite Navigation System to Global PNT Users[J]. Chinese Science Bulletin, 2011, 56(26):2813-2819 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXTB201121009.htm
[6]	王霞迎, 秘金钟. GPS/BDS静态基线处理方法及其结果分析[J].导航定位学报, 2013, 1(2):71-73 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHWZ201302020.htm Wang Xiaying, Bei Jinzhong. GPS/BDS Static Baseline Processing Method and Result[J]. Journal of Navigation and Positioning, 2013, 1(2):71-73 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHWZ201302020.htm
[7]	Jing Yifan, Zeng Anmin, Xu Tianhe. Fusion Positioning of BDS/GPS Based on Variance Component Estimation and Its Application for Geodetic Control Network[C]. China Satellite Navigation Conference (CSNC) 2014 Proceedings, Nanjing, China, 2014
[8]	He Haibo, Li Jinlong, Yang Yuanxi, et al. Performance Assessment of Single-and Dual-Frequency Beidou/GPS Single-epoch Kinematic Positioning[J]. GPS Solutions, 2014, 18(3):393-403 doi: 10.1007/s10291-013-0339-3
[9]	王世进, 秘金钟, 谷守周等. BDS/GPS组合相对定位方法及精度分析[J].测绘通报, 2014(5):1-4 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHTB201405001.htm Wang Shijin, Bei Jinzhong, Gu Shouzhou, et al. Relative Positioning of Combined BDS/GPS and Its Accuracy Analysis[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2014(5):1-4 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHTB201405001.htm
[10]	王世进, 秘金钟, 李得海, 等. GPS/BDS的RTK定位算法研究[J].武汉大学学报·信息科学版, 2014, 39(5):621-624 http://ch.whu.edu.cn/CN/abstract/abstract2980.shtml Wang Shijin, Bei Jinzhong, Li Dehai, et al. Real-Time Kinematic Positioning Algorithm of GPS/BDS[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014, 39(5):621-624 http://ch.whu.edu.cn/CN/abstract/abstract2980.shtml
[11]	文援兰, 柳其许, 朱俊等.测控站布局对区域卫星导航系统的影响[J].国防科技大学学报, 2007, 29(1):1-6 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GFKJ200701000.htm Wen Yuanlan, Liu Qixu, Zhu Jun, et al. The Effect of TT & C Deployment on the Regional Satellite Navigation System[J]. Journal of National University of Defense Technology, 2007, 29(1):1-6 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GFKJ200701000.htm
[12]	蔡成林, 李孝辉, 吴海涛.混合星座的精度因子与定位性能分析[J].测绘科学, 2009, 34(2):67-69 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHKD200902025.htm Cai Chenglin, Li Xiaohui, Wu Haitao. Analysis of the DOP and Positioning Performance of Composite Satellite Constellation[J]. Science of Surveying and Mapping, 2009, 34(2):67-69 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHKD200902025.htm
[13]	Li Min, Qu Lizhong, Zhao Qile, et al. Precise Point Positioning with the BeiDou Navigation Satellite System[J]. Sensors, 2014, 14(1):927-943 doi: 10.3390/s140100927
[14]	刘大杰, 施一民, 过静珺.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M].上海:同济大学出版社, 1996 Liu Dajie, Shi Yimin, Guo Jingjun. Theory of Global Positioning System (GPS) and Data Processing[M]. Shanghai:Tongji University Press, 1996.
[15]	姚宜斌, 谢鸣宇, 牛文周.多频多模导航卫星系统的组合研究[J].全球定位系统, 2006, 5:16-20 doi: 10.3969/j.issn.1008-9268.2006.01.004 Yao Yibin, Xie Mingyu, Niu Wenzhou. Research on the Combination of Multi-frequency and Multi-Mode GNSS[J]. GNSS World of China, 2006, 5:16-20 doi: 10.3969/j.issn.1008-9268.2006.01.004
[16]	Gao Xingwei, Guo Jingjun, Cheng Pengfei, et al. Fusion Positioning of Compass/GPS Based on Spatio Temporal System Unification[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2012, 41(5):743-748
[17]	杨元喜.自适应动态导航定位[M].北京:测绘出版社, 2006 Yang Yuanxi. Adaptive Navigation and Kinematic Positioning[M]. Beijing:Surveying and Mapping Press, 2006
[18]	秦显平, 杨元喜, 崔先强.椭球参数对北斗与GPS广播星历计算的互操作性影响[J].武汉大学学报·信息科学版, 2015, 40(9):1237-1241 http://ch.whu.edu.cn/CN/abstract/abstract3327.shtml Qin Xianping, Yang Yuanxi, Cui Xianqiang. The Influence of the Constants of Ellipsoid on the Interoperability of Broadcast Ephemeris Computation between BeiDou and GPS[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(9):1237-1241 http://ch.whu.edu.cn/CN/abstract/abstract3327.shtml
[19]	程鹏飞, 文汉江, 成英燕, 等. 2000国家大地坐标系椭球参数与GRS80和WGS84的比较[J].测绘学报, 2009, 38(3):189-194 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHXB200903000.htm Cheng Pengfei, Wen Hanjiang, Cheng Yingyan. Parameters of the CGCS 2000 Ellipsoid and Comparisons with GRS80 and WGS84[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2009, 38(3):189-194 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHXB200903000.htm
[20]	魏子卿. 2000中国大地坐标系及其与WGS84的比较[J].大地测量与地球动力学, 2008, 28(8):1-5 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DKXB200805001.htm Wei Ziqing.China Geodetic Coordinate System 2000 and Its Comparison with WGS84[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2008, 28(8):1-5 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DKXB200805001.htm
[21]	李征航, 黄劲松. GPS测量与数据处理[M].武汉:武汉大学出版社, 2010 Li Zhenghang, Huang Jinsong. GPS Surveying and Data Processing[M]. Wuhan:Wuhan University Press, 2010

施引文献(33)

期刊类型引用(12)

1.	徐燕飞，胡振琪，陈永春，崔瑞豪，苗伟，冯占杰. 基于遥感生态指数的淮南矿区生态环境质量变化分析. 煤炭工程. 2025(01): 195-202 . 百度学术
2.	张浩斌，王婉，宋妤婧，苗林光，马超. 基于改进遥感生态指数的干旱内流区生态质量评价——以阴山北麓塔布河流域为例. 生态学报. 2024(02): 523-543 . 百度学术
3.	张昊杰，杨立娟，施婷婷，王帅. GF-6 WFV传感器数据的缨帽变换系数推导. 自然资源遥感. 2024(02): 105-115 . 百度学术
4.	钟安亚，孙娟，胡春明，谷海红. 基于RSEI的北京王平煤矿生态环境修复效果评估及预测. 矿业安全与环保. 2023(04): 89-96 . 百度学术
5.	王新驰，鲁铁定，龚循强，周秀芳. 基于改进遥感生态指数的南昌市生态环境质量监测与评价. 科学技术与工程. 2023(35): 15319-15327 . 百度学术
6.	吴群英，苗彦平，陈秋计，侯恩科，李继业. 基于Sentinel-2的荒漠化矿区生态环境监测. 采矿与岩层控制工程学报. 2022(01): 91-98 . 百度学术
7.	晏红波，杨志高，卢献健，韦晚秋，黎振宝. 基于改进RSEDI的典型喀斯特地区生态环境质量时空变化. 科学技术与工程. 2022(11): 4646-4653 . 百度学术
8.	刘建强，叶小敏，陈鋆. 面向鄱阳湖洪涝风险分析的HY-1C/D卫星CZI影像水体面积与水位关系研究. 华中师范大学学报(自然科学版). 2022(03): 505-512 . 百度学术
9.	史宇骁，李阳，孟翊，赵志远，张婷玉，王栋，袁琳. 1989—2020年长江口九段沙湿地格局演变及影响因素. 应用生态学报. 2022(08): 2229-2236 . 百度学术
10.	梁齐云，苏涛，张灿，王建，周丽丽. 基于改进遥感生态指数的黄山市生态质量评价研究. 地球物理学进展. 2022(04): 1448-1456 . 百度学术
11.	程琳琳，王振威，田素锋，柳亚彤，孙梦尧，杨玉曼. 基于改进的遥感生态指数的北京市门头沟区生态环境质量评价. 生态学杂志. 2021(04): 1177-1185 . 百度学术
12.	陈超，陈慧欣，陈东，张自力，张旭锋，庄悦，褚衍丽，陈建裕，郑红. 舟山群岛海岸线遥感信息提取及时空演变分析. 国土资源遥感. 2021(02): 141-152 . 百度学术