北斗与GPS数据质量对比分析_潘林

的频率增 加 １７．９９３‰，数 据 采 集 率 下 降 ２１％。 因 此，树林环境下 的 数 据 质 量 是 差 于 空 旷 环 境 的，这 主 要 是 因 为 卫 星 信 号 穿 过 树 林 时 ，树 叶 可 能 遮 挡 信 号 ，从 而 导 致 信 号 失 锁 、数 据 采 集 率 降 低 。
采 集 数 据 的 接 收 机 是 由 南 方 测 绘 公 司 生 产 ，接
收机类型 是 ＳｏｕｔｈＧｐｓ，天 线 类 型 是 ＨＸ－ＢＳ４０５Ａ． 空旷环境与树林环境数据采 集 都 在 ２０１２ 年 ５ 月 ７ 日进行，它 们 的 观 测 时 间 为 １∶３０－９∶００（ＧＰＳ 时 ），时 段 长 度 是 ７．５ｈ，采 样 间 隔 为 ３０ｓ，截 止 高 度 角设为１０°，采集的观测数据为北斗和 ＧＰＳ的混 合 数据。
ＭＰ１＝ Ｐ１ － （１＋ａ２－１）Ｂ１ ＋ａ２－１Ｂ２ ＋εＰ１
＝ Ｍ１＋Ｃ１－ （１＋ａ２－１）ｍ１＋ａ２－１ｍ２＋εＰ１， （１）
ＭＰ２＝ Ｐ２ －ａ２－ａ１Ｂ１ ＋ （ａ２－１－１）Ｂ２ ＋εＰ２
＝ Ｍ２ ＋Ｃ２ －ａ２－ａ１ｍ１ ＋ａ２－ａ１ｍ２ ＋εＰ２，（２）
Ｃ１ ＝－ （１＋ａ２－１）ｎ１λ１ ＋ａ２－１ｎ２λ２，
关 键 词 ：北 斗 ；ＧＰＳ；数 据 质 量 ；多 路 径 效 应 ；周 跳 ；数 据 采 集 率 ；载 噪 比 中图分类号：Ｐ２２８．４ 文献标志码：Ａ 文 章 编 号 ：１００８－９２６８（２０１３）０２－００２３－０５
０ 引 言
卫星数据质量分析在测绘工作中是必不可少 的 ，能 够 为 连 续 运 行 参 考 站 的 选 址 以 及 运 行 过 程 中 的 质 量 监 测 提 供 重 要 信 息 ，而 且 也 为 卫 星 定 位 数 据 处理提供诸多先验信息［１－４］。ＴＥＱＣ 是功能强大 且 简单易用的 ＧＰＳ／ＧＬＯＮＡＳＳ 数 据 预 处 理 软 件，主 要功能有格 式 转 换、编 辑 和 质 量 检 查 。 ［５］ 其 中，质 量检查 模 块 能 够 很 全 面 的 对 ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ 等 卫星系统的观测数据进行质量分析。但由于北斗 卫星 导 航 定 位 系 统 发 展 较 晚，ＴＥＱＣ 并 不 能 对 北 斗观测数据进行质量分析。利用笔者自己开发的 类似 ＴＥＱＣ 的数据质量分析软件，从 多 路 径 效 应、 周 跳 、数 据 采 集 率 、载 噪 比 四 个 方 面 ，对 空 旷 环 境 和 树林环境采集的北斗与 ＧＰＳ观测数据进行了质量 分析。
为载 波 相 位 观 测 值 的 多 路 径 效 应；ｎ 为 整 周 模 糊
度；ａ＝ｆ２１／ｆ２２，ｆ 为 载 波 相 位 观 测 值 的 频 率；λ 为 载波相位观测值的波长。
如果没有周跳发生，则 Ｃ 是 常 量，因 为 ｍ１、ｍ２ 远远小 于 Ｍ１、Ｍ２，所 以 ＭＰ１、ＭＰ２ 主 要 反 映 了 伪 距 多 路 径 效 应 的 影 响 ，伪 距 多 路 径 效 应 可 以 通 过 对 ＭＰ１和 ＭＰ２求标准差（ＳＴＤ）来进行统计。
＊ 收稿日期：２０１２－０９－１１ 资 助 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （批 准 号 ：４１００４０１１） 联系人：潘林 Ｅ－ｍａｉｌ：９７２７０２９０７＠ｑｑ．ｃｏｍ
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全 球 定 位 系 统
第 ３８ 卷
２ 多路径效应
两个频率上的伪距观测值多路径效应通常可
以通过伪距和载波相位观测值的线性组合分别求 得 ，其 计 算 公 式 如 下 ［６］：
图３ 示 出 了 树 林 环 境 下 Ｃ０１、Ｃ０９、Ｇ２２、Ｇ３１ 四颗卫星 的 多 路 径 （Ｂ１／Ｌ１）与 高 度 角 关 系。 从 图 中 也 可 以 看 出 ，低 高 度 角 信 号 的 多 路 径 效 应 显 著 更 大 。 相 比 于 空 旷 环 境 ，在 树 林 环 境 下 四 颗 卫 星 的 多
从表 １ 中 还 可 以 看 出，树 林 环 境 下 ＧＰＳ 数 据 质量明显差于北斗数据。在数据处理中发现，当 高 度 角 小 于 ２５°时 ，周 跳 明 显 增 多 ，数 据 采 集 率 显 著 降 低 ，分 析 认 为 ，当 高 度 角 很 小 时 ，卫 星 信 号 穿 过 树 林 的路径大大增长，从而更容易造成树叶遮挡卫 星信 号。经统计，树 林 环 境 下 北 斗 数 据 中 高 度 角 小 于 ２５度的数据量占总数 据 量 的 １．０１％，而 ＧＰＳ 数 据 中高 度 角 小 于 ２５ 度 的 数 据 量 占 总 数 据 量 的 １１．３９％，从而导致树林环 境 下 ＧＰＳ 数 据 质 量 明 显 差于北斗数据。
乘以５来近似表示载噪比值。 图４示出了空旷环境下载噪比与高度角关系。
具 体 是 将 高 度 角 每 ５°划 分 ，统 计 这 ５°内 所 有 卫 星 载 噪比的均值。例如，图 中 １２．５°处 的 载 噪 比 值 表 示 １０～１５°内所有卫星的 载 噪 比 均 值。 从 图 中 可 以 看
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图２ 示 出 了 空 旷 环 境 下 Ｃ０１、Ｃ０９、Ｇ２２、Ｇ３１ 四颗卫星 的 多 路 径 （Ｂ１／Ｌ１）与 高 度 角 关 系。 从 图 中可知，Ｃ０１ 是 地 球 静 止 卫 星，高 度 角 在 ４６．４１～ ４７．０３° 变 化 ，所 以 ，多 路 径 效 应 在 整 个 时 段 比 较 均 匀；Ｃ０９是倾斜同步轨道卫星，其在 ６∶０１－７∶３１ 这 段 时 间 内 多 路 径 明 显 增 大 ，这 是 由 于 较 低 的 卫 星 高度角的缘故；Ｇ２２和 Ｇ３１均是 ＧＰＳ卫星，Ｇ２２在 １∶３０－２∶１１、５∶５５－６∶５４ 这 两 个 时 间 段 内 多 路径明显增加，而 Ｇ３１在２∶４２－３∶４９这段时间
全 球 定 位 系 统
第 ３８ 卷
出，除高度角大于６０°时 Ｌ１ 和 Ｂ１ 上 的 载 噪 比 值 相 等外，当高度角 相 同 时，Ｌ１ 上 的 载 噪 比 值 最 大，Ｂ１ 次之，Ｌ２上的 载 噪 比 值 最 小；从 图 中 还 可 以 看 出， 随着高度角的降低，载噪比值明显减小。 图５ 示出 了树林环境下载噪比与高度角关系。从图中可以 看出，除高度角小于４５°时 Ｂ１ 和 Ｂ２ 上 的 载 噪 比 值 基本相等外，其他特征基本和图 ４ 相似。 从表１ 可 以看出（最后两列），树林环境下的载噪比均 值均略 大 于 空 旷 环 境 ，因 此 可 以 说 树 林 环 境 对 载 噪 比 造 成 的影响是非常小的。
５ 结 论
利用空旷环 境 和 树 林 环 境 下 实 测 北 斗 和 ＧＰＳ 观测数据进行 质 量 分 析，通 过 分 析 发 现：相 比 空 旷 环境，树林环境 下 的 观 测 数 据 伪 距 多 路 径 更 大、周 跳 增 多 、数 据 采 集 率 降 低 ，数 据 质 量 变 差 ，但 载 噪 比 并没有明显差 别，根 据 这 些 指 标，树 林 环 境 下 北 斗 数据 质 量 要 好 于 ＧＰＳ．另 外，无 论 是 北 斗 还 是 ＧＰＳ，数据质量会随着高度角 的 降 低 而 变 差。 载 噪 比的分析结果表明，在两种观测环境中，ＧＰＳ Ｌ１ 频 段上的载噪比值 最 大，北 斗 Ｂ１ 次 之，ＧＰＳ Ｌ２ 频 段 上的载噪比值最小。
（３）
Ｃ２ ＝－ａ２－ａ１ｎ１λ１ ＋ （ａ２－ａ１－１）ｎ２λ２，
（４）
式中：ＭＰ１、ＭＰ２ 分别表示北斗 Ｂ１、Ｂ２ 波段上 的
伪距和载波相位观测值的多 路 径 效 应 组 合；Ｐｗ 为
伪距观测 值；Ｂ 为 载 波 相 位 观 测 值 （单 位 ｍ）；εＰ
为观测噪 声；Ｍ 为 伪 距 观 测 值 的 多 路 径 效 应；ｍ
DOI:10.13442/j.gnss.2013.02.008
第 ３８ 卷 第 ２ ２０１３ 年 ４ 月
期
全球定位系统 ＧＮＳＳ Ｗｏｒｌｄ ｏｆ Ｃｈｉｎａ
Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．２ Ａｐｒｉｌ，２０１３
北斗与 ＧＰＳ数据质量对比分析＊
潘 林 ，蔡 昌 盛 ，戴 吾 蛟 ，高 晓
１８．９７５
９３
７７
ＣＮ１／ＣＮ２
ＣＯＭ
ＧＰＳ
３６．７３／３４．５９ ３７．３８／２７．４４
３７．２４／３５．４７ ３８．１２／２８．４０
３ 载噪比
载噪比是指载波信号与噪声的能量密度之比， 是反映载 波 相 位 观 测 质 量 的 指 标 之 一 。 ［８］ 由 于 载 噪比和信号强度是息息相关的，文中用信号 强度值
表 １ 空 旷 环 境 与 树 林 环 境 下 数 据 质 量 指 标
观测环境
ＭＰ１／ＭＰ２／ｍ
ＣＯＭ
ＧＰＳ
周 跳 数／数 据 量／‰
ＣＯＭ
ＧＰＳ
数 据 采 集 率／％来自ＣＯＭ ＧＰＳ
空旷环境 ０．２５８／０．３７９ ０．２９８／０．３２２ ０．７６９
０．９８２
９７
９８
树林环境 ０．５８０／０．７５８ ０．７４１／０．７８３ １．５７４
第２期 潘 林等：北斗与 ＧＰＳ数据质量对比分析
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内多路径 明 显 更 大，也 是 受 到 卫 星 低 高 度 角 的 影 响。根据图中高度 角 的 变 化，在 Ｃ０９、Ｇ２２、Ｇ３１ 这 三颗卫星多路径明显增大的时间段其高度角基本 在３５°以下，这反映了 低 高 度 角 对 伪 距 多 路 径 效 应 的影响。
（中南大学测绘与国土信息工程系，湖南 长沙 ４１００８３）
摘 要：利用空旷环境和树林环境下实测北斗和 ＧＰＳ 观测 数据，从 多路 径效应、周 跳、数 据采 集 率、载 噪 比 这 四 个 方 面 进 行 数 据 质 量 分 析。 通 过 分 析 发 现：在 树 林 环 境 采 集 的 北 斗 和 ＧＰＳ数据均要 比 空 旷 环 境 采 集 的 数 据 质 量 差，北 斗 的 观 测 数 据 质 量 在 树 林 环 境 下 要 好 于 ＧＰＳ．