北斗地基增强系统建设
(整理)南宁示范区北斗地基增强系统建设方案
.................南宁示范区北斗地基增强系统建设方案武汉际上空间科技有限公司二〇一三年十一月目录第一章项目概述 (1)1.1建设背景 (1)1.2建设意义 (1)1.3 建设原则 (2)1.4 参考标准 (4)1.5 常用术语 (5)第二章项目建设目标 (6)2.1系统建设目标 (6)2.2系统技术指标 (6)第三章项目建设内容 (8)3.1系统总体结构 (8)3.2 系统建设内容 (10)3.3系统管理中心建设 (11)3.4基准站系统建设 (25)第四章项目组织实施 (42)4.1项目组织过程 (42)4.2项目质量管理 (42)4.3项目风险管理 (43)4.4项目实施计划 (44)第五章投资预算............................................. 错误！未定义书签。
第一章项目概述1.1 建设背景北斗卫星导航系统﹝BeiDou Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统,缩写BDS，与美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧盟的Galileo系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。
目前，北斗导航定位系统已经成功发射四颗北斗导航试验卫星和十六颗北斗导航卫星（其中，北斗-1A已经结束任务），将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。
该系统完成后，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠性的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信能力。
较传统的单GPS系统，使用GPS系统与北斗卫星导航定位系统联合定位，对于提高导航定位系统的环境适应性以及精密定位初始化时间方面有明显的优势。
随着北斗导航定位系统的发展，生产定位服务设备的生产商，都将会提供对GPS和北斗系统的支持，以提高定位的精确度。
目前，北斗卫星系统已经对亚太地区实现全覆盖，因此，发展北斗卫星地基增强系统，对于提高现有导航定位稳定性有着极大的帮助。
北斗地基增强系统建设方案
北斗地基增强系统建设方案一、背景介绍北斗卫星导航系统是中国自主研发的一种卫星导航定位系统，具有全球覆盖、高精度、高实时性和高可靠性的特点，被广泛应用于陆地、海洋、空中和航天等领域。
为了进一步提高北斗系统的使用效果和定位精度，北斗地基增强系统建设显得尤为重要。
二、目标本方案旨在建设一个完善的北斗地基增强系统，提高北斗系统的定位精度和使用效果，满足用户对高精度导航定位的需求。
三、建设内容1.增加地面基站密度：建设更多的北斗地面基站，提高北斗信号接收覆盖范围。
基站之间的平均距离控制在30公里以内，以保证接收到的信号质量和定位精度。
基站之间的连接采用高速互联网络，确保数据的实时传输。
2.基站建设和设备更新：选址合理，考虑到信号传播的特点，尽量选在高海拔、开阔地带，减少地形地貌对信号传输的影响。
基站应配备高性能的天线、接收机和信号处理设备，以提高信号接收和处理能力。
同时要加强基站的设备更新和维护，保证设备的可靠性和稳定性。
3.建设数据中心：建设一个专门用于数据处理和分析的中心，用于接收、处理和存储北斗地基增强系统产生的海量数据。
数据中心要采用先进的大数据分析技术，对数据进行深入挖掘和分析，提取出有价值的信息，为用户提供更加精确和实用的导航定位服务。
4.提高用户终端设备的兼容性：开发适用于不同终端设备的导航软件和硬件驱动程序，提高用户终端设备对北斗系统的兼容性。
同时，在终端设备中集成地基增强系统的功能，使用户可以通过终端设备直接接收和使用加强后的北斗信号。
5.加强用户培训和推广：组织相关培训，提高用户对北斗地基增强系统的认知和使用能力。
同时，通过各种宣传渠道，宣传北斗地基增强系统的优势和功能，推动系统的推广和应用。
四、实施步骤1.前期准备：进行项目规划、选址和立项，确定建设经费和时间计划。
2.建设基站和数据中心：根据选址要求，依次建设基站和数据中心，并配置相应的设备。
3.测试与优化：对建设的基站和系统进行功能测试和性能优化，以确保其正常运行和满足用户需求。
北斗地基增强系统现状与发展思考
基准站站网由155框架网基准站和2422个区域网基准站组成。
基准站遍及祖国大江南北，在“最
图1 北斗地基增强系统组成示意图
图2 基准站极端站址分布情况
南、最北、最东、最西、最高、最低、最冷、最热”环境下均有分布（图2）。
通信网络分系统包含国家数据综合处理系统与基准站、行业数据处理系统（含数据备份系统）、数据播发系统等系统间的通信网络，通信网络系统按功能分为基准站接入区、行业平台区和数据播发
区三大部分。
数据处理分系统包括计算、存储、备份、安全等基础支撑平台，和核心处理软件子系统。
核心处理软件子系统具备对北斗基准站数据的存储、。
高速公路北斗地基增强基站建设方案
高速公路北斗地基增强基站解决方案二零二二年二月目录第一章项目概述 (1)1.1 项目背景 (1)1.3 建设目标 (1)1.4 建设内容 (1)1.5 站点分布规划 (2)1.6 项目意义 (2)第二章系统总体设计 (3)2.1 总体原则 (3)2.2 技术依据 (3)2.3 技术指标 (4)2.4 系统功能 (5)2.5 系统组成 (5)2.6 系统工作流程 (6)2.7 系统关键技术 (6)2.7.1 虚拟参考站技术 (6)2.7.2参数实时解算播发技术 (7)第三章系统构成 (8)3.1 基准站子系统 (8)3.1.1 站点勘察测试 (8)3.1.2基准站主要设备参数 (8)3.1.3设备安装与调试 (9)3.2 通讯子系统 (10)3.2.1 技术指标 (10)3.2.2 技术设计 (10)3.2.3 数据安全 (11)3.3 数据处理与控制中心子系统 (12)3.3.1 设计原则 (12)3.3.2 系统调试 (12)3.3.3 系统主要软件参数 (13)3.3.4 网络安全防护建设 (15)3.3.5 机房设备配置 (15)3.4 用户应用子系统 (16)3.4.1 用户群分析.................................................错误!未定义书签。
3.4.2 CORS系统应用............................................错误!未定义书签。
第四章系统测试与调试.......................................................错误!未定义书签。
4.1 系统调试.................................................................错误!未定义书签。
4.2 系统测试...............................................................错误!未定义书签。
北斗卫星导航地基增强系统设计与测试分析
第4期2024年2月无线互联科技Wireless Internet Science and TechnologyNo.4February,2024作者简介:许鹏(1986 ),男,助理工程师,学士;研究方向:卫星导航㊂北斗卫星导航地基增强系统设计与测试分析许㊀鹏,赵㊀伟,罗㊀伟,兰㊀伟,桑㊀飞(61773部队,新疆乌鲁木齐831100)摘要:文章首先回顾㊁总结了全球卫星地基增强系统的产生㊁发展和演化情况,介绍了我国北斗卫星地基增强系统的现状;其次,对网络RTK 的误差和影响定位精度的因素进行了剖析研究,并以新疆地区为例,分别将北斗卫星地基增强系统与移动网络定位和GPS 系统定位精度进行对比;最后,将北斗系统与GPS 系统组合定位精度进行评估,探索北斗卫星地基增强系统的定位效果㊂关键词:北斗;定位精度测试;地基增强系统;CORS 系统中图分类号:TN953+.7㊀㊀文献标志码:A 0㊀引言㊀㊀随着2020年6月23日北斗3号最后一颗全球组网卫星在中国西昌卫星发生中心成功发射并顺利进入预定轨道,标志着我国北斗全球系统星座部署和北斗3号系统组网完成,同时也代表4大全球卫星导航系统划分天下的局面正式形成㊂对于4大导航系统在非遮蔽条件下的基本服务均可以满足10m 左右的精度要求㊂但随着科学技术发展和城市建设质量要求的不断提升以及对定位精度需求的提高,基本服务已经远远不能满足像测绘作业㊁国土勘探㊁精准农业等高精度领域的需求㊂为了提高定位精度并且满足各类用户的不同需求,卫星导航增强技术与系统便应运而生㊂1㊀全球卫星地基增强系统的产生和发展历程1.1㊀全球卫星导航增强技术与系统㊀㊀卫星导航增强技术最早是为了应对随着全球卫星导航系统应用的不断推广和深入,目前的卫星导航系统还不能满足一些高端用户的要求㊂而发展起来的美国GPS 系统选择可用性(SA)政策,2000年美国取消了SA 政策,在一定程度上提高了导航定位精度㊂为此各种卫星导航增强系统应运而生㊂目前,国外卫星导航增强技术主要分为2大类,一类是星基增强系统(Satellite -Based AugmentationSystem,SBAS),另一类是地基增强系统(Ground -Based Augmentation Systems,GBAS)㊂1.2㊀GBAS 地基增强系统㊀㊀局部面积增强系统(Local Area AugmentationSystem,LAAS)最早主要是为航空机场提供高完整性增强服务,由FAA 提出,后FAA 和ICAO(国际民航组织)已停止使用 LAAS 这一词,取而代之的是 GBAS ㊂相比于SBAS,单个GBAS 建设成本较低,且现有完好性相对较高[1]㊂2㊀北斗地基增强系统㊀㊀北斗地基增强系统是北斗卫星导航系统的重要组成部分,不仅能满足 技术先进㊁高效可靠㊁经济适用和易扩展 的标准,而且还能与其他技术相结合,构建一个更加完善㊁灵活的北斗导航服务体系㊂它可以根据1~2m㊁dm 级㊁cm 级的测量结果,使得北斗/GNSS 技术能够更加有效地应用于各种领域㊂3㊀网络RTK 技术3.1㊀传统RTK 定位技术㊀㊀传统的实时动态差分定位技术(Real -TimeKinamatic,RTK)基于高精度的载波相位观测值可用于快速静态定位,在应用中遇到的最大技术难题就是参照位置校正数据的有效作用距离㊂定位误差的空间相关性随着参照位置和移动位置距离的增加而逐渐失去线性,在一定距离下(单频大于10km,双频大于30km),经过差分修正处理后的用户数据还是有较大误差,导致定位精度降低而无法解算载波相位的整周模糊度问题㊂因此,为了保证所需定位精度,传统的单机RTK 使用距离十分有限[2]㊂3.2㊀网络RTK 定位技术㊀㊀在20世纪90年代中期,技术人员提出了网络RTK 定位技术的概念,以解决传统RTK 技术的不足㊂网络RTK 是在某一地区建立若干个基准站,构成对该地区的网状覆盖,并以这些基准站中的一个或多个为基准,向该地区相应地纠错信息,从而实现定位精确度的实时提升㊂与传统RTK 技术相比,网络RTK 定位技术不但扩大了覆盖范围,而且进一步压缩作业成本,提高了定位精度,减少了定位的初始化时间㊂网络RTK 系统的组成包括基准站网子系统㊁中心子系统㊁通信子系统㊁用户数据中心子系统㊁应用子系统,如图1所示㊂图1㊀网络RTK 系统组成3.3㊀连续运行参考站系统㊀㊀连续运行参考站系统(Continuous OperationalReference System,CORS)是由常年连续运行的若干固定基准站组成的网络系统,利用卫星导航定位㊁计算机㊁数据通信和互联网络等技术,按一定距离在一个个国家(区域)建立的㊂目前网络RTK 系统都是基于CORS 系统打造的,即很多CORS 系统都包含了网络RTK 定位功能㊂因此,CORS 的发展现状也体现了网络RTK 制式的发展现状㊂4㊀网络RTK 误差及导航系统精度分析4.1㊀网络RTK 误差分析㊀㊀导航信号从卫星的天线发射出来到接收机天线接收,然后由用户端接收机把测距信号量测出来,其中存在诸多影响因素,从而产生一定的误差㊂网络RTK 误差考虑到如下2方面:(1)天线相位中心偏差㊁多路径效应㊁无线电信号干扰以及与参考站㊁移动站有关的误差㊂(2)相对论效应㊁电离层误差和对流层误差等和星站间距离造成的误差㊂4.1.1㊀天线相位中心的偏差㊀㊀GNSS 测量可以用来检验天线的相位,可以通过计算卫星的质心来估算它们之间的距离㊂然而,这种方法的结果可能会受到精确星历的影响,导致它们的估算值可能会存在偏差㊂IGS 发展使得RTK 的施测变得更加精确,它通过比较使用者和被观察者的天线以及它们之间的相互影响,获取更准确的信息㊂这种方法大大提高了RTK 的精度,使其能够更好地反映实际情况㊂研究发现,天线的相位偏移主要由于它的天顶距对其产生的影响㊂然而,对于更精细的测量,笔者选择了50ʎ作为参考点㊂经过测量,可以看出随着角度的增加,数据误差也会随之增加㊂从0ʎ开始,误差几乎没有受到干扰,但是当角度达到45ʎ时,误差会达到最高,并且随着角度的增加,误差也会继续增加[3]㊂4.1.2㊀多路径效应的影响㊀㊀多路径效应(Multi Path Effect,MPE)是指各分量场在电磁波经过不同路径传播后,按各自相位相互叠加,使原有信号失真或产生错误,到达接收端的时间不同而产生的干扰㊂此类多路径现象会使接收方观察信号出现错误,造成追踪信号难度较大,该现象即为多路径效应㊂多路径效应对导航测量来说最为严重和危险,通常引起的误差约5cm 即可,而当反射系数大时则可能超过,误差值可达19cm 以上㊂特别是在多径效应的伪距离观测时,其错误可能高达10m或更高㊂多径误差和其他种类误差有所不同,除了与接收机天线圈周围存在环境及近㊁远反射物质有关外,还可以在一段时间内发生改变㊂因此多路径效应误差具有时变的复杂多样性,在实际应用中,很难用统一的模型进行描述㊂4.1.3㊀对流层延迟及其修正方法㊀㊀对流层是从地面开始向上延伸约50km 的大气层㊂在卫星信号传输过程中,对流层发生信号延迟的情况占到信号延迟的80%㊂当卫星导航信号穿过对流层时,信号的传播速度和路径就会发生变化,这种现象叫作对流层延迟(Transference)㊂对流层延时90%成因是由于大气层内的干燥分量导致的;剩下10%是由水蒸气导致的,称为湿度成分㊂因此,可通过对天顶方向干燥㊁湿度分量延时及对应投影函数表达对流层延时㊂ΔP trop =ΔP z ,dry M dry (E )+ΔP z ,wet M wet (E )(1)式中,ΔP trop 为对流层总延迟,ΔP z ,dry 为天顶方向对流层干分量延迟,M dry (E )为相应的对流层干分量投影函数,ΔP z ,wet 为天顶方向对流层湿分量延迟,M wet (E )为相应的对流层湿分量投影函数㊂当今,许多不同的对流层校验方法已被提出,而Hopfield㊁Saastamoinen 等新一代校验方法提供的数据比美国标准大气层的校验方法精度更高,误差仅为几毫米㊂在天顶方向,各模型的延迟改正误差都在20mm 以内,而湿分量部分的残余影响还是比较大㊂Hopfied 模型直接给出干分量和湿分量在传播路径上折射改正量(不再需要映射函数):ΔD trop =ΔD dry +ΔD wet(2)令i =dry ,wet ,则干湿分量用下式表示:ΔD i =10-6N i ð9k=1αk ,i k γk i éëêêùûúú(3)其中,折射指数公式为:N dry =0.776ˑ10-4P /T(4)N wet =0.373e /T 2(5)在这个方程中,用T ㊁P ㊁e 3个不同的参数来描述:大气温度(K)㊁大气压力(mbar )以及水气压(mbar)㊂r dry ㊁r wet 这些参数代表了从测量站出发,沿着干湿折射指数逐渐接近零的边缘线的距离(m),可以用下列公式来进行计算:γi =(γ0+h i )2-(γ0cos E )2-γ0sin E(6)在这公式中,边缘界面的高度(m)逐渐降至零,干湿折射指数分别为:h dry =40136+148.72(T -273.16)(7)h wet =11000(8)上面式中的系数为:g m =1.0-0.0026cos2B -0.28ˑ10-6Hα1,i =1α2,i =4a iα3,i =6a 2i+4b i α4,i =4a i (a 2i+3b i )α5,i =a 4i +12a 2i b i +6b 2i α6,i =4a i b i (a 2i+3b i )α7,i =b 2i (6a 2i+4b i )α8,i =4a i b 3i α9,i =b 4i a i =-sin Eh ib i =-COS 2E 2h i r 0在这些公式中,E 表示卫星的高度角,r 0表示测站的地心向径(m),P ㊁e 分别表示以mbar 为单位的测站大气压和水气压,T 表示测站的K 氏温度㊂Saastamoinen 模型为:ΔD dry =0.002277p g m(9)ΔD wet =0.002277g m1255T +0.05()e (10)其中,e 为水气压,可以根据测站上的相对湿度RH 来计算水气压㊂e =RH ˑexp(-37.2465+0.213166ˑT -0.000256908ˑT ˑT (11)g m 为平均重力,g m =1.0-0.0026cos(2B )-0.28ˑ10-6H ;B ㊁H 分别为用户纬度和高程㊂Saastamoinen 模型的投影函数采用了一种叫作Niell 的干分量投影函数,它的干分量投影函数为:m Hydro (ε)=1+a Hydro1+b Hydro1+c Hydro sin ε+a Hydrosin ε+b Hydro sin ε+c Hydro+1sin ε-1+a ht 1+b ht 1+c ht sin ε+a htsin ε+b ht sin ε+c ht éëêêêêêêêêùûúúúúúúúúˑH 1000(12)式中,ε为高度角,H 为正高,而干分量投影系数则由a Hydro ㊁b Hydro ㊁c Hydro 来表示;a ht =2.53ˑ10-5b ht =5.49ˑ10-3c ht =1.14ˑ10-3如果测站纬度Ø满足150ɤ|Ø|ɤ750,干分量投影系数利用下式进行内插计算,内插系数由系数表给出㊂p (Ø,t )=p avg (Øi )+[p avg (Øi +1)-p avg (Øi )]ˑØ-ØiØi +1-Øi +p amp (Øi )+[p amp (Øi +1)-p amp (Øi )]ˑØ-ØiØi +1-Øi{}ˑcos 2πt -T 0365.25()(13)式中,p 表示要计算的系数a Hydro ㊁b Hydro 或c Hydro ,Øi 表示表中与Ø最接近的纬度,t 是年积日,T 0为参考年积日,取T 0=28,a Hydro ㊁b Hydro ㊁c Hydro 的平均值及其波动值如表1所示㊂表1㊀干分量投影函数内插系数纬度a Hydro (average )b Hydro (average )c Hydro (average )a Hydro (amp )b Hydro (amp )c Hydro (amp )150.0012769930.0029153700.062610510.00.00.0300.0012683230.0029152300.062837390.000012709630.000021414980.00009012840450.0012465400.0029288450.063721770.000026523660.000030160780.00004349704600.0012196050.0029022570.063824270.000034000450.000072562720.00084795348750.0012046000.0029024910.064258460.000041202190.00011723380.00170372060㊀㊀而对于纬度Ø,|Ø|ɤ15ʎ,有:p (Ø,t )=p avg (15ʎ)+p avg (15ʎ)ˑcos(2πt -T 0365.25)(14)对于纬度Ø,|Ø|ȡ75ʎ,有:p (Ø,t )=p avg (75ʎ)+p avg (75ʎ)ˑcos(2πt -T 0365.25)(15)Niell 湿分量投影函数为:m wet (ε)=1+a wet1+b wet1+c wet sin ε+a wetosin ε+b wetsin ε+c wet(16)其湿分量投影系数a wet ㊁b wet ㊁c wet ,对于15ʎɤ|Ø|ɤ75ʎ是利用下式进行内插计算,内插系数如表2所示㊂p (Ø,t )=p avg (Øi )+[p avg (Øi +1)-p avg (Øi )]ˑØ-ØiØi +1-Øi(17)表2㊀湿分量投影函数内插系数纬度a wet (average )b wet (average )c wet (average )150.0005802180.0014275270.0434*******.00056794850.0015138630.04672951450.00058118020.0014572570.0439*******.00059727540.0015007430.04462698750.00061641690.0017599080.05473604而对于纬度Ø,|Ø|ɤ15ʎ,有:p (Ø,t )=p avg (15ʎ)(18)对于纬度Ø,|Ø|⩾75ʎ,有:p (Ø,t )=p avg (75ʎ)(19)4.1.4㊀电离层延迟及其修正方法㊀㊀随着日照㊁X 射线㊁γ射线等多种射线的照射,50~1000km 地表上的中性气体分子会经历一系列的物理现象,这些现象构成了一个复杂的物理系统,其特点是:随着射线的照射,这些物质会经历一系列物理反应,最终形成一个复杂的物理系统,它的物理特征就像一个复杂的物理系统㊂由于路线出现了轻微的变形,因此,将光速c 与时间Δt 相除,所获取的ρ与其本身的几何尺寸并无关联㊂通常电磁波在电离层中的折射率为:n 2=1-X1-Y 2T2(1-X )ʃY 4T4(1-X )2+Y 2L(20)式中,X =f 2p f2=N e e 24π2ε0mf2;Y T =f H f sin θ;Y L =f H fcos θ;ʃ的值取决于使用的电磁波的极化特性㊂N e电子密度是指每立方米空间中自由电子的数量;e 为电子电量,为1.6022E -19C;ε0为真空中的介电常数,为8.8542E -12F /m;θ代表电磁波在传播过程中与地球磁场的夹角;f 表示入射的电磁波的频率;f H 自由电子的回旋频率是指它们在受到地球磁场的影响时,其运动的特性和强度;f p 为等离子体频率,使电中性等离子平板产生振荡的特性频率时,从离子中分离出自由进行自由运动㊂因此,电离层造成的误差,主要是由信号频率㊁观测方向的仰角㊁观测时间电离层情况等因素决定,与卫星到接收机视线方向的电子密度有关㊂此外,当电离层剧烈活动时,可引起多普勒频移的变化,因为总电子含量的变化很快,从而可能造成相位的频繁脱锁㊂双频电离层修正模型,目前使用较多的电离层修正模型,可以有效地将残余误差降至总量1%以下㊂双频修正采用2个频点B 1㊁B 2,伪距观测量可以表示为:ρi =ρ0+If 2i (i =1,2)(21)可以得到:ρ0=aᶄρ1+bᶄρ2(22)其中:aᶄ=f 21/(f 21-f 22)bᶄ=f 22/(f 21-f 22)假定伪距观测量ρ1㊁ρ2的观测噪声有相同的均方差σn ,且相互独立,那么ρ0相对于单频测量下的归一化均方差可表示为:σρ0σn=aᶄ2+bᶄ2(23)由上式可计算出双频修正后得到的伪距观测量的观测噪声是单频测量的观测噪声的2.8976倍㊂如果采用频点B 1㊁B 3进行双频修正,那么双频修正后得到的伪距观测量的观测噪声是单频观测量的观测噪声3.5119倍;如果采用频点B 2㊁B 3进行双频修正,那么双频修正后得到后的伪距观测量的观测噪声是单频测量噪声的14.2866倍㊂计算电离层修正时应采用B 1㊁B 2频点上的伪距观测量,综合考虑估计精度和计算复杂度,对电离层进行修正㊂4.1.5㊀相对论效应㊀㊀在惯性空间中,被称为相对论效应的卫星时钟之间的相对运动㊂相对论效应可以划分为狭义和广义2类㊂按照狭义相对论的原则,安装在高度飞行卫星中的卫星钟频率f s 将会变为:f s =f 1-V 2s2c 2()(24)即Δf s =f s -f =-V 2s2c 2f ,式中V s 为卫星在惯性坐标系中运动的速度,f 为同一台钟的频率,c 为在真空中的光速㊂如将地球同步轨道卫星平均速度V s =3874m /s,c =299792458m /s 代入即可得:Δf s =-0.835ˑ10-10f (25)这说明,与静止在地球上的同类型时钟相比,地球同步轨道卫星的卫星时钟速度要慢一些㊂按照广义相对论,同样的时钟,在卫星上的频率会差,在地面上的频率也会差㊂Δf 2=W s -W k c 2f(26)其中,W s ㊁W k 分别为卫星所处位置的地球引力位和地面测站处的地球引力位㊂广义相对论的影响范围较小,可以将地球的重力位置视为一个单独的质点,于是有:W s =-μγW K=-μR ìîíïïïï(27)其中,μ为地球引力常数;R 为测站到地心的距离;γ为卫星到地心的距离㊂于是,Δf 2可得:Δf 2=μc 2f 1R -1γ()(28)总的相对论效应为:Δf =Δf s +Δf 2=μc 2éëêêùûúú1R-1γ()-V 2s 2c 2f (29)卫星钟比地球同类型钟的频率是增加的,解决办法是在制造卫星钟时把频率降低,以解决当这些钟进入轨道受到相对论效应影响时,频率刚好为标准频率㊂然而,上述相对论效应的影响,并不是常数的地球的运动和卫星轨道高度的改变以及地球重力场的改变㊂经上述修正后,存在残差影响卫星时间最长可达70ns,对卫星钟速影响可达0.01ns /s,这一影响必须考虑在高精度的单点定位中㊂4.2㊀导航定位精度分析㊀㊀影响导航的性能指标主要包括4个指标:精确度㊁完好度㊁可用性㊁连续性,而精确度指标是各系统为用户提供稳定可靠服务的保证,也是用户选择导航系统的重要依据,是各系统服务性能的最主要指标[4]㊂导航系统的服务精度主要取决于卫星分布的几何图形和观测量的精度,DOP 值一般作为一个卫星导航的精度㊂δAccuracy =DOP ˑδUERE(30)UERE 是由时钟误差㊁电离层延迟等因素造成的偏差,更多地反映在天空卫星的空间分布上,由于卫星接收路径产生用户等效距离误差的标准偏差,距离越远,误差放大效应也会增大㊂DOP 值作为反应星座组合和轨道参数的数值,主要包括水平DOP (HDOP )㊁垂直DOP (VDOP )㊁位置DOP (PDOP )㊁时间DOP (TDOP )和几何GDOP ㊂其中几何精度因子GDOP 是由PDOP 和TDOP 的综合影响的精度因子,可通过以下公式计算求得㊂GDOP =PDOP 2+TDOP 2(31)PDOP =σ2x +σ2y +σ2zσURE(32)给定定位精度水平,可用性取决于卫星在特定位置和一天内的几何形状㊂定位精度的高低是由DOP 所能接受的最大值来决定的,所以卫星导航系统的可用性要看定位精度的高低㊂普遍规律是PDOP ɤ6作为可用性评价系统的依据㊂利用几何精度因子的功能可预测导航系统的可用性(CFA),这就相当于在使用导航服务要求定位精度满足一定的要求㊂然而,事实上,系统完整性对于某些应用领域,尤其是航空领域来说是一个关键问题㊂因此,对系统的可用性,除了考虑DOP 门槛要求外,还应考虑组合导航系统观测卫星数量较多㊁GDOP 下降㊁组合导航系统定位时可选择最优星座即GDOP 数值最小的星座等自主完好监测和故障检测排除能力,这将有效提高导航系统定位精度[5]㊂5㊀仿真验证部分㊀㊀算例1:以2016年新疆地基增强CORS 站测试数据为例,数据来源为北斗导航新疆地基增强系统㊂通过运用北斗卫星导航新疆地基增强系统,新疆地区的事后导航定位服务区域能够实现全覆盖,同时重点区域能够获得dm 级甚至cm 级高精度定位服务㊂通过对比,可以发现新疆地基增强CORS 站系统的实时定位精度达到了5cm 以上,而且其高程精度也达到了10cm 以上,事后静态定位精度也达到了5mm 以上,而且其高程精度也不低于10mm㊂而移动网络定位精度远低于北斗卫星导航增强系统定位精度㊂算例2:北斗与GPS 联合精密定位,能够获得更高精度且系统鲁棒性更好㊂定位结果如表3所示㊂表3㊀北斗㊁GPS㊁北斗&GPS 定位精度对比单位:cm观测值N E U 北斗17.917.130.5GPS3.04.17.0北斗+GPS 4.0 3.56.26㊀结语㊀㊀北斗定位系统是中国重要的信息基础设施,它的建立为中国在导航卫星领域的国际影响力奠定了坚实的基础㊂经过模拟验证,与传统的BDS 定位方法相比,北斗地基增强系统的静态定位和动态网络RTK 测量精度都能满足要求,而且,将BDS 技术整合起来,更能体现多卫星集成技术的优越性㊂BDS 网络RTK 定位技术已经取得了巨大的进步,它的不断改进将有助于北斗地基增强系统的发挥,为北斗导航卫星的发展和应用提供坚实的基础㊂参考文献[1]郭树人,刘成,高为广,等.卫星导航增强系统建设与发展[J ].全球定位系统,2019(2):1-12.[2]刘文建.北斗/GNSS 区域地基增强服务系统建立方法与实践[D ].武汉:武汉大学,2017.[3]赵俊天.新疆维吾尔自治区CORS 系统的建设与定位服务测试[D ].西安:长安大学,2017.[4]李征航,张小红.卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M ].武汉:武汉大学出版社,2009.[5]黄文德,康娟,张利云,等.北斗卫星导航定位原理与方法[M ].北京:科学出版社,2019.(编辑㊀沈㊀强)Design and test analysis of Beidou satellite navigation foundation enhancement systemXu Peng Zhao Wei Luo Wei Lan Wei Sang FeiUnit 61773 Urumqi 831100 ChinaAbstract This paper briefly reviews and summarizes the generation development history and evolution of the globalsatellite foundation enhancement system introduces the current situation of the Beidou satellite foundation enhancement system in China analyzes the error of the network RTK and the factors affecting the positioning accuracythen compares the Beidou satellite foundation enhancement system with the mobile network and the positioningaccuracy of the GPS system and explores the positioning effect of the Beidou system and GPS system.Key words Beidou positioning accuracy test ground -based enhancement system CORS system。
解析北斗地基增强系统建设
解析北斗地基增强系统建设摘要：本文对北斗地基增强系统建设要点进行分析，首先阐述北斗地基增强系统的内涵，其次对北斗地基增强系统建设的主要内容进行探究，希望可给相关的工作人员提供一些参考。
关键词：北斗地基；增强系统；建设要点引言经济的快速发展极大地促进信息网络的建设，特别是导航系统，进而为便捷化的社会生活和生产建设提供了基础性的保障。
城市化建设中CORS是极为重要的一项内容，在交通等工程的运行中起着至关重要的作用。
1北斗地基增强系统概述如今北斗地基增强系统已经成为人们日常生活中不可或缺的重要部分，该系统主要包含空基和地基两个方面，基于特定得设备推进卫星定位导航，是相关系统稳定高效运行的重要基础。
作为卫星增强系统中的重要组成部分，空基增强系统主要涉及到地面参考站和传输站以及同步卫星等的运行，基于这些设备推进有序的操作，最终得到较高精度的定位数据。
地基增强系统同样有着极为重要的作用，其主要由基准站和数据播发系统等组成，基于各个部分的统筹协作达到既定的操作要求。
卫星定位服务综合系统是连续运行的基准站，各类数据信息的收集和传递以及坐标变化的修正等都是通过其进行。
其中所涉及到的数据传输主要是通过数据处理中心与CORS站进行，在无线网络的支持下完成与终端用户的信息传送，同时还可进行个性化的调整。
对于数据播发系统来说，其承担着数据的各项处理，当前该系统主要有单向和双向两种模式，最终将相应的位置信息传送到数据处理中心。
处理中心在对数据做出调整以后，即可将其传送到终端处理器，因外界其他影响因素的存在，所得到的修正数据会存在一定的差异。
鉴于此，用户可基于具体的要求进行再次调整，以获得精确的定位数据。
2北斗地基增强系统建设2.1基准站系统作为北斗地基增强系统的重要组成部分，基准站主要有观测和观监等几种情况，在科技得到不断发展的条件下，其功能也在不断地丰富。
该系统主要涉及到接收机设备和路由器以及监测器等设备，在多种原件的配合下运行，数据的传输则是借助于有线或无线网络，最终将相应的数据传输到特定的数据库中。
北斗地基增强系统的标准化工作和国家标准建设——访中国兵器工业首席专家 麦绿波
封面文章 |Coverstory本刊记者 赵子军北斗地基增强系统的标准化工作和国家标准建设—— 访中国兵器工业首席专家 麦绿波麦绿波——研究员，工学博士，著名标准化科学家，中国兵器工业首席专家，从事标准化研究30年，主持了兵器行业标准体系和多个行业标准化“五年规划”的编制；主持国际标准研制3项；主持重大标准化研究项目10多项；主持国家标准、国家军用标准、行业标准研制30多项；获国务院政府特殊津贴；获委部级科学技术、科技进步一等奖、二等奖10多项；获国防科技工业标准化先进个人；获首届“中国标准化杰出人物”荣誉（2011年）。
国际标准化组织（ISO）光学和光子学标准化技术委员会专家组成员；全国光学和光子学标准化技术委员会副主任委员、全国光电测量标准化技术委员会副主任委员；中国兵工学会会士/理事、中国标准化协会理事。
著有《标准化学——标准化的科学理论》和《标准学——标准的科学理论》（科学出版社出版）标准化科学专著。
日前，就北斗基地增强系统的标准化工作和国家标准建设，本刊记者采访了中国兵器工业首席专家麦绿波研究员，请他介绍了北斗地基增强系统的技术原理、定位导航服务能力、标准化工作和国家标准的建设。
北斗地基增强系统实现北斗实时定位和导航的广域米级和分米级、区域厘米级以及后处理毫米级水平什么是北斗地基增强系统呢？麦绿波介绍说，北斗地基增强系统是国家重要的信息基础设施，用于提供高精度定位服务，主要由基准站网、通信网络系统、数据处理中心、运营服务平台、数据播发系统、用户终端、信息安全防护体系、备份系统等组成。
“北斗地基增强系统通过在地面按一定距离建立的若干基准站接收导航卫星发射的导航信号，经通信网络传输至数据处理中心，处理后产生导航卫星的轨道、钟差、电离层改正数、区域差分数据、后处理数据产品等信息，通过卫星、移动2020年第9期 / 总第569期12CHINA STANDARDIZATION中国标准化通信网、数字广播等方式播发，并通过互联网提供后处理数据产品的下载服务，满足北斗地基增强系统服务范围内广域米级和分米级，区域厘米级的实时定位和导航需求，以及后处理毫米级定位服务需求。
北斗地基增强系统基准站建设和验收技术规范第2部分：验收规范-编制说明
项目计划号：20180789-T-801北斗地基增强系统基准站建设和验收技术规范第2部分：验收规范编制说明（征求意见稿）中国兵器工业标准化研究所2019年12月30日北斗地基增强系统基准站建设和验收技术规范第2部分：验收规范编制说明（一）工作简况1.1任务来源本标准是国家标准委2019年12月6日的《关于＜北斗地基增强系统数据处理中心〉等5项国家标准制修订的通知》下达的计划，项目计划编号为20180789-T-801o本标准由中央军委装备发展部提出；由全国北斗卫星导航标准化技术委员会（SAC/TC544）归口；由中国兵器工业标准化研究所负责起草。
1.2主要工作过程、标准主要起草人及其所做工作标准编制任务下达后，2019年1月，成立了由中国兵器工业标准化研究所（以下简称（兵器标准化所）、中国兵器科学研究院、北方信息控制研究院集团有限公司（以下简称信控集团）、千寻位置网有限公司（以下简称千寻）等组成的《北斗地基增强系统基准站建设和验收技术规范第2部分：验收规范》编制组。
该项国家标准的制定具有“北斗地基增强系统工程标准”《北斗地基增强系统基准站系统验收规范》DZB 15-2016的支撑背景。
该标准是在研制过程中，基准站建设的验收为标准制定提供了基础，标准制定过程的技术研讨反过來乂深化和完善了基准站建设的验收内容，形成了标准与基准站建设验收互动支持、相互推动提升的过程，因此，该标准具有充实可靠的技术背景。
本次国家标准的编制组的主体成员与工程标准《北斗地基增强系统基准站系统验收规范》DZB 15-2016的标准编制组成员基本是一致，都是斗地基增强系统建设验收工程的技术骨干。
编制组制定了标准编制工作计划，明确了标准编制依据和原则等，并讨论了标准内容编写框架和主要技术内容编制组成立后，开展了标准相关技术内容的调研工作，广泛查询的标准制定对象相关标准，以及标准涉及的主要技术内容，主要包括北斗地基增强系统基准站的验收要求、测试方法、验收提交检查的文件等方面。
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用
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CORS
CORS CORS
用户数据库 文件数据库
交易数据库 服务数据库
CORS系统用户管理与服务平台
资 源 服 务 系 统
移 动 端 应 用 系 统
微
其
信
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他
官
统
业
网
一
务
服
期
接
务
接
口
系
口
系
统
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统
统
系统以Intenet网络和系统内部局域网为纽带，以CORS系统各类成果为基 础，以社会应用为主线，以信息服务为宗旨，以安全系统和技术标准为保障， 形成互连互通、贯穿上下的用户管理、决策支持和信息服务的“5＋2”运行 体系。
房顶观测墩
基准站设备示意图
GNSS天线
原子钟（核心站）
显示器
工控机 键盘、鼠标
GNSS接收机 调试用滑动托盘
光端机 路由器 直流供电系统主机 交流供电系统主机 线缆存放处
气象探头及防辐射罩
直流电源电池组 气象仪主机
交流电源电池组 交流电源电池组
气象仪主机
基准站主要设备：
GNSS接收机、防火墙、UPS电 源、发电机等
MH（m）
内符合精度 0.0044
0.0047
0.0129
外符合精度 0.0279
0.0307
0.0607
第三章 系统测试
第二节、测试指标
2、空间可用性测试
测试点分布在基准站网络RTK能覆盖的平原、丘陵、高原 山地等多种地形。所有的测试点上均应能进行网络RTK测量。
第 46 页
第三章 系统测试
第二节、测试指标
（2）北斗导航卫星系统（BDS）发展分三步走： 1994年国家批准建设，2000年成功发射“北斗一号”两颗工作卫星（东经70 ° 140°）； 2012年12月，在轨卫星14颗，覆盖亚太地区； 2020年，在轨卫星30颗+5颗，实现全球覆盖。
第一章 概况
2、国家战略及行业意义
第4 页
北斗地基增强系统——北斗卫星导航系统基础设施的重要组成部分。
北斗卫星定位连续运行基准站网建设及应用
国家测绘地理信息局第三大地测量队 陈现春
2015年11月
01 概述 02 建设方案 03 系统测试 04 成果应用 05 存在问题与结论
第一章 概况
1、北斗卫星系统发展背景
第3 页
（1）世界四大卫星导航系统之一，其它三种分别为： 美国GPS——上世纪70年代研制，1994年发布使用，实施SA、AS政策； 俄罗斯GLONASS——1978年研制，1996年发布， 2009年全球覆盖； 欧洲Galileo——2002年3月启动，目前在轨卫星6颗。
3、时间可用性测试
根据不同的地形条件及基准站分布，全天24小时，每隔2小 时用RTK方式测定一组数据，并进行统计。
在全天24小时内，在所选区域内，均应能进行网络PTK测量。
第 47 页
第三章 系统测试
第二节、测试指标
4、定位服务时效性测试
第 48 页
对所有测试点的网络RTK测量首次初始化时间进行统计; 首次初始化时间（1-3分钟）；再次初始化时间(一般小于60秒）; 所有点位在三星联合定位模式下一般能在5分钟内获得固定解。
平面控制资料 测区踏勘
基准站建设及升级改造
新建基准站链路构建
高程控制资料
基准站观测
新建基准站水准观测
基准站坐标 平差解算
基准站坐标成果及转 换参数
基准站数据处理 中心建设
水准测量 平差计算
新建基准站高程控制 成果
成果质量检查
系统外业测试
成果整理及上交
第 11 页
第二章 建设方案
第 12 页
第二章 建设方案
01 概述 02 建设方案 03 系统测试 04 成果应用 05 存在问题与结论
第一章 概况
第一节、主要建设内容
1、基准站建设——新建、升级及水准联测； 2、数据通信系统——数据链路构建； 3、控制中心建设； 4、用户应用系统建设。
第8 页
第二章 建设方案
第二节、主要技术指标
1、数学基准
空间基准： 2000国家大地坐标系 高程基准： 1985国家高程基准 时间基准： GNSS观测和记录采用协调世界时（UTC）
天 线
信 号 放 大 器
功 分 器
原有 接收机
第 22 页
如有信号衰减 可选择安装
数据管理中心
北斗/GPS 接收机
通讯网络
路由器
第二章 建设方案
5、基准站数据解算
基准站观测数据要求：
采样间隔：30s； 截止高度角：5°； 最小卫星数：4；
IGS基准 站资料
观测8个时段以上，每个时段不低于23.5小
基准站水准联测主要要求
支线联测法
符合线路联测法
等级
上下标志联测法 楼顶标联测法
一等水准测量 二等水准测量 三等水准测量
每公里水准测量误差（mm）
偶然中误差
全中误差
≤±0.45
≤ ±1.0
≤ ±1.0
≤ ±2.0
≤ ±3.0
≤ ±6.0
第二章 建设方案
5、基准站整合升级改造
涉及市（州）及地震、气象等行业基准站。 直接对原有北斗接收机设备进行固件升级； 无法通过固件升级方式实现接收北斗数据的基准站， 采用加装北斗接收机的方式实施改造。 ——利用原有天线，采用2路功分器实现信号分流， 并置已有接收机及新的北斗兼容型接收机。
发展我国自主卫星导航系统的需要； 《国家卫星导航产业中长期发展规划》（国办发〔2013〕97号），提出建设多
模连续运行参考站网，为各类用户高精度导航增强服务提供有效支撑； 国家科技部下发的《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》中，大力
鼓励和扶持北斗位置服务建设。
国家及区域空间定位基准现代化建设的需要
第一章 概况
3、对测绘基准的意义
第5 页
1、填补北斗高精度位置服务的空白，全面提高北斗卫星定位系统在测绘基 准维持中的作用，提升北斗卫星定位系统在导航与位置服务中的服务能力,满足 用户对北斗位置服务的需求。
2、在GPS不可用的特殊时期，利用我国北斗导航系统，保证我省空间定位 基准服务的可用性和不间断性,实现连续不间断的动态差分定位与高精度位置 服务。
观测墩防雷
电源防雷
综合防雷建设
网线防雷 馈线防雷
第二章 建设方案
第 20 页
4、新建基准站高程属性测定
新建基准站高程可利用已有项目建设水准观测成果，必要时进行连测； 所有连测使用的高程起算点均需进行检测，保证起算点的可靠性； 采用支线连测法及符合路线连测法连测。 采用二等水准观测纲要进行连测，因受房屋空间等原因限制不能施测二 等水准时，可按三等水准进行观测纲要进行连测；
外管&2
楼顶标楼高不超过8层；必须为钢筋混凝土框架结构；
230
站址观测环境符合参考站选址相关要求
内管&8 底板
400 钢管屋顶观测墩
单位为毫米
≥ 800 ≥ 800
第 15 页
380 C20以上混凝土 建筑物
钢筋混凝土屋顶观测墩
单位为毫米
室外观测墩 (整饰前)
建设室成外果观测墩
(整饰后)
室内观测墩
观测墩建设 观测墩类型可分为：基岩观测墩、土层观测墩和楼顶观测墩。
观测室、工作室建设 供电系统建设 通信信道建设 综合防雷建设
第二章 建设方案
3、基准站新建
新建基准站可以为地面观测墩（基岩、土层）、楼顶
强制对中标志 调节螺钉
标（分为钢管楼顶观测墩和混凝土楼顶观测墩；
保温材料 100
系统最终形成五大子系统，以保证应有功能实现。具体包括：权限管理 系统、CORS服务管理子系统（门户）、CORS用户管理子系统、移动APP安卓系 统以及微信官网子系统。
网页形式的用户管理与服务平台
01 概述 02 建设方案 03 系统测试 04 成果应用 05 存在问题与结论
第三章 系统测试
第一节、测试内容
（1）控制中心设计及建设
按照长远性及可扩展性进行设计建设，其整体架构图如下所示：
第二章 建设方案
供电设备
网络设备
中心服务器 阵列磁盘
机柜1
防火墙 交换机
机柜2
精密空调
数据管理中心控制室
显示屏
第 33 页
四川北斗导航与位置服务平台
演示厅
操作台
操作台
显示屏立面图
（2）软件管理平台建设
软件管理平台系统它承担了基准站网系统的核心功能，很大程度决定了一 个CORS系统的性能，其数据流向及数据交换总体机制如下图所示：
大地高≤2cm
95.0%(1天内)
快速或实时定位：≥95%： （可获取实时差分信号范围）
＜6秒 ＜0.3%
通过标准RINEX格式和实时差分改正数据 RTCM格式，与各类GPS接收机和后处理 软件兼容。
第二章 建设方案
第三节、基准站建设
总 体 工 艺 流 程
方案调研及技术设计 已有资料收集
参考站资料
时。
接受任务 专业设计书 人员培训 基准站观测
第 23 页
国家基准 站资料
基线处理 平差计算 资料整理上交
第二章 建设方案
第 24 页
坐标解算软件采用高精度数据处理软件（Gamit、Bernese、Panda等）； 以周边的IGS基准站（北京、上海、武汉等）或“陆态网络”跟踪站作为起算基 准； 坐标成果在ITRF2008坐标系下，各向精度一般优于1cm，其中平面精度优于5mm； 坐标成果在CGCS2000坐标系下，各向精度一般优于1-2cm。