positioning是什么意思 accurate是什么意思( 九 )


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(来源:MIT Technology Review 官方 APP)
专家点评:

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专家简介:杨元喜 西安测绘研究所研究员,中国科学院院士,北斗全球卫星导航系统副总设计师,美国导航协会会士 。长期从事大地测量与卫星导航技术研究,发表论文 400 余篇,SCI 论文 60 余篇 。曾获何梁何利科技进步奖,国家科技进步奖二等奖两项,省部级科技进步奖一等奖以上 7 项 。
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专家简介:任夏 西安测绘研究所助理研究员,博士,主要从事导航卫星自主定轨技术研究 。
卫星导航定位技术是目前最广泛、最廉价、最便捷的定位导航和定时(PNT)手段,是国家经济建设、国防建设、交通运输的重要基础设施,为智慧城市、物联网、智能交通等体系建设提供了全球覆盖、全天候的时间与位置服务 。
中国自主研发建设的北斗全球卫星导航系统(BDS-3)不仅向全球用户提供标准定位导航和授时(PNT)服务,还向中国及周边提供精度更优的星基增强(BDSBAS)和星基精密单点定位(B2b-PPP)服务,可以实现米级、分米级和厘米级精度定位 。当然,用户也可以通过地基差分定位获得毫米级精度定位 。
此次超高精度定位技术入选 “MIT 全球十大突破性技术”,不仅得益于北斗系统设计和功能的创新,各类地基定位技术和算法的改进也为高精度北斗定位提供了重要支撑 。
(1) 特色混合星座设计
北斗卫星导航系统创造性地设计了包括 3 颗地球静止轨道卫星(GEO)、3 颗倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)和 24 颗中圆轨道卫星(MEO)的混合星座 。
地球静止轨道卫星星座为星基增强、星基精密单点定位提供了重要平台;倾斜轨道卫星星座为局部观测几何增强提供了支持;中圆轨道星座实现了全球 PNT 服务,并为特定用户提供国际搜救、全球短报文服务 。
(2) 高精度卫星星历
要提供高精度定位服务首先需要实现高精度的导航卫星轨道测定和时间同步 。受多方因素影响,中国仅能在境内布设北斗卫星地面跟踪站,严重制约着北斗卫星轨道测定精度和时间同步精度 。
为此,北斗三号卫星搭载了星间链路载荷进行星座卫星间的测距和通信,优化观测几何,从而实现高精度卫星轨道测定和时间同步 。北斗星间链路采用 Ka 波段双单向测距体制,测量精度为分米级,对北斗全球星座的轨道测定和时间同步发挥了重要作用 。
2020 年 6 月,Inside GNSS 引用多篇国内学者文献,评价 “北斗成为 GNSS 中唯一具备星间链路这一精度提升功能的系统”;2020 年 9 月,Oliver Montenbruck 在文章中对四大全球导航卫星系统(GNSS)系统的服务性能进行评估,作者认为 BDS-3 和 Galileo 的空间信号精度相对更优,而 BDS-3 空间信号精度结果得益于星间链路支持下获得的高稳定钟差 。
在星间链路的支持下,北斗 MEO 卫星广播轨道精度优于 30 cm,广播钟差精度优于 0.6 ns 。目前,北斗全球系统广播星历每 1 小时更新一次,星历的高频更新在一定程度上降低了预报星历累积误差对定位精度的影响 。
(3) 标准定位服务
北斗全球卫星导航系统建成以来,服务性能稳步提升 。根据国际 GNSS 监测评估中心(iGMAS)的监测结果,正常情况下,北斗单频定位精度在水平方向优于 3 m,高程方向优于 5 m,授时精度优于 15 ns,服务性能远优于设计指标 。
(4) 星基精密单点定位服务
传统的精密定位需通过互联网获取国际 GNSS 服务中心(IGS)或其他机构提供的精密卫星星历产品,才能进行高精度定位解算,沙漠、高原、海上等无网络覆盖地区用户无法使用此类服务 。
BDS-3 创新性地将精密单点服务嵌入三颗 GEO 卫星,通过 B2b 频点向中国及周边地区播发北斗和 GPS 卫星的精密星历和码间偏差(DCB),用户接收信息后,可以根据需要,进行单频或双频精密单点定位解算 。
目前,星基实时精密单点定位服务的水平分量精度优于 0.3 m,高程分量精度优于 0.5 m 。最新报道表明,将快速动态定位与精密单点定位组合(RTK-PPP)1 分钟内即可实现动态厘米级定位 。如果采用事后精密定位的方式,可以获得毫米级精度的定位 。
(5) 星基增强服务
在标准定位服务的基础上,北斗系统可向中国及周边地区用户提供星基增强服务,满足民航、高铁等高安全、高精度用户需求 。
北斗 SBAS 将卫星轨道、钟差、电离层延迟等各项误差模型化处理后,通过地球静止轨道卫星(GEO)播发至用户,从而实现米级至分米级增强定位 。从 2020 年的测试结果来看,单频增强定位精度水平分量优于 1.5 m,高程分量优于 2 m;双频增强定位精度水平分量优于 1 m,高程分量优于 1.5 m 。

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