【關注】楊元喜院士：北斗三號增強與精密定位性能

《Satellite Navigation》發表的一項研究中，楊元喜院士團隊系統闡述了北斗三號全球衛星導航系統（BDS-3）星基增強系統（BDSBAS）與精密單點定位（PPP-B2b）的基本技術框架與服務性能。這兩種差分增強服務均通過北斗三號的3顆地球靜止軌道（GEO）衛星播發修正信息，為用戶提供高精度的導航定位支持。

BDSBAS作為北斗系統的重要組成部分，嚴格遵循國際民航組織標準。研究表明，基于27個地面監測站的數據，BDSBAS單頻定位在95%置信度下的水平和高程誤差分別優于1.48米和2.78米。對于雙頻用戶，由于能夠有效消除電離層影響，其水平和高程定位精度進一步提升至1.31米和2.16米，完全滿足民航一類（CAT-I）精密進近的要求。此外，其格網電離層垂直延遲（GIVD）的可用性高達99.88%。

小知識：什么是星基增強系統（SBAS）？星基增強系統通過分布廣泛的地面參考站網絡監測導航衛星信號，計算出軌道、鐘差和電離層等誤差的修正值，再通過地球靜止軌道（GEO）衛星將這些修正信息和完好性數據播發給用戶。這種方式覆蓋范圍廣，是保障民航飛行安全等高可靠性應用的關鍵技術。

與依賴互聯網的國際GNSS服務（IGS）不同，北斗的PPP-B2b服務直接將高精度軌道和鐘差修正信息嵌入GEO衛星信號中播發，在海洋、沙漠等無網絡覆蓋的區域具有獨特優勢。測試數據顯示，基于PPP-B2b的動態精密單點定位在收斂后，水平和高程精度分別優于0.15米和0.20米，平均收斂時間約為18分鐘。

小知識：精密單點定位（PPP）有何優勢？精密單點定位利用全球或區域參考站網絡解算出的高精度衛星軌道和鐘差產品，結合單臺接收機的載波相位觀測值進行定位。它不需要用戶附近有基準站，就能在全球范圍內實現分米級甚至厘米級的高精度定位，是目前高精度衛星導航的重要發展方向。

針對BDSBAS和PPP-B2b在技術架構上的相似性，研究團隊提出了兩者在地面監測網、計算資源和播發通道上共建共享的策略。為了克服GEO衛星信號在北半球易受遮擋的“南墻效應”，研究建議引入傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星聯合播發修正信息。

圖1：引入IGSO衛星聯合播發修正信息后的可見衛星數量與服務覆蓋范圍預測 (Yang, et al., 2022)

更具前景的是，低軌（LEO）衛星星座的加入將徹底改變現有的服務模式。模擬分析顯示，若由120顆低軌衛星與PPP-B2b聯合提供服務，不僅能消除“南墻效應”，還能將實現10厘米級精度的收斂時間大幅縮短至約1分鐘。隨著這些增強技術的融合與發展，未來的高精度衛星導航服務將更加快速、可靠且無縫覆蓋。

小知識：低軌（LEO）衛星為何能加速定位收斂？低軌衛星運行高度較低（通常在500至1500公里），相對于地面用戶的運動速度極快。這種快速的幾何構型變化有助于接收機更快地解算出載波相位模糊度，從而將傳統PPP需要數十分鐘的收斂時間縮短至幾分鐘甚至一分鐘以內。

Reference:

https://doi.org/10.1186/s43020-022-00066-2

來源：海洋遙感學習 轉自：中國測繪學會