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北斗卫星导航系统在测绘中的应用优化研究

发表时间：2020/12/30 来源：《建筑科技》2020年7月下作者：张洁宋秀容全雪贞

[导读] 随着经济和科技水平的快速发展，北斗卫星是我国自主研制的卫星导航系统，对我国的社会发展与安全保障具有重要意义。

青海省西宁市青海省基础测绘院张洁宋秀容全雪贞 810001

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，北斗卫星是我国自主研制的卫星导航系统，对我国的社会发展与安全保障具有重要意义。发展至今，北斗卫星已经历了一号、二号、三号三代系统的工程建设，并于2020年6月23日完成了北斗三号系统最后一颗组网卫星的发射，即标志着我国第三代导航星座部署计划的全面落实，也彰显出了我国作为空间设施建设强国的综合实力。基于此，我们有必要对北斗卫星的信号结构及其运行特性展开探究讨论。本文立足于北斗卫星导航系统的功能、优势进行分析，对北斗卫星导航系统在测绘领域的具体应用情况展开研究，探索其在地理信息基准建设、处理已得测绘数据、导航定位及应急处理、地籍测量及测绘成果等方面的实际价值，全面发挥北斗卫星导航系统在测绘中的作用。
关键词:北斗卫星导航系统;测绘;应用
        引言
        目前能够提供全球定位服务的卫星导航系统的性能展开系统性的对比分析，重点对比了不同卫星高度截止角、经纬度下的定位性能，分析了各卫星导航系统在多系统定位中的贡献。为我国自主研发、独立设计的高新技术成果，北斗卫星导航系统(BDS)广泛应用于国防、水利、测绘等领域，打破了GPS对我国定位系统的垄断。将北斗卫星导航系统应用于地理测绘之中，不仅能够推动我国测绘方法的革新，而且能够提升国内地理信息资源的整体利用率和成果转化率。
        1.北斗卫星信号的主要结构
        1.1北斗卫星信号的频率结构
        频率结构是评价信号结构质量的重要指标，其对卫星系统的导航通信能力具有直接影响性在频率结构的设计中，又以频点数、载波频率两项要素最为关键。在第三代北斗卫星信号的结构设计中，相关人员采取了三种频点相结合的体系方案，其载波频率分别是1176.45MHz、1268.520MHz以及1575.42MHz。在北斗卫星系统的运行通信过程中，其新播发的B1C信号与美国GPS卫星导航系统的L1C信号、欧盟Gal-ileo卫星导航系统的E1OS信号处于同一频点，B2a、B3I等其他信号也与美国GPS卫星导航系统、俄罗斯GLONASS卫星导航系统的部分信号在频段上有所重叠。这样的频率设计方式利弊皆有。一方面，可有效提高我国北斗卫星系统与其他国家卫星系统的互操作性。但从另一方面来看，信号的重叠也会对我国的信息安全构成一定威胁。
        1.2不同卫星截止高度角下的定位性能分析
        GPS、BDS、GLONASS、Galileo使用不同的卫星轨道，对它们进行组合应用，可以降低覆盖区域的PDOP值，有效提高卫星定位服务的精度。因此，多星并存兼容的GNSS新时代是GNSS发展的一大趋势。将各导航系统组合，进行仿真实验。本文分别分析了BDS-3S系统、BDS-3C系统与其他系统组合后的定位导航性能。对所有地面点根据各个组合系统仿真得到的平均PDOP值进行赋色，横纵坐标分别为经、纬度地面点的颜色代表了该点PDOP的大小。可以很大程度上降低PDOP值，提高定位精度。以BDS-3C系统为例，四系统组合将全球PDOP平均值从2.15降低到1.04。以四系统组合的PDOP平均值和GPS/GLONASS/Galileo三系统组合的PDOP平均值的差值作为BDS-3C单个系统对四系统组合的贡献值，同样分别求出其他3个单系统对四系统组合的贡献值，可以得知其中BDS-3C系统的贡献值最大，GPS系统位于第2。

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        2.北斗卫星导航系统在测绘中应用的优化建议
        2.1在处理已得测绘数据中应用的优化建议
        在对既有测绘数据进行处理时，必须根据测绘标准及北斗卫星导航系统测绘规范进行优化和调整，立足于全新的、有针对性的标准系统进行数据的获取。由于测量结果在较大程度上会受到测量方式等级的影响，因此，在处理已得数据的过程中，应该注重以差分方式为指导，对不同的技术要求指标进行分类研究，全面分析了解应急测绘数据的科学性和准确性，从而提升数据质量，为高质高效信息测绘模式的建立奠定基础。在测绘生产过程中，应该充分考虑通用数据采集、终端设备及面向地理国情监测服务的数据标准等与GPS相关数据的差异并以此为基础设计符合BDS技术指标及参数的数据采集、加工和处理的标准。从数据采集终端来看，需要保证与BDS技术指标及参数的一致性，以BDS技术特点为基础进行数据终端标准的制定。从数据服务来看，随着测绘行业的发展，信息服务测绘已经成为测绘行业现代化趋势中的重要体现，测绘数据的应用范围逐渐扩大，这就需要在应用过程中以BDS为基础进行检测手段和方法的探索和确定，保证检测数据及服务能够有效地满足地理国情检测的需要，并为其他领域数据及服务标准的设立留足相应的技术空间。
        2.2在导航定位及应急处理中的应用
        我国的北斗卫星导航系统具有双向通信的功能，开展定位操作时，必须明确规定北斗卫星导航系统的数据精度和实效性，依据特殊使用者的需要，还应建立一个相对完整的定位规范，明确规定获取数据的精度、授时时效等方面的内容。信息应急处理作为地理信息测绘的主要内容之一，其旨在保障基于特殊环境下拥有更加稳定、准确地数据。北斗卫星导航系统主要从下列方面确保提供高效率的应急处理服务功能:①获取地理测绘信息过程中，北斗卫星导航系统主要利用对数据精度及位置关系时效性展开分析，整理出一套具有统一编码的系统，通过该系统保障数据的准确。②为使用者提供地理信息数据时，不仅可以减少技术方面的模糊性，也能有效降低失误、误判发生率。此外，北斗卫星导航系统也会将应急环节可能出现的情况充分考虑在内，并基于此制定一个相对严格的标准，保障地理测绘信息应急处理服务更加安全、可靠。
        2.3在空间基准建设中应用的优化建议
        北斗卫星导航系统在空间基准建设中的应用主要体现在标准化设计之上，能够结合测绘行业的现行标准对北斗卫星导航系统的功能进行优化扩充，对系统冲突参数进行修改和改善，从而保证BDS在地理信息基准建设中发挥出更有效的价值。鉴于此，要保证北斗卫星导航系统应用范围的不断扩大，继而实现在国际用户层面的推广，就必须以建立健全测绘地理信息基准建设类标准，从术语、时空坐标、COＲS(连续运行参考站网)等方面对标准进行定义和规范，优化整体结构。新制定的北斗卫星导航系统测量术语包括一些通用性概念及其使用范围的规定等。时空坐标参照系的修改则需要将BDS的时空坐标与GPS系统进行对比分析，继而实现不同坐标之间的转换与数据处理，保证各项过程的流程性。新制定的COＲS建设规范则规定了BDS的通信功能实施范围、领域和级别，有利于实现全国范围内COＲS建设的规范和标准，继而为BDS的国际化COＲS建设奠定基础。
        结语
        总而言之，目前北斗系统正在建设之中，随着北斗三号系统的进一步完善，其定位导航性能必然会进一步提升，为全球用户提供高精度的导航定位服务，成为全球定位性能最优的卫星导航系统之一北斗卫星导航系统在信号结构设计的迭代发展中表现出了明显的趋优性与先进性，但仍存在一定的阻碍问题。在未来，随着我国通信、航天、计算机等技术领域的不断发展，此类问题势必能得到有效解决，推动我国太空设施建设水平的进一步提升。
参考文献：
［1］杨鑫春，李征航，吴云.北斗卫星导航系统的星座及XPL性能分析［J］.测绘学报，2011，40（S1）：68-72.
［2］杨鑫春，徐必礼，胡杨.北斗卫星导航系统的星座性能分析［J］.测绘科学，2013，38（2）：8-11，31.
［3］杨元喜，许扬胤，李金龙，等.北斗三号系统进展及性能预测———试验验证数据分析［J］.中国科学：地球科学，2018，48（5）：584-594.