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摘要：本文以北斗卫星导航系统性能分析及应用研究为主体，通过与GPS的对比，找到二者在实际工作的过程中的精度，以及各自的特点，发现北斗导航与GPS的不同，并且找出当前的弱项进行完善，便于北斗卫星的导航系统应用。
关键词：多路径效应；数据质量分析；相对定位
一、绪论
GNSS（Global Navigation Satellite System）全球卫星导系统自20世纪60年代中期发展以来，已经得到了快速的发展。我国的北斗系统（Bei Dou Navigaton Satellite System，BDS）相比其它卫星导航系统具有独特优势：一是我国的北斗卫星导航系统空间段采用了三种轨道卫星组成的混合星座，与其它卫星导航系统相比拥有较多的高轨道卫星，而且在抗遮挡方面表现优异；二是我国北斗系统的导航信号由多个频点组成，多频信号组合的使用可以为其提供高精度的服务；三是北斗系统具有五大完备功能：1.实时导航，2.精确授时，3.快速定位，4.位置报告，5.短报文通信服务，导航与通信能力创新性的融合与一体。我国在2000年底成功建成了第一代北斗双星试验系统，该系统需要接收机端向卫星发送位置信息才能进行定位计算，但是接收机端的高程信息不能直接计算，需要其它辅助信息来测定，从而导致了我国北斗一号卫星导航系统应用的局限性。从而引发了第二代北斗全球卫星导航系统的发展热潮，以此来扩大北斗系统的应用范围和提高其系统的应用性能。
二、观测数据质量分析基本原理
GNSS 导航应用中测距码和载波相位观测值等是定位测量的基本观测量，通过它们之间的一些线性组合可以消除定位测量中的一些误差源，充分了解每个组合之间的特点，对于 GNSS 导航系统的应用具有重要的意义。
伪距观测值是指 GNSS 卫星发射的测距码信号到达接收机的时间与光速的乘积，由于其信号传播过程中包含了各种误差源，这个时间与光速的乘积并不是真正的卫星与接收机之间的距离，因此称为伪距。伪距的观测方程可表示为：
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式中：Pki 表示为伪距观测值；i 表示为卫星标号；k表示为接收机标号；ki 表示为接收机k至卫星 i 直接的几何距离，即rki =‖X i –Xk‖，其中 X i 和 Xk 分别表示为卫星和接收机的三维坐标；c表示为光速，c 2.99792458108 m/s；tk 和dti 分别表示为接收机和卫星钟差以及它们的硬件延迟；oki 表示为卫星轨道误差；I ki 表示为电离层延迟的误差；Tki 表示为对流层延迟的相关误差；ipk 表示为多路径效应及测量噪声等。
北斗卫星导航系统提供了三个频段的卫星信号，其中 B1、B2 和 B3 三个信号的频率分别是 1561.098 MHz、1207.140 MHz和 1268.520 MHz。三个频段的载波都是以余弦波的形式表现，载波在传播过程中没有任何标记，相位值是接收机的整周计数与不足一周的小数相位之和，载波相位观测值就在接收机采样的时刻，其内部复制的载波相位值与被接收机接收卫星载波的相位之差。
三、北斗卫星伪距多路径效应分析及其改正
本文采用 2016 年第 169 天 JFNG 测站的观测数据进行分析，其采样间隔为 30s。IGSO 卫星随着信噪比的减小，伪距多路径误差变化幅度和离散程度逐渐变大，随着信噪比的增大，伪距多路径误差变化幅度和离散程度逐渐变小，并且在信噪比最小时，伪距多路径误差波动范围达到最大。而对于 MEO 卫星，伪距多路径误差呈现“V”形状，且随着信噪比的增大，伪距多路径误差离散程度逐渐变小，随着信噪比的减小，伪距多路径误差离散程度逐渐变大。对于 GEO 卫星，信噪比呈现微小的变化，而伪距多路径误差也是呈现较小的波动。通过对其它测站的数据分析发现，北斗GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星伪距多路径误差与信噪比都表现出上述的关系特征。
为了对北斗卫星多路径误差进一步的分析，利用上述 JFNG 测站数据进行了北斗卫星多路径误差与高度角的关系分析。可以看出，MEO 卫星和 IGSO 卫星伪距多路径误差与高度角呈现一定的相关特性：北斗 MEO 卫星和 IGSO 卫星随着高度角的增加，伪距多路径误差变化幅度和离散程度均明显降低，伪距多路径误差与卫星高度角呈现出一定的线性相关的特性，其中北斗 MEO 卫星的这种随高度角线性变化的趋势最为明显，IGSO 卫星次之，并且在低高度角时，MEO 卫星和 IGSO 卫星伪距多路径误差波动较大。而 GEO 卫星位于静止轨道，高度角只发生缓慢的变化，可以看出，GEO 卫星伪距多路径误差随着高度角的变化，呈现一定的周期性变化。
利用二次多项式模型对与北斗 MEO 卫星和 IGSO 卫星伪距多路径误差序列有很好的改正效果，但是对于北斗 GEO 卫星，却不能建立模型进行有效改正，为此下文选用小波变换法对北斗三类轨道卫星伪距多路径误差进行改正分析。
基本原理：小波变换是傅立叶变换的发展，在信号的提取和降噪中得到了广泛的应用。以小波变换来进行降噪处理的主要步骤如下：
⑴小波分解：首先设置一定的基小波和分解层数，然后小波分解含有噪声的信号，最后可以得到相应分解的小波系数。
⑵阈值处理：对分解得到的高频部分的小波系数进行阈值处理，阈值处理的方法有二种：第一种是硬阈值（hard thresholding）：将绝对值小于给定阈值的小波系数置位 0，而绝对值大于阈值的小波系数保持不变。
第二种是软阈值：将绝对值小于给定阈值的小波系数置为 0，而将绝对值大于阈值的小波系数都减去阈值。对经阈值处理过的小波系数进行小波重构，得到降噪后的信号。
四、结论
通过RTK-BDS和RTK-GNSS的内符合精度与外符合精度的对比分析，内符合精度对比分析，组合北斗的精度要高于单北斗精度，外符合精度的对比分析，单北斗和组合北斗精度基本一致，但是由于样本较少，不具有代表性，并且也不排除偶然性，因此外符合精度对比分析不能作为最终的结论，因此单北斗与组合北斗哪一种定位系统的精度更高的结论必须加上限制条件，那就是内符合精度对比的情况下，组合北斗的精度要高于单北斗的精度。