第2章 北斗多波段多頻測(cè)量值組合模型

2.1 引言

同時(shí)播發(fā)多頻信號(hào)已成為第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最具標(biāo)志性的特征，GPS于2009年3月24日發(fā)射了Block Ⅱ R20-M衛(wèi)星，搶占了L5（1176.45MHz）頻點(diǎn)，GPS開(kāi)啟了三頻導(dǎo)航時(shí)代^[1]。Galileo在系統(tǒng)建設(shè)之初便確定了發(fā)展多頻體制，提供4個(gè)頻率的導(dǎo)航信號(hào)，相比同期的GPS和GLONASS所采用的雙頻導(dǎo)航信號(hào)體系具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)^[2]。我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）雖然起步較晚，卻是全球首個(gè)提供三頻信號(hào)服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)^[3]。陳俊勇院士和Hatch等指出，GPS用戶(hù)可以通過(guò)三頻信號(hào)得到更完善的電離層校正，從而提高導(dǎo)航定位的精度和可靠性^[4,5]。楊元喜院士在分析我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)全球?qū)Ш接脩?hù)的貢獻(xiàn)時(shí)指出，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)多頻體制有利于削弱電離層和對(duì)流層誤差，弱化基準(zhǔn)站距離的限制，固定載波相位模糊度，縮短首次定位時(shí)間^[6]。

從國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)來(lái)看，目前多頻導(dǎo)航模式主要集中在L波段上單導(dǎo)航系統(tǒng)多頻，或者L波段上雙導(dǎo)航系統(tǒng)多頻（見(jiàn)1.3.1節(jié)）。L波段存在GPS、GLONASS、Galileo、BDS全球?qū)Ш较到y(tǒng)，以及日本QZSS、印度IRNSS等區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)的大量下行導(dǎo)航信號(hào)，各系統(tǒng)信號(hào)間的頻譜重疊不可避免，如圖1.2所示。這導(dǎo)致系統(tǒng)間的協(xié)同操作和信號(hào)兼容變得十分困難，而且各信號(hào)的制式與參數(shù)又不盡相同，加之GNSS的高復(fù)雜性，使單一波段多頻聯(lián)合導(dǎo)航具有較高的復(fù)雜度和設(shè)計(jì)難度^[7]。隨著S波段和C波段向?qū)Ш綐I(yè)務(wù)的開(kāi)放，未來(lái)在S波段和C波段播發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)將是信號(hào)體制設(shè)計(jì)發(fā)展的最終趨勢(shì)^[8]。多頻還可以是多波段大間隔的多頻，這更有利于消除頻變誤差，快速求解模糊度，抗干擾，以及與通信系統(tǒng)的融合和互補(bǔ)^[9]。

為了減小衛(wèi)星的星歷誤差、衛(wèi)星鐘差及大氣的折射誤差，在實(shí)際應(yīng)用中常采用載波相位觀測(cè)值間的各種線(xiàn)性組合來(lái)獲得高精度的導(dǎo)航定位結(jié)果^[10]，利用BDS多波段多頻觀測(cè)量進(jìn)行載波相位差分相對(duì)定位，可以提高定位精度和可靠性^[11]。目前，除了可以利用BDS L波段上B1、B2、B3這3個(gè)頻點(diǎn)的載波相位觀測(cè)值，還可以利用S波段和C波段上某些頻點(diǎn)的載波相位觀測(cè)值，建立L波段、S波段和C波段的多頻測(cè)量值組合模型。本章引入巷數(shù)、電離層因子和觀測(cè)噪聲因子，研究多波段多頻測(cè)量值組合特性，分析S波段和C波段頻點(diǎn)設(shè)計(jì)的可行性。針對(duì)長(zhǎng)基線(xiàn)和短基線(xiàn)場(chǎng)景，分別優(yōu)選出超寬巷、寬巷、中巷和窄巷的多波段多頻測(cè)量值組合。