主编杨元喜院士| 北斗星基增强与星基PPP原理及性能| SANA佳文速递

标题：北斗星基增强与星基PPP原理及性能

作者：杨元喜*、丁群、高为广、李金龙、许扬胤、孙碧娇

主题词：星基增强；精密单点定位；精密轨道；精密钟差； 电离层模型

（图片来自作者）

Principle and performance of BDSBAS and PPP-B2b of BDS-3Yuanxi Yang*, Qun Ding, Weiguang Gao, Jinlong Li, Yangyin Xu and Bijiao SunSatellite Navigation (2022) 3: 5

引用文章:

Yang, Y. X., Ding, Q., Gao, W. G. et al. Principle and performance of BDSBAS and PPP-B2b of BDS-3. Satell Navig 3, 5 (2022). https://doi.org/10.1186/s43020-022-00066-2

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Editorial Summary

BDSBAS and PPP-B2b：Principle and Performance

BDSBAS and PPP-B2b are two important system services of BDS-3. Based on the in-depth analysis of the basic principles and performance of them, the authors demonstrate the feasibility of the co-construction of BDSBAS and PPP-B2b, put forward strategies for the infrastructure sharing and correction broadcasting, and evaluate the influences of BDSBAS correction broadcasting strategy adjustment. In view of the limitation of GEO satellite broadcasting correction, the author further analyze the feasibility of broadcasting differential correction through IGSO satellites and augmenting satellite navigation with LEO satellites. The relevant conclusions are of great significance and can serve as constructive suggestions for the construction and development of BDS differential augmentation service in the future.

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本文亮点

1. 从原理上分析了BDSBAS与PPP-B2b的相同点与不同点。

2. 从监测站、中心处理系统及其精密轨道参数和钟差参数生成等方面，提出了未来两种服务合并的可能发展趋势及其技术途径。

3. 提出了IGSO卫星和低轨卫星加入BDSBAS和PPP-B2b两种服务的优势。

内容简介

星基增强服务（BDSBAS）和精密单点定位服务（PPP-B2b）是BDS-3的两种嵌入式星基增强服务，它们是BDS-3的重要组成部分，也是BDS-3的两项特色服务内容。两者本质上均属于差分增强服务，其中BDSBAS为伪距差分增强，而PPP-B2b服务为载波相位差分增强，这使得两者的改正产品非常相似，基本原理也非常相近。本文旨在深入分析BDSBAS和PPP-B2b基本原理和性能的基础上，论证统筹建设BDSBAS和PPP-B2b的可行性，给出BDSBAS和PPP-B2b综合发展的策略及优化方法。

首先详细介绍了BDSBAS和PPP-B2b服务的基本技术框架和原理，并采用实测数据对两者的服务性能进行了评估。结果表明BDSBAS单频定位性能能满足国际民航一类精密进近要求，水平定位精度好于2.1m（95%统计精度），高程定位精度好于3.5m（95%统计精度），中国周边地区定位精度略低，主要是由于地面监测站仅限于中国境内，电离层模型的连续性相对较差。PPP-B2b可实现动态分米级的定位精度，其定位精度水平方向优于15cm，高程方向优于20cm，一般20min内可收敛到水平0.3m、高程0.6m的定位精度。

由于BDSBAS和PPP-B2b均使用地面监测站网解算卫星轨道和钟差改正数，并采用GEO卫星播发差分改正产品。基于此，分析了统筹建设BDSBAS和PPP-B2b的可行性，提出了BDSBAS和PPP-B2b基础设施共用策略以及改正数播发策略，分析表明BDSBAS和PPP-B2b可统筹优化建设，采用相同的地基监测站网和计算中心，将BDSBAS和PPP-B2b改正产品部分合并，统一编排，整体上注，实现卫星播发平台共享和上下行信息传输通道资源共享。其中，BDSBAS的轨道和钟差改正数可采用PPP-B2b精密轨道和钟差，并以与PPP-B2b相同的频率播发。

此外，针对GEO卫星播发改正数的局限性，进一步分析了BDS-3倾斜同步轨道（IGSO）卫星播发BDSBAS和PPP-B2b差分改正的可行性以及低轨卫星参与卫星导航增强的可行性。分析表明采用IGSO与GEO卫星共同播发BDSBAS和PPP-B2b改正信息，可减少“南墙效应”，提高BDSBAS和PPP-B2b服务的可用性。而采用低轨卫星增强，则不仅可以消除“南墙效应”，还可以显著提高定位精度，并缩短收敛时间。

  图文导读 

I BDSBAS服务性能

采用北京、三亚、拉萨、且末、上海、西安和昆明站数据进行了BDSBAS的精度评定，结果表明，BDSBAS单频定位性能满足国际民航一类精密进近要求，水平定位精度好于2.1m（95%统计精度），高程定位精度好于3.5m（95%统计精度）。其中，中国周边地区定位精度略低，主要原因为地面监测站仅限于中国境内，电离层模型的连续性相对较差。表 1 BDSBAS 单频和双频服务定位精度

II BDS-3 PPP-B2b服务性能

选择iGMAS测站北京站（BJF1）、上海站（SHA1）、昆明站（KUN）和MGEX武汉站（WUH2）五天观测数据对BDS-3PPP-B2b动态PPP定位性能进行评估。结果表明，基于PPP-B2b改正的BDS-3实时PPP可实现动态分米级的定位精度，其收敛后水平定位精度优于15cm，高程方向定位精度优于20cm。若要求定位精度好于水平0.3m、高程0.6m，则收敛时间一般小于20min。表 2 BDS-3 PPP-B2b动态定位性能

III BDS-3 PPP-B2b服务与IGS实时PPP的比较

BDS-3 PPP-B2b服务和IGSRT-PPP在播发方式、服务区域、跟踪站网、时空基准和改正数弧段等方面均存在差异。PPP-B2b服务采用GEO卫星进行数据播发，克服了IGS RT-PPP对Internet设施的依赖，但PPP-B2b改正产品采用区域跟踪站网和星间链路数据解算得到，仅提供卫星部分弧段改正参数，这使得其服务区域有限，仅为中国及其周边地区用户提供服务。此外，不同于IGS实时产品采用WGS84和GPST作为空间和时间基准，PPP-B2b服务采用北斗坐标系（BDCS）和北斗时（BDT）作为空间和时间基准。表 3 BDS-3 PPP-B2b服务与IGS RT PPP对比

IV BDSBAS和PPP-B2b统筹建设发展思路

从BDSBAS和PPP-B2b基础设施（监测站网、计算中心、上注信道、改正数播发平台等）共用策略以及改正数播发策略等方面分析了统筹建设BDSBAS和PPP-B2b的可行性和建设策略。分析表明BDSBAS和PPP-B2b可采用相同的地基监测站网和相同的计算中心，BDSBAS的轨道和钟差改正数可采用PPP-B2b精密轨道和钟差，播发频率也以PPP-B2b的播发频率为基础，而完好性信息也可供BDSBAS和PPP-B2b用户共同使用。可将BDSBAS和PPP-B2b的产品部分合并，统一编排，整体上注，实现卫星播发平台共享和上下行信息传输通道资源共享。表 4 BDSBAS和PPP-B2b统筹建设策略

V 采用IGSO卫星播发BDSBAS和PPP-B2b改正信息的可行性分析

采用BDS-3的IGSO与GEO卫星共同播发BDSBAS和PPP-B2b的改正信息，可以确保用户几乎无死角使用这两类星基增强服务。IGSO卫星的加入可增大PPP-B2b信号的覆盖区域，减少“南墙效应”，提高BDSBAS和PPP-B2b服务可用性。图 1 BDS-3 GEO卫星（左图）和GEO+IGSO卫星（右图）可见卫星数分布。

VI 低轨卫星参与卫星导航增强的可行性分析

低轨卫星一方面可以播发星基增强改正信息，另一方面可与BDS-3卫星一起形成高低组合星座，播发正常的导航定位信号，提升整体星座的几何强度，进而提高BDS-3卫星的轨道和钟差测量精度。低轨星座加入PPP-B2b服务，不仅可以消除“南墙效应”，还可以有效提高PPP-B2b的收敛速度。表 5 PPP-B2b+LEO收敛时间统计

作者简介

    杨元喜 院士

    本文第一和通讯作者 西安测绘研究所，地理信息工程国家重点实验室▍作者简介

杨元喜，研究员，博士生导师，2007年当选为中国科学院院士。现任北斗卫星导航系统工程副总设计师、地理信息工程国家重点实验室主任。长期从事大地测量与卫星导航研究。

撰稿：本文作者

编辑：星航

校对：孙博士

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Satellite Navigation(《卫星导航(英文)》)创办于2020年，ESCI、Scopus收录，是中国科学院空天信息创新研究院主办的英文学术期刊，主编是杨元喜院士，主要报道卫星导航相关的最新高水平科研成果与综述文章及通讯，在 Springer Nature开放获取(open access)出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。

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