第2章 北斗多波段多频测量值组合模型

2.1 引言

同时播发多频信号已成为第二代卫星导航系统最具标志性的特征，GPS于2009年3月24日发射了Block Ⅱ R20-M卫星，抢占了L5（1176.45MHz）频点，GPS开启了三频导航时代^[1]。Galileo在系统建设之初便确定了发展多频体制，提供4个频率的导航信号，相比同期的GPS和GLONASS所采用的双频导航信号体系具有绝对的优势^[2]。我国的北斗卫星导航系统（BDS）虽然起步较晚，却是全球首个提供三频信号服务的卫星导航系统^[3]。陈俊勇院士和Hatch等指出，GPS用户可以通过三频信号得到更完善的电离层校正，从而提高导航定位的精度和可靠性^[4,5]。杨元喜院士在分析我国北斗卫星导航系统对全球导航用户的贡献时指出，北斗卫星导航系统多频体制有利于削弱电离层和对流层误差，弱化基准站距离的限制，固定载波相位模糊度，缩短首次定位时间^[6]。

从国内外相关文献来看，目前多频导航模式主要集中在L波段上单导航系统多频，或者L波段上双导航系统多频（见1.3.1节）。L波段存在GPS、GLONASS、Galileo、BDS全球导航系统，以及日本QZSS、印度IRNSS等区域导航系统的大量下行导航信号，各系统信号间的频谱重叠不可避免，如图1.2所示。这导致系统间的协同操作和信号兼容变得十分困难，而且各信号的制式与参数又不尽相同，加之GNSS的高复杂性，使单一波段多频联合导航具有较高的复杂度和设计难度^[7]。随着S波段和C波段向导航业务的开放，未来在S波段和C波段播发卫星导航信号将是信号体制设计发展的最终趋势^[8]。多频还可以是多波段大间隔的多频，这更有利于消除频变误差，快速求解模糊度，抗干扰，以及与通信系统的融合和互补^[9]。

为了减小卫星的星历误差、卫星钟差及大气的折射误差，在实际应用中常采用载波相位观测值间的各种线性组合来获得高精度的导航定位结果^[10]，利用BDS多波段多频观测量进行载波相位差分相对定位，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这3个频点的载波相位观测值，还可以利用S波段和C波段上某些频点的载波相位观测值，建立L波段、S波段和C波段的多频测量值组合模型。本章引入巷数、电离层因子和观测噪声因子，研究多波段多频测量值组合特性，分析S波段和C波段频点设计的可行性。针对长基线和短基线场景，分别优选出超宽巷、宽巷、中巷和窄巷的多波段多频测量值组合。