本文为类型a，即单一原创研究的学术论文。以下是对该研究的详细学术报告。

本研究由武汉大学测绘学院的刘万科（Wanke Liu）、王旺（Wang Wang）、柯维（Wei Ke）、朱志勤（Zhiqin Zhu）以及中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院的吴明魁（Mingkui Wu）等学者共同完成，通讯作者为武汉大学的张小红（Xiaohong Zhang）教授。该论文于2021年发表在学术期刊《Satellite Navigation》上，论文标题为《Single-epoch RTK performance assessment of tightly combined BDS-2 and newly complete BDS-3》（《紧组合BDS-2与新建成BDS-3的单历元RTK性能评估》）。

论文的学术背景属于全球导航卫星系统（GNSS）精密相对定位领域，具体聚焦于北斗卫星导航系统（BDS）的实时动态定位（RTK）技术。北斗系统经历了三代发展：北斗一号（BDS-1）作为演示系统、北斗二号（BDS-2）作为区域导航系统、北斗三号（BDS-3）作为全球导航系统。BDS-3于2020年6月23日完成星座部署，包含30颗卫星（24颗中圆地球轨道卫星MEO、3颗倾斜地球同步轨道卫星IGSO和3颗地球静止轨道卫星GEO），其中截至2020年7月有29颗处于运行状态。BDS-3卫星播发多种开放服务导航信号，包括与BDS-2共有的旧有B1I（1561.098 MHz）和B3I（1268.52 MHz）信号，以及新的B1C、B2a和B2b信号。由于BDS-2和BDS-3由各自独立的控制系统运行维护，在单点定位和精密单点定位（PPP）中，二者之间存在系统间偏差（ISB），需要作为两个独立系统处理。然而在差分相对定位中，如果BDS-2和BDS-3共用相同频率的B1I/B3I信号，理论上可以采用紧组合双差模型（即所有BDS-2和BDS-3卫星共用同一参考星），从而充分利用两颗星座的互操作性（interoperability），提高模糊度解算性能，特别是在观测条件受限的情况下。但紧组合模型需要考虑差分系统间偏差（DISB）的影响。本研究旨在评估BDS-3全星座及其与BDS-2紧组合后的单历元短基线RTK定位性能，并首先验证BDS-2与BDS-3之间B1I/B3I信号的DISB特性。

研究的具体工作流程主要分为两大部分。第一部分为DISB估计与分析。研究采用了武汉大学校园内静态实验数据，包括零基线和短基线观测。接收机类型包括Trimble Alloy（固件版本6.05）、Javad TRE_3（固件版本3.7.9）以及iGMAS接收机，天线采用Trimble Zephyr Geodetic 2和JAVRINGANT_G5T NONE。数据采集于2020年6月9日，截止高度角设为10°。研究利用短基线双差观测方程，通过固定精确已知的接收机坐标，逐历元估计BDS-3与BDS-2之间B1I和B3I信号的相位DISB和伪距DISB。研究中将BDS-2和BDS-3视为两个独立星座，选取一颗BDS-2卫星作为所有BDS-2和BDS-3卫星的公共参考星，建立紧组合双差模型。通过对同类型接收机对（如Trimble Alloy #1与Trimble Alloy #2）和不同类型接收机对（如Trimble Alloy #1与Javad TRE_3）分别进行DISB估计，验证DISB是否为零。第二部分为RTK性能评估。数据同样来自武汉地区的静态和动态实验。静态实验基线长度约371 m，站点分别为武汉大学SGG楼顶的Trimble Alloy接收机和MGEX测站WUH2的Javad TRE_3接收机，观测日期为2020年6月21日，采样间隔30秒。动态实验于2020年6月24日GPST 06:45至08:00在武汉梁子湖大道进行，基准站和流动站均为Trimble Alloy接收机，天线分别为Trimble Zephyr Geodetic 2和Trimble Zephyr Model 2，基线长度约0.3至7.9 km，采样间隔1秒。采用自研软件KINPOS V3.0进行逐历元双差解算，短基线情况下忽略电离层和对流层延迟，仅估计三维基线向量和双差模糊度。模糊度固定采用LAMBDA（最小二乘模糊度降相关平差）方法，并用ratio检验（阈值2.0）进行模糊度确认。性能评估指标包括模糊度解算成功率、模糊度精度衰减因子（ADOP）以及定位精度。实验设置了不同截止高度角（10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°）以模拟不同观测条件。数据处理方案包括单频和双频观测的四种组合：仅BDS-2 B1I/B1I+B3I、仅BDS-3 B1I/B1I+B3I、仅BDS-3 B1C/B1C+B2a、以及BDS-2/BDS-3紧组合B1I/B1I+B3I。随机模型采用高度角加权函数，相位观测系数a和b均设为0.003 m，伪距观测设为0.3 m。

研究的主要结果如下。在DISB估计中，无论基线两端采用相同类型接收机还是不同类型接收机，BDS-3与BDS-2之间B1I和B3I信号的相位和伪距DISB均近似为零。例如，两个Trimble Alloy接收机之间B1I和B3I相位DISB平均值均为0.000 cycles，标准差为0.002 cycles，伪距DISB分别为-0.08 m和0.01 m；Trimble Alloy与Javad TRE_3接收机之间相位DISB平均值为-0.008/-0.001 cycles，伪距DISB为-0.²⁸⁄₀.25 m。这表明当使用B1I/B3I信号进行精密相对定位时，BDS-3和BDS-2可以被视为单一星座，无需额外的DISB改正，实现了完全的互操作性。在静态RTK性能评估中，10°截止高度角下，BDS-2可见卫星数为8–14颗（平均10.7），BDS-3为8–13颗（平均10.2），紧组合后为17–24颗（平均20.9），对应的平均PDOP分别为2.39、2.00和1.42。单频单历元模糊度解算的ADOP平均值，BDS-2仅用为0.200 cycles，BDS-3仅用为0.229 cycles，均大于0.12 cycles的理论可靠阈值，而紧组合为0.090 cycles，低于0.12 cycles，表明紧组合单频单历元模糊度解算理论上可行。双频情况下，BDS-2、BDS-3和紧组合的ADOP平均值分别为0.089、0.092和0.057 cycles，均低于0.12 cycles。在模糊度解算成功率上，静态单频B1I在10°截止高度角下，BDS-2仅用和BDS-3仅用的成功率分别为87–88%和84–85%，在40°时急剧下降至38.3%和17.3%；而紧组合在40°时仍保持99.6%的成功率。双频情况下，10°至25°截止高度角下所有方案成功率几乎100%，40°时BDS-2和BDS-3仅用分别降至94.2%和91.9%，紧组合仍为100%。定位精度方面，静态双频B1I/B3I在10°截止高度角下，BDS-3仅用解在东/北/天方向的RMS为0.31 cm/0.34 cm/1.35 cm，优于BDS-2仅用解的0.41 cm/0.44 cm/1.74 cm；紧组合解进一步提高至0.24 cm/0.27 cm/1.18 cm。在动态RTK性能评估中，10°截止高度角下BDS-2、BDS-3和紧组合的平均可见卫星数分别为10.4、11.1和21.5，平均PDOP为2.37、1.84和1.37。动态单频模糊度解算成功率在40°时，BDS-2仅用为5.4%，BDS-3仅用为51.3%，紧组合高达96.9%。动态双频定位精度方面，BDS-3仅用解在东/北/天方向的RMS为0.52 cm/0.39 cm/2.14 cm，明显优于BDS-2仅用解的0.85 cm/1.02 cm/3.01 cm；紧组合解为0.52 cm/0.22 cm/1.80 cm。此外，由于BDS-3 GEO卫星C59和C60目前仅播发B1I/B3I信号而不播发B1C/B2a信号，BDS-3仅用B1I和B1I/B3I方案的模糊度解算和定位性能均明显优于B1C和B1C/B2a方案。

本研究得出的主要结论包括：第一，本研究所用接收机类型中，BDS-3与BDS-2之间B1I/B3I信号的码和相位DISB均为零，说明B1I/B3I信号在精密相对定位中可实现完全互操作，可以像单一星座一样处理；第二，BDS-3仅用解模糊度解算性能与BDS-2仅用解相当，但紧组合可大幅提高性能，尤其在具有挑战性的观测条件下，单频单历元紧组合在40°截止高度角下仍能达到96.9%的模糊度解算成功率；第三，由于当前BDS-3全星座具有更好的几何分布，BDS-3仅用解定位精度显著优于BDS-2仅用解，而紧组合进一步提升了精度；第四，由于C59和C60卫星仅播发B1I/B3I信号，BDS-3的B1I和B1I/B3I方案的RTK性能明显优于B1C和B1C/B2a方案，证实了GEO卫星对亚太地区单历元精密相对定位的重要贡献。该研究的科学价值在于系统验证了BDS-2与BDS-3在重叠频点B1I/B3I上实现紧组合双差定位的可行性，并提供了全星座下单历元RTK性能的量化评估。应用价值在于为北斗系统在亚太地区的高精度定位服务提供了技术依据，尤其在遮挡环境下紧组合方案具有显著优势。

论文的主要亮点包括：首次针对新建成BDS-3全星座开展了单历元RTK性能的全面评估；系统分析了不同类型接收机间BDS-2/BDS-3的DISB特性，证实了B1I/B3I信号的DISB近似为零；同时对比了BDS-3新旧信号（B1I/B3I与B1C/B2a）的RTK性能；并定量展示了紧组合相对于单一星座在不同截止高度角下的突出优势。此外，论文还指出虽然紧组合与松组合在大多数情况下改进有限（小于1.5%），但在单频、高截止高度角等挑战性环境下，紧组合的优势更为显著，尤其适用于亚太以外无GEO和IGSO卫星的区域。