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GPS精密单点定位技术在测量中的应用 第34卷第22期 ? 334?2008年8月 山西建筑 SHANXIARCHITECrURE V01.34No.22 Aug.2008 文章编号:1009.6825{2008)22.0334.02 GPS精密单点定位技术在测量中的应用 敏忠 摘要:介绍了GPS的发展历程,探讨了精密单点定位技术的定位原理,比较了精密单点定位与RTK,通过工程实例说 明精密单点定位技术可大大提高GPS接收机利用效率和作业功效的结论. 关键词:精密单点定位技术,测量,定位原理,精度 中图分类号:TU198文献标识码:A 1GPS发展历程 GPS从投入使用以来,其相对定位的定位方式发展得很快, 从最先的码相对定位到现在的RTK,使GPS的定位精度不断提 高.而绝对定位即单点定位发展得相对缓慢,传统的GPS单点定 位是利用测码伪距观测值以及由广播星历所提供的卫星轨道参 数和卫星钟改正数进行的.其优点是数据采集和数据处理较为 方便,简单,用户在任一时刻只需用一台GPS接收机就能获得 WGS-84坐标系中的三维坐标.但由于伪距观测值的精度一般为 数分米至数米;用广播星历所求得的卫星位置的误差可达数米至 数十米,卫星钟改正数的误差为±7ns左右,只能用于导航及资 源调查,勘探等一些低精度的领域中.随着我国海洋战略的实 施,海洋科研,海洋开发,海洋工程等海上活动日益增加,对定位 精度的要求也呈现出多样化,如精密的海洋划界,精密海洋工程 测量等,要求能够达到十几厘米或几十厘米的定位精度,而采用 伪距差分定位只能提供米级的定位精度,如果使用RTK功能,作 用距离又不能达到要求;对于这部分定位需求,现有的定位手段 无法满足要求,需要寻求新的定位方式或技术,几种常用GPS定 位方式精度比较见表1. 表1几种常用GPS定位方式精度比较 定位技术名称精度/m作用距离/kln观测时间/rain 经典静态±O.001～±O.0051～3o0Ogt;6O 快速静态±O01～±O.O5lt;205～2O 常规差分GPS±O.5O～±10.00lt;200实时 事后差分GPS±O.5O～±1O.00lt;2OO单历元 广域差分GPS±O.5O～±3.00lt;1500实时 实时动态(RTK)±O.O1～±O.O5lt;15实时 网络RTK±O.O1～±O.1Olt;1o0实时 精密单点定位±O.O1～±O.5O全球实时 2精密单点定位技术的定位原理. 精密单点定位(PrecisePointPositioning,PPP)技术由美国喷 气推进实验室(JPL)的Zumberge于1997年提出.该技术的思路 非常简单,在GPS定位中,主要的误差来源于3类,即轨道误差, 卫星钟差和电离层延时.如果采用双频接收机,可以利用LC相 位组合,消除电离层延时的影响.如果选择地心地固系表示卫星 轨道,计算的参考框架同为地心地固系,可以消去观测方程中的 地球自转参数.于是,只要给定卫星的轨道和精密钟差,采用精 密的观测模型,就能像伪距一样,单站计算出接收机的精确位置, 钟差,模糊度以及对流层延迟参数.随着高精度的精密卫星轨道 和时钟的出现,利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户 GPS定位观测值方程中的卫星钟差参数;用户利用单台GPS双频 双码接收机的观测数据在数千公里乃至全球范围内的任意位置 都可以分米级的精度进行实时动态定位或以厘米级的精度进行 较快速的静态定位,这一导航定位方法称为精密单点定位(Precise PointPositioning,简称为PPP). 在精密单点定位中,一般是利用IGS的精密卫星钟差估计值 消去卫星钟差项,并且采用双频观测值消除电离层影响,其观测 值误差方程如下: (i)=(i)+c?amp;(i)+(i)一P(i)+ep, (i)=(i)+C?amp;(i)+(i)+?(i)一?(i)+e. 线性化:V(i)=AX(i)+L(i), A= f-3f(P)af(P) lay 』.af(m)af(m) LayaZ 一兰二堑一二一羔二 aXPayPaZPaamp; ),或1, 羹1nmt)A],aJr髓t)I曼2Ia:,C. x(i)=lz,Y,,amp;,即,1,t)J. 其中,A为相应的设计矩阵;L(i)为相应的观测值减去概略 理论计算值得到的常数项;X(i)为待估计参数;z,Y,为三维位 置参数;amp;为接收机钟差参数;即为对流层延迟参数;:1,) 为整周未知数参数. 利用上述推导的观测模型,即可采用卡尔曼滤波的方法或最 小二乘法进行非差精密单点定位计算.在解算时,位置参数在静 态情况下可以作为常未知数处理;在未发生周跳或修复周跳的情 况下,整周未知数当作常数处理;在发生周跳的情况下,整周未知 数当作一个新的常数参数进行处理