實時精密單點定位精度與收斂性分析＊

任曉東，何 俊，張小紅

（武漢大學測繪學院，湖北 武漢430079）

0 引 言

隨著定位需求的不斷提高，衛星導航定位技術正朝著實時、高精度、高可靠性的發展方向。而作為目前乃至未來實時高精度動態定位主要技術手段之一的精密單點定位技術，已成為衛星導航定位領域所關注的熱點[1－2]。在實時PPP的研究方面，JPL的Muellerschoen等人在2000年提出了全球實時精密單點定位技術（RT－PPP），計算結果表明RT－PPP水平方向定位精度為10cm～20cm.NAVCOM的Hatch在2001年提出了利用JPL實時定軌軟件RTG實現全球RTK計劃，通過因特網和地球靜止通信衛星向全球用戶發送精密星歷和精密衛星鐘差修正數據，利用這些修正數據，實現2～4dm的實時動態定位精度，事后靜態定位精度可達2～4cm。除了上述，還有部分相關機構開展了這方面的研究，并在系統開發方面取得了初步成果[3－5]。

1 IGS實時精密產品介紹

實時精密單點定位最重要的是實時地得到精密的衛星軌道和鐘差。目前，IGS的主要分析中心和其它一些著名的衛星導航研究機構通過現有的IGS連續跟蹤站和自己的數據處理軟件實時估計得到精密的衛星軌道和衛星鐘差，并提供了這些實時的精密衛星軌道和衛星鐘差的改正系數（ROCC產品），這15種ROCC產品的基本參數如表1所示。

表1中，Name代表精密衛星軌道和鐘差改正系數的代號；Misc代表提供該產品的組織；Generator代表該組織提供生成該產品的所采用的軟件；System代表提供的改正系數所包括的衛星系統，GPS指只提供GPS衛星的ROCC值，GPS＋GLO指不但提供GPS衛星的ROCC值，而且提供GLONASS衛星的；Identifier代表提供的ROCC值是基于衛星相位中心的還是質量中心；BRDC＿APC＿ITRF表示提供的ROCC值是基于相位中心的改正系數，且坐標框架為ITRF；BRDC＿CoM表示提供的ROCC值是基于衛星質量中心的改正系數，且坐標框架為ITRF；Format代表ROCC產品的編碼格式。

表1 不同ROCC改正系數產品的基本參數

2 BNC軟件介紹

BNC軟件是由BKG開發的一款用于實時同步接收、解碼及轉換的GNSS數據流管理軟件。采用BNC軟件進行實時精密單點定位時，其主要功能是接收來自Ntrip Caster的由IGS提供的精密軌道和鐘差的改正系數，以及實時廣播星歷數據流，并對其進行解碼，同時通過TCP／IP、UDP通訊接收來自測站接收機的觀測值，通過這些數據流完成精密單點定位，具體流程如圖1所示。

圖1 BNC軟件的實時精密單點定位流程[6]

3 實驗分析

3.1 實驗方案

為了分析BNC軟件中實時PPP定位模塊本身的定位精度和收斂速度以及采用15種不同的ROCC產品對定位結果的影響，筆者選取了全球25個IGS連續跟蹤站（其分測站布圖如圖2所示），對其在2011年6月15日進行24小時的實時精密單點定位，并得到實時定位結果。

3.2 實驗結果及分析

圖2 實驗分析的25個IGS連續跟蹤站位置分布圖

鑒于篇幅限制，筆者只給出 WIND測站的實時精密定位結果，其它測站與此類似，本文不再贅述。如圖3～17所示，分別表示采用15種ROCC產品用對WIND測站前1h的實時PPP的定位結果與IGS提供的參考坐標在N、E、U方向上的互差（注：選取1h目的在于分析其收斂性），圖中次深、淺色、深色依次代表N、E、U（北、東、天）三個方向的定位偏差。同時，本文對15種ROCC的定位平均偏差、RMS值和定位收斂時間進行了統計，其統計結果如表2所示，其相對值如圖18和圖19所示。（注：定義定位收斂時間表示從定位開始到N、E、U方向均穩定在5dm內所需的時間；統計平均值為收斂后的統計平均值；RMS值表示定位結果與真值坐標的統計標準差）

由圖3～圖17可以看出，通過15種ROCC改正得到的實時精密衛星軌道和精密衛星鐘差，對WIND測站進行實時精密定位的結果收斂后均能達到較高的定位精度，能滿足用戶的定位需求，且都需要經過不等時間的收斂過程，個別ROCC定位結果在N、E、U方向存在一定的系統性偏差。

由圖18可知，15種ROCC的定位結果在收斂后，其N、E、U方向的定位精度均能達到4dm以內。其中，15種ROCC其N、E方向定位精度約1dm以內；U方向的定位精度則在1～2dm左右。而且 ROCC01、ROCC10、ROCC11、ROCC71在三個方向的定位精度均達到了cm級。因此，在實際定位中如果對定位精度要求較高可優先考慮使用這幾種ROCC改正后的精密衛星軌道和精密衛星鐘差產品。

圖19 不同ROCC產品對WIND測站定位收斂后的RMS值及收斂時間

在圖19中，柱狀圖的深、淺、次深分別表示不同ROCC改正后的精密衛星軌道和鐘差對WIND測站的定位結果在N、E、U方向上的統計RMS值，深色三角形則表示不同ROCC改正后實時定位的收斂時間，右側坐標軸為收斂時間的坐標軸。結合圖18可以看出，定位精度較好的產品，其定位結果的RMS值也相對較小?？傮w來說，15種ROCC的RMS值均在4dm以內，且N、E方向的RMS值為8cm左右，U方向為1～2dm左右。在收斂時間上，大多數ROCC的收斂時間為15min左右，其中收斂速度最慢的ROCC60、ROCC61、ROCC81的收斂時間為30～40min，而收斂速度較快的 ROCC11、ROCC20、ROCC51、ROCC70、ROCC71等，其收斂時間平均約為8min左右。

表2 15種ROCC產品對WIND測站的實時定位結果影響

4 結 論

采用IGS的15種實時精密產品，利用BNC軟件對全球25個連續跟蹤站進行24小時的實時精密單點定位，并對結果進行了深入分析，得出以下結論：

1）總體來說，采用這15種ROCC產品利用BNC軟件進行實時精密單點定位的精度能夠達到4dm以內，能夠滿足用戶的定位需求。

2）不同的ROCC產品的實時精密定位結果精度和收斂時間是各不相同的。在兼顧定位精度、收斂時間上，這15種ROCC中的ROCC11、ROCC20、ROCC71能夠利用較短的時間得到較好的定位結果。這三種ROCC的平均收斂時間約為6～9min，N方向和E方向的定位精度為3～6 cm，U方向為5～10cm.建議在實時系統建立的過程向用戶播發這幾種定位精度高且收斂速度快的ROCC改正后的實時精密衛星軌道和實時精密衛星鐘差。

[1]Zumberge J F，Heflin M B，Jefferson D C，et al.Precise point positioning for the efficient and robust analysis of GPS Data from large networks.[J].Geophys Res，1997，102（B3）：5005－5017.

[2]Kouba J，Heroux P.Precise point positioning using IGS orbit and clock products[J].GPS Solution，2001，5（2）：12－28.

[3]張小紅，李星星，郭 斐，等.基于服務系統的實時精密單點定位技術及應用研究[J].地球物理學報，2010，53（6）：1308－1314.

[4]Ge M R，Chen J，Gendt G.EPOS－RT：Software for realtime GNSS data processing [C]／／General Assembly European Geosciences Union.Vienna，Austria，2009.

[5]Shi Chuang，Zhao Qi－le；Geng Jiang－hui，et al.Recent development of PANDA software in GNSS data processing[C]／／International Confercence on Earth Observation Data Processing and Analysis（ICEODPA）.Wuhan Hunan，China：SPIE，2008.

[6]GNSS Data Center.BNC Software（2010）：BKG ntrip client software，Version 2.4[EB／OL].[2011－07－20].http：／／igs.bkg.bund.de／ntrip／download.