單基線載波相位雙差定位、位置差分和單點定位的精度分析

王霞迎，秘金鐘

(中國測繪科學(xué)研究院，北京100830)

一、引 言

GPS由于其高精度、全天候、實時性、無通視條件限制等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于GPS數(shù)據(jù)處理當(dāng)中。GPS原始測量數(shù)據(jù)受接收機鐘差、對流層和電離層誤差、多路徑效應(yīng)、衛(wèi)星軌道等誤差的影響，數(shù)據(jù)處理中需對這些誤差加以改正，而GPS載波相位雙差處理的方法消除了其中的大部分誤差，較為實用。現(xiàn)對載波相位雙差模型、結(jié)果分析、注意問題逐一論述。

二、載波相位雙差模型

觀測方程的一般形式為

式中，i為測站;j為衛(wèi)星。

基線向量的單差為

基線向量的雙差(測站間求差，衛(wèi)星間求差)為

以式(2)作為觀測方程，組成法方程，未知數(shù)為測站坐標(biāo)和整周模糊度。

三、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析

基準(zhǔn)站采用北京房山IGS站的觀測數(shù)據(jù)，流動站采用位于中國測繪科學(xué)研究院的流動站，分析了30 min的觀測數(shù)據(jù)，采樣率為15 s，兩個測站在整個觀測過程跟蹤了7顆共視衛(wèi)星。下面分別對載波相位雙差觀測結(jié)果(如圖1～圖3所示)、位置差分[1](如圖4～圖6所示)、單點定位(如圖7～圖9所示)結(jié)果分析。

圖1 載波相位雙差X方向的偏差

圖2 載波相位雙差Y方向偏差

圖3 載波相位雙差Z方向偏差

圖4 位置差分X方向偏差

圖5 位置差分Y方向偏差

圖6 位置差分Z方向偏差

圖7 單點定位X方向偏差

圖8 單點定位Y方向偏差

圖9 單點定位Z方向偏差

由圖中可得，載波相位雙差X方向數(shù)據(jù)誤差較小，Y和Z方向在將近第40歷元的時候出現(xiàn)大的突變，整體還是控制在5 cm以內(nèi)，已經(jīng)滿足在大多數(shù)工程的數(shù)據(jù)解算要求。同時，與位置差分、單點定位相比，其結(jié)果精度大大提高。

四、注意問題

1．基線長度限制

對于短基線(＜20 km)，信號傳輸過程誤差(如對流層、電離層)、接收機鐘差、衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星軌道誤差大部分可以消除，并求解整周模糊度，可以提高測站的定位精度。但是對于較長基線，模糊無需求整，可直接用作浮點解來代入法方程求解測站位置。

2．起算點坐標(biāo)

基準(zhǔn)站起算坐標(biāo)的精確與否直接關(guān)系到流動站測站坐標(biāo)的解算。因此，為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，使用國家級控制點，或預(yù)先使用接收機在基準(zhǔn)站較長時間觀測求解起點坐標(biāo)。

3．衛(wèi)星高度角的選擇

為了盡量避免多路徑效應(yīng)的影響及衛(wèi)星幾何強度較差，通常選取的衛(wèi)星高度角要大于15°。

4．參考衛(wèi)星的選取

在組成誤差方程時，選擇每個歷元中衛(wèi)星高度角都較大的一個最優(yōu)參考星，通常要大于70°。

5．觀測時段的選取

觀測時段不宜過長，以15min～30min為宜，時間過短多余觀測不足，時間過長則前后相關(guān)性減弱。

6．評定精度

短基線解算中評定指標(biāo)有：PDOP、VDOP、HDOP、中誤差。

1)PDOP：模糊度次優(yōu)解與最優(yōu)解之比，反應(yīng)衛(wèi)星的分布情況。

2)VDOP：垂直精度因子，反應(yīng)測站坐標(biāo)垂直方向的誤差。

3)HDOP：水平精度因子，反應(yīng)測站坐標(biāo)水平方向的誤差。

4)中誤差：反應(yīng)觀測誤差對測站坐標(biāo)精度的影響。

五、結(jié)束語

本文對位置差分和雙差載波相差分兩種進行編程實現(xiàn)，并對比了3種方法解算結(jié)果精度，證明了載波相位雙差的精度較高。簡述了在編寫程序中遇到的問題，并提出合理的建議，希望為載波相位差分程序提供一些幫助。

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