高精度GPS靜態(tài)相對(duì)定位算法

馬文忠　李林歡　江麗麗

高精度的定位算法在提高GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度、靈敏度和可靠性上具有重要意義。本文深入研究了GPS靜態(tài)載波相位相對(duì)定位方法，對(duì)靜態(tài)相對(duì)定位在位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，給出了一種能夠比較準(zhǔn)確探測(cè)觀測(cè)值周跳及粗差的算法，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的準(zhǔn)確性和有效性。

【關(guān)鍵詞】GPS 相對(duì)定位 三維位置

GPS作為一種全新的現(xiàn)代空間定位技術(shù)，已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)的光學(xué)和電子儀器測(cè)量方法，廣泛地應(yīng)用在精密工程測(cè)量和變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在定位信息采集與傳輸、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)等熱點(diǎn)問(wèn)題上展開(kāi)了深入研究，本文設(shè)計(jì)了一種完整的高精度GPS靜態(tài)載波相位相對(duì)定位算法。

1 GPS靜態(tài)載波相位相對(duì)定位方法研究

靜態(tài)相對(duì)定位是指，在需要定位監(jiān)測(cè)的位置設(shè)置一臺(tái)GPS接收機(jī)作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在地質(zhì)條件良好的地方另設(shè)一臺(tái)接收機(jī)作為基準(zhǔn)點(diǎn)如果兩次觀測(cè)所得的基線向量發(fā)生了變化，則說(shuō)明監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生了變化，從而說(shuō)明了監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生了位移。靜態(tài)相對(duì)定位一般采用載波相位觀測(cè)值為基本的觀測(cè)量，是目前精度較高的GPS定位方式。

2 GPS定位監(jiān)測(cè)程序設(shè)計(jì)

為了能實(shí)現(xiàn)定位監(jiān)測(cè)功能，需要編寫(xiě)一套完整的程序，處理原始數(shù)據(jù)，給出定位監(jiān)測(cè)的結(jié)果。本文采用了微軟公司的.net平臺(tái)，使用C#語(yǔ)言，完成了程序的編寫(xiě)。

根據(jù)方程（2）進(jìn)行定位，首先要由導(dǎo)航電文計(jì)算所觀測(cè)的GPS衛(wèi)星的位置。進(jìn)而由它與導(dǎo)航電文參考時(shí)刻之差推導(dǎo)衛(wèi)星位置。而由于在衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射到接收機(jī)接收這段時(shí)間內(nèi)，坐標(biāo)系已經(jīng)發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)，所以求得的衛(wèi)星位置還要進(jìn)行地球自轉(zhuǎn)的修正。求衛(wèi)星位置的流程。

在雙差觀測(cè)方程組進(jìn)行迭代求解過(guò)程中，使用LAMBDA搜索算法可以搜索最佳的模糊度向量。從IGS（International GPS Service）站點(diǎn)中選一條基線進(jìn)行靜態(tài)相對(duì)定位運(yùn)算，以驗(yàn)證該方法的有效性。定位運(yùn)算結(jié)果驗(yàn)證了GPS靜態(tài)載波相位相對(duì)定位技術(shù)處理流程及解算算法的安全有效性，得出1km以內(nèi)的基線，精度能夠達(dá)到5cm左右，但隨著基線長(zhǎng)度的增加，定位精度就將有所下降。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)GPS定位監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入研究，給出了能夠精確定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維位置的靜態(tài)相對(duì)定位算法。分析了靜態(tài)載波相位相對(duì)定位的雙差觀測(cè)方程，研究了利用導(dǎo)航電文求衛(wèi)星鐘差和位置的計(jì)算過(guò)程，得到了較高精度的定位結(jié)果。我們將進(jìn)一步研究卡爾曼濾波算法減小誤差，并通過(guò)解決如何在短時(shí)內(nèi)確定準(zhǔn)確模糊度等問(wèn)題，來(lái)提高定位質(zhì)量和精度

參考文獻(xiàn)

[1]李征航，黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].武昌：武漢大學(xué)出版社，2005：41.

[2] 李征航，張小紅.衛(wèi)星導(dǎo)航定位新技術(shù)及高精度數(shù)據(jù)處理方法[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2009.

[3]Wener Gurtner.Astronomical Institute University of Bern.The Receiver Independent Exchange Format Version 2.0[Z].2009（06）.

作者簡(jiǎn)介

馬文忠（1968-），男，博士學(xué)位。現(xiàn)為中國(guó)石油大學(xué)（華東）信息與控制工程學(xué)院教授。研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化。

作者單位

中國(guó)石油大學(xué)（華東）信息與控制工程學(xué)院 山東省青島市 266580endprint