實時精密單點定位研究綜述

長安大學 陜西 西安 710054

摘 要：GPS精密單點定位（PPP）是一種利用高精度的GPS衛星星歷和衛星鐘差以及雙頻載波相位觀測值，并采用非差模型進行高精度單點定位的方法。實時精密單點定位技術（RT-PPP）已成為當前GNSS領域的研究熱點，也將是目前乃至未來實時高精度動態定位的主要技術手段之一。本文對其從研究背景、國內外研究現狀，以及發展前景等方面進行了綜述。

關鍵詞：GPS，實時精密單點定位，研究背景，發展現狀，前景

1 研究背景

全球定位系統GPS（Global Positioning System）是美國從上世紀70年代開始研制，于1994年全面建成的新一代衛星導航定位系統。目前，GPS以全天候、高精度、自動億、高效益等顯著特點，諸多領域得到了廣泛應用。GPS的出現，給測繪領域帶來了一場深刻的技術革命。傳統的GPS單點定位是指利用單臺接收機的測碼偽距及廣播星歷的衛星軌道參數和衛星鐘差改正進行定位，因其較低的定位精度已不能滿足精密導航、大地測量、變形監測、精密工程測量等的要求。

為了提高精度，出現了GPS相對定位，它是用兩臺以上接收機同步觀測相同的GPS衛星，以確定基線端點的相對位置或基線向量。GPS相對定位通過組成差分觀測值來消除接收機鐘差、衛星鐘差等公共鐘差以及減弱對流層延遲、電流層延遲等相關性的影響，因此，它是目前GPS定位中精度最好的一種方法。

PPP技術作為一種最近十幾年發展起來的一項GPS定位新技術，在低軌衛星精密定軌、高精度坐標框架維持、區域或全球性科學考察、航空動態測量和海洋測繪等方面具有不可估量的應用前景，目前己經成為GPS導航和定位界的研究熱點。經過近十幾年國內外學者的研究，精密單點定位的事后處理算法及應用已經比較成熟。與相對定位中的實時定位技術RTK相對應，在實時GPS衛星軌道和鐘差產品的支持下，精密單點定位的數據處理可以在實時情況下進行，得到實時定位結果，稱之為實時PPP技術。實時PPP定位技術與目前已有兩種GPS實時定位服務系統（基于單基準站RTK技術系統和基于多基準站的CORS系統）相比具有以下顯著優點：

1.系統服務覆蓋區域大；

2.總投資和運營成本低。

2 國內外研究現狀與進展

國際GPS服務組織IGS（International GPS Service）是國際大地測量協會IAG（International Association of Geodesy）于1993年創建的一個為GPS提供應用服務的國際組織。由于IGS能夠提供精密的衛星星歷和衛星鐘差，因此，就使得單點定位無需差分而獲得高精度成為可能。JPL的Zumberge等人在1997年就提出了利用雙頻接收機進行非差單點定位。NRCan（Natural Resources Canada）的Kouba和Herous（2000）首先詳細地論述了利用雙頻接收機進行非差單點定位技術。JPL的Muellerschoen（2000）等人提出了全球實時精密單點定位技術。加拿大Calgary大學的Gao Y和Shen X（2001）也對此作了詳細的論述，同時提出了一種新的觀測模型。除了以上的學術研究機構外，幾個大的商業公司對精密單點定位技術也非常關注并且進行了不同程度的研究，如NAVCOM公司的StarFire和Omnistar-HP系統就包含有精密單點定位的內容（Bisnath，2003）。

在國內方面，黃珹等人研究了采用GIPSY軟件的精密單點定位方法解算區域基準網問題。武漢大學的時世榕博士對非差相位精密單點定位技術進行了深入研究，并利用自己提出的改進模型及自行研制的定位軟件進行了試算。武漢大學的張小紅副教授也對PPP作了深入的研究，并首次將PPP技術應用到航空測量和極地科學考查中，并編制了Trip解算軟件。

從國內外研究成果的分析來看，目前研究的重點主要集中在PPP定位模型的建立、大氣折射的影響分析、軟件實現和PPP靜態定位精度分析等方面，對于動態精密單點定位的精度研究還不夠深入。與GPS相對定位技術不同，PPP技術由于采用非差觀測值進行數據處理，破壞了相位模糊度的整周特性，這使得不能進行非差相位模糊度的固定。而相對定位技術由于采用站際星際二次差觀測值，UPD在二次差過程中被消去，從而使得雙差模糊度具有整數特性。因此，要使PPP能夠達到工程上的實時定位要求，就必須開展加快PPP定位收斂速度的研究。

國際上眾多學者嘗試進行精密單點定位中相位模糊度固定，并取得了可喜的進展。上述各種精密單點定位整周模糊度固定方法大致可以分為兩類：一類是估計破壞相位模糊度整數特性的硬件延遲非整周部分的方法，簡稱為FCB方法；另一類則是不顯式估計硬件延遲非整周部分，而采用衛星鐘差參數吸收這些硬件延遲，從而在定位計算中恢復了模糊度整數特性的方法，簡稱為IRC方法。Geng等人從理論推導和算例分析兩個方面證明了這兩種方法是等價的。為與相對定位模式中的實時動態定位RTK區別，GPS界將整周模糊度固定的實時精密單點定位稱之為PPP-RTK。顯然，整周模糊度固定的FCB方法和IRC方法均可用于PPP-RTK。

綜上所述，當前實時精密單點定位技術得到了廣泛的重視和飛速的發展，一方面是實時精密單點定位得到了廣泛的應用，出現了多個成熟的商業系統；另一方面制約精密單點定位技術實時應用的模糊度固定技術取得了重大進展，發展了多種適用于PPP的整周模糊度固定方法。可以預見，實時精密單點定位技術將取得重大突破，高精度GPS定位模式將恢復到最初GPS系統設計者的單點絕對定位模式。

3 發展前景與趨勢

由于其硬件構成簡便、定位靈活方便、不受作用距離限制等優點，實時精密單點定位技術已經成為當前GNSS界的研究熱點之一。和靜態精密單點定位相比，動態精密單點定位在對流層延遲改正、多路徑效應等誤差改正方面更為復雜，在探測、修復周跳和整周模糊度的確定方面也更為困難。

但與靜態定位相比，動態或實時定位的研究不多。由于將來在GIS數據采集、精密導航、科研考察等領域中需要用到精密的動態定位，GPS精密單點定位將會發揮更加重要的作用，動態或實時動態GPS精密單點定位則會更具有實用價質。此外，由于目前單頻GPS接收機價格較雙頻接收機低很多，基于單頻GPS精密單點定位也是值得研究的一個課題。

另外，開展除GPS之外的其他衛星導航系統，如俄羅斯GLONASS、中國北斗系統COMPASS和歐盟GALILEO系統的精密單點定位研究以及各系統之間的組合PPP定位研究，也將是一個值得研究的課題。

參考文獻：

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[2] 葉世榕， 劉經南. 高精度單點定位方法研究[J]. 第三屆兩岸測繪發展研討會， 香港， 2000： 185-197.

[3] 易重海. 實時精密單點定位理論與應用研究[D]. 中南大學博士學位論文， 2011

作者簡介：高喬（1991.12--） 男，陜西省西安市人，碩士研究生學歷，專業：大地測量學與測量工程。