數據中斷對實時精密單點定位的影響分析

賴允斌,趙春梅,李子申

(1.山東科技大學測繪科學與工程學院,山東 青島 266590;

2.中國測繪科學研究院大地測量與地球動力學研究所,北京 100830;

3.中國科學院光電研究院,北京 100094)

數據中斷對實時精密單點定位的影響分析

賴允斌1, 2,趙春梅1,2,李子申3

(1.山東科技大學測繪科學與工程學院,山東 青島 266590;

2.中國測繪科學研究院大地測量與地球動力學研究所,北京 100830;

3.中國科學院光電研究院,北京 100094)

摘要：實時精密單點定位的應用日趨廣泛,而收斂速度是其優劣的一個重要指標,在定位作業時要盡量避免多次重新收斂。利用自主研發的軟件,分析了實時觀測數據中斷對實時精密單點定位的影響。采用基于廣播星歷的實時SSR改正數據的精密軌道和鐘差進行實時精密單點定位。結果表明:連續60 s的數據中斷會導致實時精密單點定位需要重新收斂;而頻繁短時間中斷但不連續中斷的數據對實時精密單點定位影響不明顯,不會導致重新收斂。

關鍵詞：實時精密單點定位;SSR改正信息;收斂

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.03.005

中圖分類號：P228.4

文獻標志碼：A

文章編號：號： 1008-9268(2015)03-0021-04

收稿日期：2015-03-13

作者簡介

Abstract:The application of real-time precise point positioning is becoming more and more widely, and the convergence speed is an important index of its quality. People should try to avoid multiple re-convergence in the positioning work.Utilizing the self-developed software,The paper analyzed the effect on real-time precise point positioning when the real-time data were disrupted.The precise orbit and clock in real-time precise point positioning were SSR correction data which were based on broadcast ephemeris.The results show that the disruption of continuous 60 s data would lead to real-time precise point positioning converge again,but,disrupted frequently but discontinuously data had no obvious effect on real-time precise point positioning,it needs no once more convergence.

0引言

目前,實時精密單點定位(RT-PPP)的應用越來越廣泛。實時精密單點定位具有實時性、單臺接收機實現點位的三維位置的確定、定位不受距離限制、作業靈活等優點[1],許多學者和研究機構對其進行了相關的研究,取得了一系列成果[2]。武漢大學尹倩倩等通過PANDA軟件,利用國際GNSS服務(IGS)組織實時精密軌道鐘差產品進行實時靜態模擬動態精密單點定位,取得了厘米級的實驗結果[3]。李星星,葛茂榮等實現了優于3 cm的實時定位精度[4]。但是精密單點定位(PPP)收斂都需要一段時間,數據的中斷可能會導致定位需要重新收斂,從而降低實時精密單點定位的實用性。

基于自主研發的軟件,采用基于廣播星歷的實時“國家空間表示(SSR)”改正信息的精密軌道和鐘差進行實時精密單點定位,分析了數據中斷對定位的影響,為進一步的研究提供參考。

1實時精密單點定位

1.1　實時精密軌道和鐘差

本文進行實時定位采用的是IGS播發的實時精密軌道鐘差產品,此產品是基于廣播星歷改正的實時SSR改正信息,具體信息格式參見文獻[5]。實時軌道改正數據是星固系下在軌道的徑向、切向、法向三個方向的改正數,因此,需要將此改正信息轉換到地固系下再對廣播星歷進行改正[6],改正按公式(1)計算

(1)

式中: [X,Y,Z]T為改正后地固系下的精密軌道;[xB,yB,zB]T為由廣播星歷計算的衛星坐標;[eR,eA,eC為衛星軌道徑向、切向和法向的單位向量;[δR,δA,δC]T是由SSR改正信息計算的軌道改正數并且由式(2)計算

(2)

t時刻的衛星精密鐘差dts由式(3)計算

(3)

式中:dt為由廣播星歷計算的t時刻的衛星鐘差;

--------------------

聯系人： 賴允斌 E-mail: benlaigeomatics@163.com

c0為真空中的光速; ΔC由實時SSR改正數據按照式(4)計算,其中,C0,C1,C2是由改正數據給出的多項式系數。

ΔC=C0+C1(t-t0)+C2(t-t0)2

(4)

此實時SSR改正數據與IGS事后精密軌道鐘差產品對比,軌道精度優于7 cm,鐘差優于0.3 ns,可以滿足厘米級精度的動態定位[3]。需要注意的是:不同的分析中心,SSR改正信息中的改正值參考點有兩種情況:衛星質心(CoM)和天線相位中心(APC).

1.2　實時精密單點定位數學模型

本文采用作者自主開發的PPP軟件進行模擬實時精密單點定位實驗。采用雙頻GPS無電離層組合[7],觀測方程為

cδtr-cδts+λNIF+δtrop+δrel+δtide+

δmul+εLIF,

(5)

cδtr-cδts+δtrop+δrel+δtide+δmul+εPIF,

(6)

其中:LIF、PIF為雙頻無電離層組合觀測值;XS,YS,ZS和X,Y,Z分別為衛星和接收機的坐標;δtr,δts分別為接收機和衛星的鐘差;δtrop,δrel,δtide,δmul分別為對流層,相對論效應,固體潮,多路徑效應引起的誤差;εLIF,εPIF分別為載波相位和偽距的測量噪聲。

PPP參數估計采用卡爾曼濾波算法[8],參數有接收機位置,接收機鐘差,一個對流層參數以及N個模糊度參數共N+5個參數。本文并不把實時軌道鐘差數據生成SP3格式的文件再內插,而是把一個歷元恢復得到精密軌道鐘差直接進行PPP定位,然后再計算下一個歷元。這樣更能反映實時定位的真實情況。具體處理流程如圖1所示。

圖1　RT-PPP定位計算流程

2模擬實時定位實驗

本文分析了實時數據中斷對實時精密單點定位的影響。分別進行了兩種實驗方案:1) 分析數據連續中斷對定位的影響; 2) 分析數據的頻繁短時間中斷對定位的影響。實驗采用的數據為2015年1月2日8:00:00-11:00:00AREV觀測站的碼和相位觀測數據,數據采樣間隔為1s,以及由CLK80播發的實時軌道鐘差改正數據。

2.1　數據連續中斷對定位的影響

此方案分析數據連續中斷對定位的影響。在第5 000個歷元后,分別刪除連續1,10,20,30,40,50,60,70,80,90個歷元,分別進行實時靜態定位實驗。實驗結果如圖2～圖6所示。

圖2　數據無中斷的定位過程

圖3　數據中斷1 s的定位過程

圖4　數據中斷50 s的定位過程

圖5　數據中斷60 s的定位過程

圖6　數據中斷70 s的定位過程

由圖2～6所示可得,連續60個歷元,即連續60s的數據中斷會對定位造成極大的影響,導致實時PPP需要重新收斂,而低于50s的連續中斷對定位影響不明顯。原因是在PPP濾波估計參數時,相鄰歷元是相關的,當數據中斷時間長時,歷元間的相關性減弱,模糊度需要重置,導致定位不準確。由于篇幅有限,只展現數據沒有中斷,中斷1s,連續中斷50s,60s,70s的定位過程。

2.2　數據頻繁不連續中斷對定位的影響

此方案分析數據的頻繁短時間中斷,但不連續中斷對定位的影響。在第5000個歷元后,每隔一個歷元刪除一個歷元和50個歷元,進行實時靜態定位實驗。實驗結果如圖7～圖8所示。由圖7～圖8可得,數據頻繁但不連續的中斷對定位的影響不明顯,刪除50個歷元時,精度稍微變差。原因是數據短時間的中斷對相鄰歷元間的相關性影響不大。

圖7　數據頻繁但不連續中斷1 s的定位過程

圖8　數據頻繁但不連續中斷50 s的定位過程

3結束語

精密單點定位收斂都需要一定的時間,如果數據中斷造成PPP頻繁地重新收斂將會極大地降低實時精密單點定位的實用性。通過本文的分析得出:數據的連續中斷會導致PPP需要重新收斂,而相鄰歷元時間間隔不大,頻繁但不連續的中斷對定位影響不明顯。原因是在PPP濾波估計參數時,相鄰歷元是相關的,數據的中斷會降低歷元間的相關性。因此,進行實時PPP定位時,應盡量避免超過60s的長時間信號遮擋;盡量降低由于網絡等因素造成數據中斷;在定位作業時不要采用采集頻率過低的數據,并且發現數據中斷時,不能馬上接著進行定位作業。此外,本文的分析結果也可以供其他學者的進一步研究提供參考。

參考文獻

[1]李征航,黃勁松.GPS測量與數據處理[M].武漢:武漢大學出版社, 2010.

[2]李征航,張小紅. 衛星導航定位新技術及高精度數據處理方法[M].武漢:武漢大學出版社, 2009.

[3]尹倩倩,樓益棟,易文婷.實時產品比較與分析[J].大地測量與地球動力學, 2012, 32(6):123-128.

[4]LIXingxing,GEMaorong,JANDousa, et al.Real-timeprecisepointpositioningregionalaugmentationforlargeGPSreferencenetworks[J].GPSSolutions, 2014, 18(1):61-71.

[5]FederalAgencyforCartographyandGeodesy(BK-G).BKGNtriPClient(BNC)Version2.7manual[R].2012.

[6]劉志強,王解先.廣播星歷改正的實時精密單點定位及精度分析[J].測繪科學, 2014, 39(1):15-19.

[7]張小紅.動態精度單點定位(PPP)的精度分析[J].全球定位系統, 2006,31(1):7-11.

[8]易重海.實時精密單點定位理論與應用研究[D].長沙：中南大學,2011.

賴允斌(1989-),男,江西贛州人,碩士生,主要研究方向為實時精密單點定位。

趙春梅(1971-),女,山東臨沂人,博士,研究員,主要從事衛星精密定位與定軌研究。

李子申(1984-),男,河北石家莊人,博士,助理研究員,主要研究方向為GNSS/BDS精密定位與電離層。

The Influence Analysis of Real Time Precise Point

Positioning Based on Data Disruption

LAI Yunbin1,2,ZHAO Chunmei1,2,LI Zishen3

(1.CollegeofGeomatics,ShandongUniversityofScienceand

Technology,Qingdao266590,China;

2.InstituteofGeodesyandGeodynamics,ChinseseAcademyofSurveying

andMapping,Beijing100830,China;

3.AcademyofOpto-Electronics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100094,China)

Key words: Real-time precise point positioning; SSR correction data; convergence