基于偽距單點定位的基線解算方法的實驗分析

張宇 南京郵電大學

基于偽距單點定位的基線解算方法的實驗分析

張宇 南京郵電大學

本文根據中海達的衛星接收機接收到的數據，先進行偽距單點定位計算，得到一條基線上的兩端點的WGS-84三維坐標，然后直接根據這兩點坐標計算這兩點間的基線長度，最終得到的基線長度與真實測量距離之間的準確度達到93.5%。將這種方法得到結果作為較長距離基線其長度的預估值，有助于驗證利用雙差解等常用計算方法得到結果的正確性。

GPS 偽距單點定位 基線解算

隨著GPS技術的飛速發展，GPS測量方法已經逐步替代傳統的測繪方法，應用到各種各樣的工程建設中，極大地節省了人力物力。根據GPS接收機采集到的數據，利用多樣化的數據處理方法，可以獲取各種高精度的測量數據，滿足不同層次的用戶需求。對GPS數據進行處理，首先需要進行基線向量解算，再評定基線精度，最后進行網平差得到定位數據，其中基線處理部分很關鍵，其處理精度會直接影響到后面的網平差結果。我們這里選用的基線處理方法不同于三差解、雙差解、整數解等常用的基線處理方法，而是先求定位坐標，后利用定位坐標求基線長度，也就是先利用偽距單點定位方法計算基線端點的三維坐標，再求基線長度，這種方法求得的基線長度也可以達到一定的準確度。

1 基線選取

本次實驗是在南京郵電大學仙林校區進行的，我們在南京郵電大學文科樓前面的觀測條件較好的空曠地上選取了一條長度約為23m的基線，分別在基線的兩端架設中海達的GPS接收機，同時開機測量30分鐘。此外我們還用皮尺量對儀器架設的兩點間距離進行了測量，測量到的基線長度為22．906m。

2 偽距單點定位坐標計算

所謂“單點定位”是用戶只用一臺GPS信號接收機，測得自己的現勢位置。一般采用GPS衛星所發送的C/A碼或P碼作測距信號，測得用戶至GPS衛星的距離，進而解算出用戶的三維坐標。

根據劉基余等人總結的GPS偽距單點被動式定位三維位置方程，進行若干次迭代計算可以解算出用戶在時元t的三維坐標和用戶的時鐘偏差，在進行迭代時選擇較好的初值可以有效地減少迭代次數。在選取好劉基余等人總結的進行偽距單點定位計算的算法后，我們需要提取GPS接收機中觀測文件的數據，并將數據代入Matlab中進行編程計算基線端點的坐標。在提取接收機的觀測數據部分，分別提取每個基線端點對應接收機中的O文件的數據，選取中間20分鐘內的歷元數據，這20分鐘內每分鐘選取一歷元數據作為已知數據，分別按照劉基余等人總結的最小二乘迭代方法求解對應基線端點的三維坐標值，然后將這20組坐標值取平均值作為該基線端點的三維坐標值，最后可以得到兩個基線端點的WGS-84三維坐標值。這里需要注意的是在O觀測文件中選取歷元數據時要注意在每個歷元數據中選取兩個接收機都共有的可見衛星對應的歷元數據，這里主要是考慮到衛星分布的不對稱性及Matlab中輸入矩陣維數的不等性會給基線計算帶來較大誤差，這時我們可以通過人為地選擇特定的衛星及觀測條件好的歷元數據來提高單點定位精度從而提高基線計算精度。在Matlab中編寫算法和輸入提取的數據，運行程序，我們發現在程序中無論運用最小二乘計算方法迭代多少次，最終這兩端點的三維坐標總趨于固定值，分別為：

P1 點：X=-2615097．4983m、Y=4732677．2910m、Z=3371558．4773m

P2 點：X=-2615115．9289m、Y=4732657．5597m、Z=3371550．4177m

3 基線長度計算

根據偽距單點定位計算得到的兩點的坐標數據，按照兩點間距離公式計算得到這個基線的長度為：P1P2=21．39538004764381m。

將兩個GPS接收機的接收數據代入HDS2003數據處理軟件中進行GPS網平差處理，三差解得到的基線長度為23．1101m、雙差解得到的基線長度為22．9100m、整數解得到的基線長度為22．8731m。

4 結論

通過基于偽距單點定位計算得出的基線距離和實測距離相差了1．5m左右，和商用軟件計算出的距離相差1．6m至1．7m左右。實驗方法得到的基線長度的準確度在93%左右，具有較高的準確度，這是在沒有考慮電離層、對流層改正以及周跳、整周模糊度等噪聲誤差的條件下取得的結果，還是具有不錯的精度的。總而言之，這種實驗方法計算基線長度還是具有一定的可行性的，在一定的誤差范圍內基本上可以作為較長基線長度的預估值。

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[3]謝邵峰.觀測衛星選擇對GPS基線解算質量的影響[J].海洋測繪，2005，25(5)：10-12.

張宇，出生年月：1995年10月，性別：男，民族：漢，籍貫：江蘇南京，學歷：本科，作者單位：南京郵電大學。