浅析GPS精密单点定位技术

摘要：GPS精密单点定位一般是采用单台双频GPS接收机，利用IGS提供的精密星历和卫星钟差，基于载波相位观测值进行的高精度定位。观测值中的电离层延迟误差通过双频信号组合消除，对流层延迟误差通过引入未知参数进行估计。

关键词：GPS精密单点定位 单台双频 IGS

中图分类号：P228.4文献标识码： A 文章编号：

精密单点定位技术

精密单点定位是在20世纪70年代美国子午卫星时代针对Doppler精密单点定位提出的概念，即后来的非差相位单点定位。但由于在定位估计模型中需要同时估计每一历元的卫星钟差，接收机钟差，对流层延迟，所见卫星的相位模糊度参数和测站的三维坐标，待估参数太多，估计方程是秩亏的，基本无法提出解决方案，所以暂时搁置了起来。后来，由于GPS双差观测值的实现在作业时至少得有一台接收机置于己知站上观测，影响了作业效率，提高了作业成本。另外随着距离的增加，对流层延迟、电离层延迟等误差相关性减弱，必须相应地延长观测时间，才能达到预期的精度，加之90年代中期，国际GPSIGS站开始向全球提供精密星历和精密卫星钟差产品。所以，近年来，许多研究GPS的学者为了提高GPS定位精度，开始对单点定位做深入地研究。

早在1995年，在美国科罗拉多大学举行的IUGG大会上，美国喷气动力实验室(JPL)宣称他们用GIPSY计算出来的GPS单点定位的内符合精度已达到cm级。 1997年 ZumbegerJF等人提出用高精度的GPS卫星星历和卫星钟钟差，以及双频载波相位观测值，采用非差相位模型来进行单点定位。其单天解的精度，在水平方向上士1cm，高程方向上士2cm。

GPS精密单点定位的基本原理：

GPS精密单点定位一般是采用单台双频GPS接收机，利用IGS提供的精密星历和卫星钟差，,综合考虑各项误差的精确模型改正 ,利用非差载波相位观测值实现单机精密绝对定位的 方法。

观测方程为：

(2.1)

上式中 分别为伪距和载波相位观测值，为GPS和接收机的几何距离。

两种常见的定位模型比较

传统模型：

传统的无电离层组合模型是采用双频GPS伪距和载波相位观测值组合来构成观测模型，这种模型是减弱电离层影响最有名的公式，Zumberge和Kouba等人都采用这种组合作为精密单点定位的函数模型。其方法为，通过建立L1和L2的相位，伪距的组合；

(3.1)

上面所涉及的整周模糊度都为L1，L2的线性组合，且均为实数解。

该法缺点：

该模型并非完全与电离层无关，不能消除高阶电离层的影响；

该模型测量噪声是组合前的3倍多，还混合了很多其他的未建模的误差， 在厘米级;

整周模糊度不能整数确定。

为上述观测方程提供精密轨道和钟差后，结果为：

(3.2)

该方程包括三个量：接收机钟差，对流层影响以及各卫星的整周模糊度参数.

传统模型的主要误差源：卫星轨道误差、卫星钟差、对流层误差、电离层误差、噪声影响、多路径效应等。总计影响为，载波相位测量小于9cm,码相关小于32cm。

改进模型：

由于传统模型的缺点，缩小收敛速度的条件就是数量少的未知量和较低的观测噪声。

在这里讨论一种新的P1-P2-CP观测模型。

码相位模型：具有相同频率的码和载波相位观测量的电离层影响值相同，符号相反，所以，它们之和便不受电离层影响。

关于码和相位观测的方程式如下：

(3.3)

(3.4)

该方法的优点：减少了测量噪声误差，加快了收敛速度。

为上述观测方程提供精密轨道和钟差后，结果为：

(3.5)

优点：较低的残差水平，最大的收获是L1和L2的整周模糊度可以分别确定。

两种模型的误差比较为无电离层码组合模型和码相位组合模型的卫星轨道误差、卫星钟差、对流层误差、电离层误差、均为同一量级。但是无电离层码组合模型的噪声影响较大。总计为：无电离层码组合模型小于32 cm，码相位组合模型小于10 cm。

传统模型和P1-P2-CP模型的比较：

传统模型的观测量为两组卫星的码和载波相位，噪声为原始观测的3倍，模糊度为L1/L2组合模糊度，并且为实数解，未知参数为三维坐标，对流层天顶距延迟，接收机钟差和整周模糊度。

P1-P2-CP模型的观测量为三组卫星的两组码和一组载波相位，噪声为原始观测的1/2倍，模糊度为整数解并且均可求出，未知参数为三维坐标，对流层天顶距延迟，接收机钟差和2倍整周模糊度。

参考文献：

[1] Xiaobing. Shen Improving Ambiguity Convergence in Carrier Phase-based Precise Point Positioning [J] UCGE Reports Number 20170

[2]刘振宇.浅谈GPS精密单点定位技术[J].才智，2010(15),45-46

[3],熊永良.GPS星历精度对精密单点定位的影响[J].测绘科学，2009（2），34

作者简介：孙洋洋（1988-）女，汉族，陕西西安人，长安大学地质工程与测绘学院，大地测量与测量工程专业，2010级硕士研究生。