GPS非差相位精密单点定位技术探讨(2)

第3期　　　　　　　　　　　　刘经南等:GPS非差相位精密单点定位技术探讨　　　　　　　　　　　　　　235

的卫星钟差改正估计等问题。由于精密卫星钟差改正估计问题较为复杂,笔者将另文阐述。另外,IGS目前提供的卫星精密星历精度为35cm,精密

单点定位可采用直接内插IGS卫星精密星历的方法得到卫星轨道参数,然后利用它与若干个IGS跟踪站数据进行卫星钟差估计,再进行非差

二乘法或卡尔曼滤波的方法进行解算。1.2　精密单点定位的误差改正

在精密单点定位中,除了考虑电离层、对流层等误差影响外,还要考虑卫星天线相位中心偏差、固体潮、海洋负荷的影响。1.2.1　卫星天线相位中心偏差改正

精密单点定位。此方法既避免了复杂的定轨计算,又可以很方便地估计所需采样率的卫星钟差

(仅受IGS跟踪站数据采样率的限制),因此有更强的实际应用价值。1.1　数学模型

由于GPS卫星定轨时利用的力模型都是对

应卫星质心的,因此在IGS精密星历中卫星坐标及卫星钟差都是相应于卫星质心而不是相应于卫星天线相位中心的,而GPS观测值是相应于卫星。一般来说,,在精,,。在星固系中,1所表1　星固系中卫星天线相位偏差/m

Tab.1　TheSatellites’AntennaPhaseCenterOffsetinSatelliteFixedReferenceFrame/m卫星类型

BlockII/IIABlockIIR

在精密单点定位中,本文方法是利用钟差估计值消去卫星钟差项,并且采用双频观测值消除了电离层影响,其观测值误差方程如下:

jjj

δρvp(i)=ρ(i)+c t(i)+δtrop(i)-　　　Pj(i)+εvΦ(i)=ρ(i)c((i+

λ N)λ Φj(i)+ε　　　Φ

(2)

j

j

式中,j为卫星号;i为相应的观测历元;c为真空

jρ中光速;δt(i)为接收机钟差;δtrop为对流层延迟ε影响;ε观测噪声等未模型化的误Φ为多路径、p、Φ(i)为相应卫星i历元的消除差影响;P(i)、

j

了电离层影响的组合观测值,而vjp(i)、vΦ(i)为j

(i)为信号发射其观测误差,λ为相应的波长;ρ

j

j

δX

0.2790.000

δY

0.0000.000

δZ

1.0230.000

1.2.2　固体潮改正

时刻的卫星位置到信号接收时刻接收机位置之间的几何距离;Nj(i)为消除电离层影响的组合观测值的整周未知数。

将式(1)、式(2)线性化得:

V(i)=AX(i)+L(i)

(3)

Nj]T

(4)

固体潮与海洋潮汐产生的原因相同。天体

(太阳、月球)对弹性地球的引力作用,使地球固体表面产生周期性的涨落,且使地球在地心与天体的连线方向上拉长,在与连线垂直方向上趋于扁平,由和纬度相关的长期项与周期分别为0.5d和1d的周期项组成。在GPS双差相对定位中,对于短基线(<100km)其影响可以不考虑,对于数千km的长基线,有几cm的误差,精密处理中需要考虑。对于精密非差单点定位,由于不能利用站间差分的方法消除,其影响在径向大约有30cm,在水平方向约有5cm[4],必须利用模型加以改正。

1.2.3　海洋负荷改正

ρX(i)=[xyzδtδtrop

式中,A为相应的设计矩阵;L(i)为相应的观测值减去概略理论计算值得到的常数项;X(i)为待

估计参数;x、y、z为三维位置参数;δt为接收机

jj

ρ钟差参数;δtrop为对流层延迟参数;N为整周未

知数参数,j=1,2,…,n。

在解算时,位置参数在静态情况下可以作为常未知数处理;在未发生周跳或修复周跳的情况

下,整周未知数当作常数处理;在发生周跳的情况下,整周未知数当作一个新的常数参数进行处理。由于接收机钟较不稳定,且存在着明显的随机抖动,因此将接收机钟差参数当作白噪声处理;而对流层影响变化较为平缓,可以先利用Saastamonen或其他模型改正,再利用随机游走的方法估计其残余影响。单历元数据可以采用最小二乘法解算得到最后结果,多个历元数据可以采用序贯最小

海洋负荷对精密单点定位的影响结果与固体潮的一致,但比固体潮小一个量级。海洋负荷主要由日周期与半日周期部分组成。对于单历元,定位精度要求亚m级或24h观测时间的cm级静态定位,可以不考虑海洋负荷的影响。对于亚m级动态定位或观测时间短于24h的cm级静态定位,必须顾及海洋负荷的影响,除非测站远离海岸线(>1000km)[4]。