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摘要：随着科学计算的飞速发展，IGS实时数据流产品被研发出来，本文主要对实时精密单点定位技术进行研究，并将其利用到GPS远海验潮的应用当中。对于RTS修正卫星轨道与钟差的精度进行分析，提出了实时精密单点数据处理措施。以压力式验潮仪数据作为依据，开展渤海湾船载GPS驗潮实验，实验结果表明，数据流产品实时卫星轨道测量在X、Y、Z方向精度均高于3cm，钟差精度优于0.15ns，在不考虑船体姿态校正的情况下，实时精密单点定位与压力式验潮相比，在结果上的最大偏差要优于20cm，RMS为7.5cm。
关键词：实时精密单点定位；远海；GPS
引言
潮汐数据属于海洋资源、海洋科学研究中十分重要的内容。在GPS技术不断发展的背景下，在远海验潮、海平面动态监测等多个方面得到了广泛应用。现阶段，RTK验潮理论和算法得到了不断的完善和优化，但受到数据通信链路的影响，使其有效作用只能保持在15km范围内，很难适用于远距离的海域潮汐观测当中。而后，IGS实时数据流产品的研发极大的促进了RT-PPP技术的发展，使其能够在RTS技术的基础上，实现实时水汽提取等功能，为本文的研究提供了技术上的借鉴与参考。
1.基于RT-PPP的实时GPS验潮方法
1.1IGS产品的质量分析
在IGS组织中研发的实时数据流产品，主要是与卫星轨道、钟差相对应的改正数，包括星固系下卫星径向、法向坐标、切向坐标等修正值，广播星历计算的卫星坐标属于地固系，因此需要对其坐标的修正值进行转变，使其能够与地固系相适应。
（1）通过卫星的速度、位置等对卫星轨道的切向、径向、法向等单位向量进行计算，计算方式如下：
式中，ea代表卫星的径向单位量；r代表的是广播星历下的卫星位置向量；代表的是广播星历下的卫星速度向量。在地固系下，卫星轨道坐标的改正数为公式：
式中，X代表的是地固系下，卫星轨道的三维空间坐标改正数；dr代表的是星固系下的径向；da代表的是星固系下的切向；dc代表的是星固系下的法向坐标修正值。
（2）对广播星历下卫星坐标轨道进行修正，采用RTS的方式，明确地固系下的卫星坐标，公式为：
式中，Xorbit代表的是改正后的卫星坐标；Xbroadcast代表的是广播星历下的卫星坐标。将钟差改正数与广播星历下的钟差数值相加后，便能够得出精密卫星钟差，计算方式为：
式中，△t代表的是修正后的卫星钟差，tbroadcast代表的是广播星历下的钟差；dc代表的是产品所带的钟差修正数；C代表的是光速。
在本文的研究过程中，采用BNC的方式，对IGD中心的IGS01实时数据流产品信息进行接收。使用以上计算方式，对地固系下的卫星钟差进行计算，并且将IGS最终轨道以及钟差产品作为评价标准，对经过RTS改正后的实时卫星轨道、钟差精度进行评估[1]。
1.2基于RTS改正的RT-PPP
实现RT-PPP的重点在于实时卫星轨道、钟差产品，在利用GPS接收机对数据信息进行获取的过程中，通过上文所介绍的计算方式，能够对实时卫星轨道、钟差数据进行分析。在现有PPP软件的基础上，在RTS改正的基础上又加入了实时卫星模块，具体的措施为：利用双频消电离层组合观测模型，对电离层折射中的一阶项产生作用，使用RTS对卫星坐标、钟差等进行校正，并亲切在每个历元中设置相应的数值。在接收机当中，采用三维坐标对动态数据进行评估，通过Saastamoinen模型的方式，对气象数据进行计算，通过GMF模型绘制函数曲线，对任意段落的参数进行设置，并且通过随机游走的方式，对动态变化进行模拟。同时，还能够对周围水汽分布的情况进行分析，将大气水平梯度参数引入其中，通过地球自转、公转等对现有精确模型进行修正。最后，采用最小二乘法计算接收机钟差、坐标等参数，确定GPS接收天线的位置。
2.验潮实验与结果分析
2.1数据采集
在RT-PPP基础上，为了提升远海实时GPS验潮精度和应用效果，在2015年9月在我国的渤海湾地区进行了验潮实验。在海上地震勘测生活母船中进行观测，将Trimble R7双频接收机安装其中，对船载动态GPS进行观测，数据采样率为1s，高度角为10°；同时，通过BNC软件的方式对IGS01中发布的实时数据流产品进行接收，并在广播星历下对卫星钟差、坐标等进行改正，获得最终钟差与卫星轨道信息。基于此，利用RT-PPP技术对船舶所处的瞬时潮位实时信息进行提取。将获取的测试结果精度进行对比与评估，并且在船舶的旁侧设置压力式验潮仪，对海面的高度进行同步检测，并且测试随着时间的改变而产生的动态变化，数据采样率为1min[2]。
2.2数据处理与结果分析
2.2.1瞬时海面高度的对比
利用RT-PPP技术，对IGS发布信息以及IGS01实时数据流进行分析，对船载GPS观测数据进行有效的处理，并且对RT-PPP处理结果与压力式验潮仪结果进行对比，以此来验证RT-PPP技术的检验精度。
首先，充分利用IGS01中的实时数据流产品、钟差数据等信息，对GPS接收机天线中的时间序列进行获取，并且与天线相位中心、与其到海面上的距离相结合。在上述过程当中，没有对船体的姿态进行校正，主要是由于参与实验的船只为生活母船，长度为63m，宽度为13m，排水量为15×105kg，船只的吨位较大，在锚定的状态下，船体的姿态变化较小，使用EGM2008模型对高程进行计算以后，将大地高结果向瞬时海面正常高度之间进行转换，对结果进行标注，分别为H-IGS01与H-IGU，然后利用IGR星历与钟差产品，对船载GPS观测数据进行PPP处理，此种方式也能够对海面的瞬时正常高差时间序列进行获取，并将最终的计算结果记录为H-IGR。
由于受到压力式验潮仪的影响，测试所得到的结果为海底深度数据，要想对海面的高程值进行计算，需要利用验潮仪对当前海底的高度进行计算。在本文中使用RTK技术，对瞬时海面的高度进行计算，然后排除相同观测时间背景下的验潮结果，最终得出的结果即为正常情况下的海底高度。再经过长达24小时的连续性观测以后，将取得的所有海底正常高度观测值的平均值相结合，也就是利用验潮仪对海底正常的高度差进行检测后所得结果，在海底高度差的基础上，与深度观测值相上后，便能够得出瞬时海面上的正常时间序列[3]。
2.2.2在傅里叶低通滤波基础上的潮位信息提取
利用PPP技术对瞬时海面潮位、波浪等信息进行提取以后，为了获取到综合潮位信息，需要对结果进行综合化分析，将波浪对潮汐观测产生的干扰排除。在本文中主要采用IGS01产品的方式，对压力式验潮仪、PPP测试结果进行分析，然后对海面上的正常高时间序列滤波进行处理，使波浪等短期影响因素比排除，最终对潮位的准确信息进行有效提取。
结束语
综上所述，通过实验结果能够表明，数据流产品实时卫星轨道测量在X、Y、Z方向精度均高于3cm，钟差精度优于0.15ns，在不考虑船体姿态校正的情况下，实时精密单点定位与压力式验潮相比，在结果上的最大偏差要优于20cm，RMS为7.5cm。
参考文献：
[1]李圳，章传银，单瑞，等. 基于精密单点定位技术的远程 GPS 验潮[J]. 全球定位系统，2016，41（4）：53-58.
[2]丁超，周兴华，王朝阳，等. 基于星间历元间差分的精密单点定位研究[J]. 海洋测绘，2016，36（5）：51-53.
[3]李杰. GPS潮汐测量及应用[D]. 国家海洋局第一海洋研究所，2015.
关键词：实时精密单点定位；远海；GPS
引言
潮汐数据属于海洋资源、海洋科学研究中十分重要的内容。在GPS技术不断发展的背景下，在远海验潮、海平面动态监测等多个方面得到了广泛应用。现阶段，RTK验潮理论和算法得到了不断的完善和优化，但受到数据通信链路的影响，使其有效作用只能保持在15km范围内，很难适用于远距离的海域潮汐观测当中。而后，IGS实时数据流产品的研发极大的促进了RT-PPP技术的发展，使其能够在RTS技术的基础上，实现实时水汽提取等功能，为本文的研究提供了技术上的借鉴与参考。
1.基于RT-PPP的实时GPS验潮方法
1.1IGS产品的质量分析
在IGS组织中研发的实时数据流产品，主要是与卫星轨道、钟差相对应的改正数，包括星固系下卫星径向、法向坐标、切向坐标等修正值，广播星历计算的卫星坐标属于地固系，因此需要对其坐标的修正值进行转变，使其能够与地固系相适应。
（1）通过卫星的速度、位置等对卫星轨道的切向、径向、法向等单位向量进行计算，计算方式如下：
式中，ea代表卫星的径向单位量；r代表的是广播星历下的卫星位置向量；代表的是广播星历下的卫星速度向量。在地固系下，卫星轨道坐标的改正数为公式：
式中，X代表的是地固系下，卫星轨道的三维空间坐标改正数；dr代表的是星固系下的径向；da代表的是星固系下的切向；dc代表的是星固系下的法向坐标修正值。
（2）对广播星历下卫星坐标轨道进行修正，采用RTS的方式，明确地固系下的卫星坐标，公式为：
式中，Xorbit代表的是改正后的卫星坐标；Xbroadcast代表的是广播星历下的卫星坐标。将钟差改正数与广播星历下的钟差数值相加后，便能够得出精密卫星钟差，计算方式为：
式中，△t代表的是修正后的卫星钟差，tbroadcast代表的是广播星历下的钟差；dc代表的是产品所带的钟差修正数；C代表的是光速。
在本文的研究过程中，采用BNC的方式，对IGD中心的IGS01实时数据流产品信息进行接收。使用以上计算方式，对地固系下的卫星钟差进行计算，并且将IGS最终轨道以及钟差产品作为评价标准，对经过RTS改正后的实时卫星轨道、钟差精度进行评估[1]。
1.2基于RTS改正的RT-PPP
实现RT-PPP的重点在于实时卫星轨道、钟差产品，在利用GPS接收机对数据信息进行获取的过程中，通过上文所介绍的计算方式，能够对实时卫星轨道、钟差数据进行分析。在现有PPP软件的基础上，在RTS改正的基础上又加入了实时卫星模块，具体的措施为：利用双频消电离层组合观测模型，对电离层折射中的一阶项产生作用，使用RTS对卫星坐标、钟差等进行校正，并亲切在每个历元中设置相应的数值。在接收机当中，采用三维坐标对动态数据进行评估，通过Saastamoinen模型的方式，对气象数据进行计算，通过GMF模型绘制函数曲线，对任意段落的参数进行设置，并且通过随机游走的方式，对动态变化进行模拟。同时，还能够对周围水汽分布的情况进行分析，将大气水平梯度参数引入其中，通过地球自转、公转等对现有精确模型进行修正。最后，采用最小二乘法计算接收机钟差、坐标等参数，确定GPS接收天线的位置。
2.验潮实验与结果分析
2.1数据采集
在RT-PPP基础上，为了提升远海实时GPS验潮精度和应用效果，在2015年9月在我国的渤海湾地区进行了验潮实验。在海上地震勘测生活母船中进行观测，将Trimble R7双频接收机安装其中，对船载动态GPS进行观测，数据采样率为1s，高度角为10°；同时，通过BNC软件的方式对IGS01中发布的实时数据流产品进行接收，并在广播星历下对卫星钟差、坐标等进行改正，获得最终钟差与卫星轨道信息。基于此，利用RT-PPP技术对船舶所处的瞬时潮位实时信息进行提取。将获取的测试结果精度进行对比与评估，并且在船舶的旁侧设置压力式验潮仪，对海面的高度进行同步检测，并且测试随着时间的改变而产生的动态变化，数据采样率为1min[2]。
2.2数据处理与结果分析
2.2.1瞬时海面高度的对比
利用RT-PPP技术，对IGS发布信息以及IGS01实时数据流进行分析，对船载GPS观测数据进行有效的处理，并且对RT-PPP处理结果与压力式验潮仪结果进行对比，以此来验证RT-PPP技术的检验精度。
首先，充分利用IGS01中的实时数据流产品、钟差数据等信息，对GPS接收机天线中的时间序列进行获取，并且与天线相位中心、与其到海面上的距离相结合。在上述过程当中，没有对船体的姿态进行校正，主要是由于参与实验的船只为生活母船，长度为63m，宽度为13m，排水量为15×105kg，船只的吨位较大，在锚定的状态下，船体的姿态变化较小，使用EGM2008模型对高程进行计算以后，将大地高结果向瞬时海面正常高度之间进行转换，对结果进行标注，分别为H-IGS01与H-IGU，然后利用IGR星历与钟差产品，对船载GPS观测数据进行PPP处理，此种方式也能够对海面的瞬时正常高差时间序列进行获取，并将最终的计算结果记录为H-IGR。
由于受到压力式验潮仪的影响，测试所得到的结果为海底深度数据，要想对海面的高程值进行计算，需要利用验潮仪对当前海底的高度进行计算。在本文中使用RTK技术，对瞬时海面的高度进行计算，然后排除相同观测时间背景下的验潮结果，最终得出的结果即为正常情况下的海底高度。再经过长达24小时的连续性观测以后，将取得的所有海底正常高度观测值的平均值相结合，也就是利用验潮仪对海底正常的高度差进行检测后所得结果，在海底高度差的基础上，与深度观测值相上后，便能够得出瞬时海面上的正常时间序列[3]。
2.2.2在傅里叶低通滤波基础上的潮位信息提取
利用PPP技术对瞬时海面潮位、波浪等信息进行提取以后，为了获取到综合潮位信息，需要对结果进行综合化分析，将波浪对潮汐观测产生的干扰排除。在本文中主要采用IGS01产品的方式，对压力式验潮仪、PPP测试结果进行分析，然后对海面上的正常高时间序列滤波进行处理，使波浪等短期影响因素比排除，最终对潮位的准确信息进行有效提取。
结束语
综上所述，通过实验结果能够表明，数据流产品实时卫星轨道测量在X、Y、Z方向精度均高于3cm，钟差精度优于0.15ns，在不考虑船体姿态校正的情况下，实时精密单点定位与压力式验潮相比，在结果上的最大偏差要优于20cm，RMS为7.5cm。
参考文献：
[1]李圳，章传银，单瑞，等. 基于精密单点定位技术的远程 GPS 验潮[J]. 全球定位系统，2016，41（4）：53-58.
[2]丁超，周兴华，王朝阳，等. 基于星间历元间差分的精密单点定位研究[J]. 海洋测绘，2016，36（5）：51-53.
[3]李杰. GPS潮汐测量及应用[D]. 国家海洋局第一海洋研究所，2015.