GNSS精密单点定位技术及应用进展 GNSS精密单点定位技术及应用进展

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摘要:采用精密单点定位技术,并以全球导航卫星系统进行结合,就能够进一步提升其定位的精准性。全球定位导航系统(GNSS)的出现成为当前导航技术及定位技术的重大革命性事件,给测绘行业带来全新的技术突破,真正实现了推动信息技术的有效发展,尤其是针对地理空间信息技术的革命,实现了地球空间信息技术的有效发展。与传统的定位技术相比,该种定位方式精度更高,而且操作更加灵活,因此更能满足用户实际需求,并能保证整体的测算效果能够为各项工作的运转做出保障。

关键词:GNSS;精密单点定位;技术应用

一、精密单点定位特点

大地测量的一个主要内容是确定地球某一点位的位置,其常用的一个方法是GPS 测量。然而与GPS 定位不同,精密单点定位是利用国际GNSS 服务机构(IGS)提供的或自己计算的GPS 精密星历和精密钟差文件,以无电离层影响的载波相位和伪距组合观测值为观测资料,对测站的位置、接收机钟差、对流层天顶延迟以及组合后的相位模糊度等参数进行估计。用户通过一台含双频双码GPS 接收机就可以实现在全球范围内的高精度定位。它的特点在于各站的解算相互独立,计算量远远小于一般的相对定位。精密单点定位与双差定位的主要区别在于:双差定位时部分参数和误差项通过站间和星间求差得以消除,而精密单点定位必须采用精细的模型加以改正并用辅助参数进行估计。

二、GNSS精密单点定位技术基本原理

精密单点定位指的是用户利用一台GNSS接收机的载波相位和测码伪距观测值,采用高精度的卫星轨道和钟差产品,并通过模型改正或参数估计的方法精细考虑与卫星端、信号传播路径及接收机端有关误差对定位的影响,实现高精度定位的一种方法。

单点定位其实就是利用卫星星历以及单一接收机来实现确定固定点坐标体系的一种方法。其实际工作原理是指利用一台接收机进行单独定位,并通过观测组织进行数据处理来满足各项工作的运转。但是,该项工作也有着一定的缺点,因为其精度要求会受系统偏差而导致不良现象的出现,所以这使其定位精度降低。

在进行应用的过程中,该技術却能够在军事领域、资源普查以及低精度导航中实现应用。对于单点定位的几何描述来看,需要保持全球导航卫星系统卫星钟同全球导航卫星系统接收机中同步,这时全球导航卫星系统的卫星接收机就能够同时产生相应的信号,并利用相关技术进行信号传播。但是,这个过程很难实现对

二者的严格同步,所以相关技术的提升就能够有效实现对这种同步误差的消灭。此外,单点定位虽然只是利用一台接收机即可满足各项工作的运转,但是由于其定位结果会受其卫星星历误差而带来的影响,所以这也导致其定位精度相对而言较差一些”。

对于精密单点定位技术来看,会因单点定位技术而带来一定影响,所以为保证降低这种影响,就需要通过精密星历以及精密卫星钟差和高精度载波相位观测值与严密的数学模型进行组合运用,从而才能有效规避其定位效果不良的问题。这时,用户如果只是利用单台全球导航卫星双频双码接收器的观测数据进行应用,那么在数千万平方公里,甚至在全球内其实都能够实现点位平面位置精度的提升,并且其实时定位的精度甚至可以达到分米级别。此外,对于精密单点定位系统的应用来看,最重要的一点内容就是实现IGS提供的精密数据改正技术应用。毕竟,在其产品所供给的内容中,包括了全球卫星系统、卫星星历、地球自转参数以及跟踪站原子钟信息等。因此,利用IGS所提供的精密星历以及卫星钟差就能够实现在实际观测的过程中,给予其高精度的定位,而这时所测算出来的坐标,也能够实现保证其框架的一致性。

三、GNSS精密单点定位技术

1、随着国家真三维基础地理空间基准的建立,不管是静态用户还是动态用户,其实都希望在实际应用的过程中,提高其定位的高精度性。在过去,GPS用户需要通过高精度静态处理软件,并与IGS永久跟踪站进行关联才能够获取高精度的起算坐标。但是,对于很多技术人员来看,想要熟练掌握此类软件并非一件容易的事情。同时,在商用领域中,对于相对定位软件的应用来看,其实只能够处理几十公里以内的基线。但是,采用精密单点定位技术,IGS有多个不同的数据处理中心,这时就能实现利用永久GPS跟踪站的数据来进行使用,并以卫星钟差产品和卫星轨道来实现高精度的计算,这时就能真正实现将数据交由专业人员进行处理,并进一步扩大普通用户的应用范围,从而提升其应用体验,这时基于精密单点定位技术后,就能够实现高精度定位。

2、对于精密单点定位技术的应用来看,它能够通过用户直接购买单台接收机来实现提高静态定位和动态定位的高精度性,而且也能够进一步提高GPS的作业效率。对此,也可以说通过精密单点定位技术,就能有效节约用户的应用成本。与此同时,在未来发展的过程中,全新系统的构建也能够实现为我国二代卫星导航定位系统的建设与应用做好保障,所以这时利用精密单点定位技术,就能够提供更多的可用卫星,这将进一步提高精密单点定位技术的应用精准性和可靠性。毕竟,对于精密单点定位与标准单点定位的应用原理来看,其实具有一致的效果,因为其定位误差是与卫星几何图形强度有关。基于此,当全新的定位系统建成后,空间中可用的卫星是以成倍的速度增加,这时其几何图形强度也会大大提高,其应用效果也会更好。

四、应用GPS 精密单点定位技术展望

精密单点定位(PPP)从原理上讲同普通的标准单点定位没有本质区别,是利用已知的精密卫星轨道与精密卫星钟差,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。目前精密单点定位技术的实现主要是基于GPS 单系统,并且已经实现了静态mm ~ cm级、动态cm ~ dm 级的定位精度。相比单一系统而言,GNSS多系统的集成无论是从连续性、可用性、可靠性、精度以及效率等各方面都更具优势。GPS 和GLONASS 作为两个完全独立的全球卫星导航定位系统,两者的组合可以大大改善卫星的几何图形强度,能显著提高定位系统的自主完备性和精度。90 年代中期,国际GNSS 服务局(IGS)开始向全球提供精密星历和精密卫星钟差产品,这就为非差相位精密单点定位提供了可能。[2]利用GIPSY 软件和IGS 精密星历,同时利用一个GPS 跟踪网的数据确定5s 间隔的卫星钟差,在单站定位方程式中,只估计测站对流层参数、接收机钟差和测站三维坐标的精密单点定位研究思路,通过实验,取得了24h 连续静态定位精度达1 ~ 2cm 的结果,用实测数据证明了利用非差相位观测值进行精密单点定位是完全可行的。

在国内开发了高精度的精密单点定位数据处理软件TriP 软件在算法设计和定位精度方面取得了重大突破,TriP 软件的定位解算精度和可靠性等方面已经达到国际先进水平,是国际上为数不多的精密单点定位软件之一。特别是近年来提出的基于低轨星座的卫星导航或者低轨星座增强的GNSS,由于其几何变化非常快,可能能够从根本上解决PPP快速初始化的问题。

参考文献

[1] 高世葵,朱文丽.GNSS非组合精密单点定位算法及其电离层应用研究[D].武汉:中国科学院测量与地球物理研究所,2018.

[2] 李根生,沈忠厚,苏新亮,基于精密单点定位技术的航空测量应用实践[J].武汉大学学报(信息科学版),2019,31(1):16.

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