區(qū)域CORS 系統(tǒng)的定位精度分析

江蘇省測繪工程院 丁玉平 許友清

區(qū)域CORS 系統(tǒng)的定位精度分析

江蘇省測繪工程院 丁玉平 許友清

一、引 言

區(qū)域CORS系統(tǒng)是在一定區(qū)域內(nèi)建立多個連續(xù)運行參考站，對該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋，并以這些參考站的一個或多個為基準(zhǔn)，計算和播發(fā)誤差改正信息，對該地區(qū)的衛(wèi)星定位用戶進(jìn)行實時改正。近年來，隨著CORS系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展及良好的應(yīng)用前景，國內(nèi)外掀起了CORS系統(tǒng)建設(shè)的高潮。江蘇省全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運行參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)(JSCORS)是國內(nèi)首個建成的省域CORS系統(tǒng)，通過建設(shè)72個連續(xù)運行參考站，從而建立一個高精度、高時空分辨率、高效率的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)綜合信息服務(wù)網(wǎng)。系統(tǒng)可提供多種精度、多種模式的導(dǎo)航定位服務(wù)。系統(tǒng)建成后，其定位的精度、穩(wěn)定性及可靠性是系統(tǒng)運行過程中最為關(guān)鍵的問題。因此，本文結(jié)合JSCORS系統(tǒng)，在簡要分析影響CORS系統(tǒng)定位精度的因素的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)定位的精度和穩(wěn)定性進(jìn)行探討。

二、影響JSCORS系統(tǒng)定位精度的因素

JSCORS系統(tǒng)的定位精度除受到信號傳播誤差、軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以及多路徑效應(yīng)的影響外，還受到定位參考框架的選擇、參考站坐標(biāo)解算過程中IGS跟蹤站的選取，以及流動站在參考站網(wǎng)中的位置、觀測時段及衛(wèi)星分布情況、系統(tǒng)定位算法的優(yōu)劣等影響。

對于影響CORS系統(tǒng)定位的部分誤差，可以利用差分技術(shù)進(jìn)行消除或削弱。雙差殘余誤差有衛(wèi)星軌道誤差、電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應(yīng)及觀測噪聲等。其中，衛(wèi)星軌道誤差、電離層延遲和對流層延遲經(jīng)差分后被減小。不少文獻(xiàn)在對這些誤差的減弱或消除方面作了大量的研究。

CORS系統(tǒng)的定位算法中主要有 VRS、MAC、FKP和CBI等。JSCORS系統(tǒng)的定位算法采用Leica的主輔站技術(shù)，是對各參考站的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理后再播發(fā)改正信息給流動站，所以流動站和參考站網(wǎng)之間的相對位置關(guān)系以及所采用的插值算法對流動站的定位精度也有一定的影響。為使流動站坐標(biāo)信息更具有實用性，JSCORS的坐標(biāo)系統(tǒng)采用江蘇省C級網(wǎng)框架下的WGS-84大地坐標(biāo)系(ITRF 93框架，1996.35歷元)，選擇 ITRF 93框架相比ITRF 2005框架對精度有一定的損失。另外，定位解算中使用地方坐標(biāo)系，需要以一定的轉(zhuǎn)換參數(shù)將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到所需的地方坐標(biāo)系下，而轉(zhuǎn)換參數(shù)受參考站的點位誤差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算方法等因素的影響，導(dǎo)致流動站的定位精度因選取轉(zhuǎn)換參數(shù)的不同會造成在同一測站點定位精度的不同。

三、JSCORS系統(tǒng)定位精度分析

JSCORS提供實時定位和事后精密定位兩種定位服務(wù)。實時定位是利用流動站每10個歷元的觀測數(shù)據(jù)解算得到流動站坐標(biāo);事后精密定位是利用流動站的觀測數(shù)據(jù)和參考站的原始觀測數(shù)據(jù)的聯(lián)合解算得到流動站坐標(biāo)。為檢驗系統(tǒng)的定位精度、穩(wěn)定性及可靠性，系統(tǒng)定位精度檢驗采用坐標(biāo)比較的方式進(jìn)行，即將已知坐標(biāo)作為真值，利用觀測值與真值的差值進(jìn)行分析。

1.實時定位精度檢驗

實時定位采用靜態(tài)檢測的方法，利用JSCORS的網(wǎng)絡(luò)RTK功能來實現(xiàn)實時定位，JSCORS系統(tǒng)將流動站的觀測數(shù)據(jù)每10個歷元進(jìn)行一次解算以獲得流動站的坐標(biāo)值，并求解流動站坐標(biāo)的內(nèi)、外符合精度(已知點是基于江蘇省C級網(wǎng)下的WGS-84坐標(biāo))。實時定位精度檢驗選取周圍觀測環(huán)境良好(四周開闊無遮擋、無電磁波信號干擾等)的點作為試驗點。觀測時段為上午 9:00—12:00、下午15:00—17:50，測試結(jié)果如表1所示。

從表1可知，各試驗點N、E方向的內(nèi)符合精度優(yōu)于±1 cm，H方向精度較N、E方向的低，基本在±4 cm以內(nèi);外符合精度在N、E、H三個方向的分布與內(nèi)符合精度相似，在N、E方向上優(yōu)于±5 cm，但H方向精度較差。試驗結(jié)果符合江蘇省測繪局發(fā)布的JSCORS工程技術(shù)指標(biāo)。

表1 實時定位試驗點內(nèi)外符合精度統(tǒng)計表 m

2.事后定位精度檢驗

JSCORS系統(tǒng)可以提供精密的坐標(biāo)參考，系統(tǒng)將流動站的觀測數(shù)據(jù)與參考站的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行事后聯(lián)合數(shù)據(jù)處理，以獲得高精度的流動站的坐標(biāo)信息。為檢驗JSCORS系統(tǒng)事后定位解算的精度，采用2009年1月1日全天的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，分別采用1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、24 h 的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解算。星歷采用IGS最終精密星歷，并對參考站坐標(biāo)實施強約束(0.001 m)，各時段解算的流動站的坐標(biāo)與已知值的差值及其精度分別如圖1、圖2所示。

圖1 流動站坐標(biāo)差值與觀測時段之間的關(guān)系圖(精密星歷)

圖2 流動站坐標(biāo)精度與觀測時段之間的關(guān)系圖(精密星歷)

由圖1、圖2可知，隨著參與計算的觀測時間(即參與計算的觀測數(shù)據(jù)量)的延長，流動站的定位精度也隨之變高。當(dāng)參與解算的時間超過1 h時，流動站坐標(biāo)在三個方向上的差值均小于1 cm，定位精度優(yōu)于±5 mm;當(dāng)參與解算的時間超過2 h時，流動站坐標(biāo)在三個方向上的差值均小于6 mm，定位精度優(yōu)于±2 mm，且解算精度趨于平緩。

四、結(jié)束語

本文通過對CORS系統(tǒng)定位精度的影響因素分析，采用靜態(tài)檢測的方式對JSCORS系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的流動站的定位精度、穩(wěn)定性進(jìn)行了檢驗。檢驗結(jié)果表明，JSCORS系統(tǒng)流動站實時定位，N、E方向的內(nèi)符合精度較高，一般在±(0.2～1)cm之間，H方向精度較N、E方向的低，一般在±(1～4)cm之間。實時定位服務(wù)可應(yīng)用于車輛導(dǎo)航、施工放樣及大比例尺測圖等方面。JSCORS系統(tǒng)定位事后解算的結(jié)果表明，參數(shù)解算的時間超過1 h的精度即可達(dá)到±5 mm，系統(tǒng)定位精度隨觀測時間的延長有明顯的提高;當(dāng)參與解算的時間超過±2 h后，精度提高已趨于平緩。事后解算服務(wù)可應(yīng)用于大地測量、城市地面沉降監(jiān)測等方面。

(本專欄由徠卡測量系統(tǒng)和本刊編輯部共同主辦)