GPS精密單點定位數(shù)據(jù)處理分析

李鵬

[摘要]在信息技術(shù)快速發(fā)展的過程中，GPS研究領(lǐng)域中的GPS精密單點定位技術(shù)是當(dāng)前一項研究的熱點。本文就GPS精密單點定位數(shù)據(jù)處理進行簡單分析。

[關(guān)鍵詞]GPS精密單點 定位 數(shù)據(jù)處理

[中圖分類號] N37 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-149-2

0前言

在過去的GPS應(yīng)用中，采用都是相對定位的操作方式進行應(yīng)用。在使用的過程中通過組成觀察兩者之間出現(xiàn)的數(shù)值，消除各部分之間產(chǎn)生的差值影響，以此來達到高精度的目的。在使用這種方式的過程中，不會將復(fù)雜的誤差模型應(yīng)用在內(nèi)。通常指需要采用簡單的模型進行精度定位就可以。但是，相較于目前應(yīng)用GPS的實際情況來看，依然存在著不少的問題。在作業(yè)的過程中之應(yīng)用一臺接收裝置盡心觀測，對作業(yè)的效率造成影響，同時還使得作業(yè)才成本相應(yīng)增加。在條件不同的情況，影響也各不相同。GPS精密單點定位能夠有效克服這方面的問題。同時還能夠直接應(yīng)用，有效解決問題，使得其應(yīng)用范圍前景非?？捎^。

1 GPS精密單點定位原理與數(shù)學(xué)模型

了解GPS精密單點定位原理與數(shù)學(xué)模型。這兩方面的認識是開展相關(guān)研究活動的前提。

1.1 GPS精密單點定位原理

精密單點定位（PrecisePointPositioning）研發(fā)的起源是絕對定位思想[1]。但是精密單點定位相較于常規(guī)的絕對定位具有一定的不同之處。精密單點定位進行定位計算的坐標與鐘差主要來源于國際GNSS服務(wù)機構(gòu)IGS提供的相對精度較高的衛(wèi)星軌道信息與鐘差信息。在使用的過程中出需要應(yīng)用到觀測值，還需要使用載波相位觀測值。與此同時，在誤差處理的過程中相較于其他的絕對定位思想存在一定的不同之處。在誤差數(shù)據(jù)處理的過程中，精密單點定位利用各種模型將觀測值進行組合，進而小若或者完善其中產(chǎn)生的誤差。

1.2 GPS精密單點定位數(shù)學(xué)模型

首先，傳統(tǒng)模型。在GPS精密單點定位過程中所應(yīng)用到的傳統(tǒng)模型主要采用的載波相位與雙頻GPS觀測點離層，進行組合觀測模型。傳統(tǒng)模型組成的共識公示通常是該領(lǐng)域最有名的公式。將這種模型的公式進行簡化如下所示：

其次，UofC 模型。加拿大 Calgary 大學(xué)的高揚于2002 年提出的 UofC 模型與傳統(tǒng)模型不太一樣，除了采用無電離層相位組合外，還分別采用 L1和 L2頻率的碼和相位平均形式的組合（這種組合形式同樣也減低了電離層的影響）。其觀測模型的簡化形式如下：

最后，無模糊度模型。與上述兩種模型不同，這種模型采用無電離層偽距組合觀測值和歷元間差分的載波相位觀測值（對前、后歷元的無電離層相位組合觀測值求差）。由于歷元間的差分處理，模型中的模糊度項被消除，不必再考慮模糊度的估計。其觀測模型的簡化形式如下：

2 GPS精密單點定位的 3 種模型比較

在實際應(yīng)用的過程中發(fā)現(xiàn)，相較于三種模型產(chǎn)生的不同結(jié)果，傳統(tǒng)模型在實際應(yīng)用的過程中，應(yīng)用范圍和應(yīng)用頻率更為明顯。相較于其他的幾種模型，傳統(tǒng)模型能夠消除一階電離層與衛(wèi)星TGD的延遲影響。在觀測衛(wèi)星的過程中，假設(shè)傳統(tǒng)模型觀測到N顆衛(wèi)星，則觀測方程式觀測到的就是2N可衛(wèi)星。當(dāng)衛(wèi)星出現(xiàn)在對流層進行反射的過程中，模型就會對其進行修正，進而就會使得未知參數(shù)變?yōu)?+N，也就是包含了3個不同位置的參數(shù)、一個單獨的接收機參數(shù)以及N個模糊度參數(shù)。在觀測的過程中將對流層的延遲觀測作為未知參數(shù)，那么利用相應(yīng)的模型觀測到的未知參數(shù)個數(shù)為5+N。但是，在應(yīng)用的過程中同時還發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)模型存在一定的缺陷。其主要表現(xiàn)在這么幾點上。首先，通過方程2.2-2得出的無電離層相位組合參數(shù)的模糊度只能作為未知的參數(shù)進行估計，不能將其作為一個既存的實數(shù)進行驗證。正是這種原因使得該位置參數(shù)不能將模糊度的特性應(yīng)用于其中，未知參數(shù)也只能依據(jù)觀測到的幾何形轉(zhuǎn)變化進行變化或者逐漸收斂。其次，在觀測中發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)模型并不能有效消除高階電離層的延遲影響。再次，在組合觀測的過程中，會發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生巨大的噪聲。在噪聲產(chǎn)生的過程中，會將高階狄那里蹭到延遲影響以及未被模型化的誤差并入到所產(chǎn)生的誤差中，其中上文中所列出的（2.2-1）與（2.2-2）中的所觀測的噪聲項通常都是原始載波相位觀測噪聲的3倍多。在觀測的過程中，如果噪聲越大，則各個收斂處的誤差也就會越大，時間越長收集到的誤差也就會越大。而對于UofC模型，假設(shè)觀測到的是N顆衛(wèi)星，則觀測的方程總數(shù)就是3N。利用模型將對流層的參數(shù)及你新內(nèi)閣改正后，未知參數(shù)的總數(shù)就變味4+2N，將其細分就會表示為3個不同位置的參數(shù)、一個單獨的接收機參數(shù)以及2N個模糊度參數(shù)。在UofC模型中應(yīng)用這種碼和相位差，對消除電離層的延遲影響具有重要的作用。同時還能夠降低各個組合之間的噪聲。但是相較于傳統(tǒng)的碼觀測數(shù)值，組合觀測噪聲卻只能是過去的一半左右。在觀測的過程中，這一點對觀測數(shù)值誤差的減小具有重要的意義。能夠提高未知參數(shù)估計值精度和收斂速度。與傳統(tǒng)模型相比較，UofC模型能夠?qū)1和L2載波的寬度測量出一個相對的估計值，并將模糊度在一個較為固定的位置，這就是人們常說的偽固定，進而就能將收斂的速度精度表示的更為明顯。但是有一點不可避免的就是系統(tǒng)中仍然會有集中延遲或者誤差。常見的就有衛(wèi)星部分，會將相位內(nèi)容頻率偏差與非零初始相位偏差和極少數(shù)的進行接收。與此同時，在觀測的過程中就會發(fā)現(xiàn)，非零初始的相位偏差會歸入到模糊度中。但是接收的等價將其加入到接收機鐘。出現(xiàn)這種情況的原因主要在于與單顆衛(wèi)星相關(guān)的任何誤差都加入到了模糊度中，而那些所謂共同誤差反而會反映到GPS接受的機鐘內(nèi)。針對此種情況，模糊度模型采用相關(guān)數(shù)據(jù)后就會利用歷元的相位差來消除這其中的誤差[3]。但是相位差測值的求解只能識別位置差，不能將其反映到絕對值上。在觀測數(shù)據(jù)實際應(yīng)用的過程中，針對模糊度引起的相位差都通常都是可以忽略不計的，同時為達到數(shù)據(jù)的精確性，忽略數(shù)字之間的相關(guān)性。

3結(jié)語

總而言之，在信息技術(shù)快速發(fā)展的過程中，GPS精密單點定位數(shù)據(jù)處理在應(yīng)用的過程中具有明顯的優(yōu)勢。GPS領(lǐng)域?qū)⒃摷夹g(shù)靈活的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)點。

參考文獻

[1]劉濤.精密單點定位技術(shù)在中小比例尺地形測繪中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2013，7（14）：65-66.

[2]林曉靜.靜態(tài)精密單點定位的精度和收斂性分析[J].測繪工程，2014，12（10）：89-90.

[3]袁運斌.一種加速精密單點定位收斂的新方法[J].武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版），2014，14（13）：87-88.