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      GPS偽距單點定位的精度分析

      2018-04-03 10:46:38
      城市建設理論研究(電子版) 2018年24期
      關鍵詞:上海站鐘差對流層

      華 亮

      中鐵第六勘察設計院集團有限公司 天津 300308

      正文:

      1 引言

      經(jīng)過20余年的研究實驗,GPS的應用已經(jīng)從軍用發(fā)展到民用、商用等各個方面。相比于相對定位,基于偽距的單點定位在現(xiàn)實中也具有其無可比擬的優(yōu)勢,尤其對于精度要求不高、地理環(huán)境較惡劣的情況下,偽距單點定位可以大大減少作業(yè)的難度。所以,對偽距單點定位進行精度分析,對偽距單點定位在實際的應用具有很大的參考價值。

      2 偽距單點定位的數(shù)學模型

      2.1 偽距單點定位的觀測模型

      本文主要基于測碼偽距對GPS進行單點定位的精度進行分析。偽距觀測值由公式(2-1)給出:

      而測碼偽距觀測方程由公式(2-2)給出。

      2.2 單點定位的誤差改正

      GPS測量是通過地面接收設備接收衛(wèi)星傳送來的信息來確定地面點的三維坐標。因此,對于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號傳播過程和地面接收設備都會對GPS測量產(chǎn)生誤差。本文考慮三個主要的誤差源,分別是:電離層延遲、對流層延遲、衛(wèi)星鐘差改正。

      2.2.1 電離層延遲

      電離層折射目前有3種方法減弱其影響:①利用雙頻觀測值,不同頻率的觀測值的消電離層組合。②對單頻接收機,一般采用電離層改正模型加以修正。③將兩臺接收機置于基線兩端進行同步觀測值求差,這種方法適合于短基線。本文所采用的是雙頻觀測值求差的方法得到R1、R2電離層延遲誤差是:

      由公式(2-3)可以看出,利用雙頻觀測值進行消電離層組合,只需知道對應的頻率以及對應的偽距值,就可以完成對電離層延遲的改正。

      2.2.2 對流層延遲

      減弱對流層折射影響的主要措施主要是以下幾點:①加入對流層改正模型加以改正。主要采用三個主要的模型,分別是:霍普菲爾德(Hopfield)公式、薩斯塔莫寧(Saastamoinen)公式、勃蘭克(Black)公式。②引入描述對流層影響的附加帶估參數(shù)即將每一臺接收機天頂方向對流層延遲作為參數(shù),在數(shù)據(jù)處理時帶入求解。③與減弱電離層影響相同,就是利用同步觀測量求差。④直接利用水汽輻射計測定信號傳播的影響,能夠準確確定濕分量折射的影響。

      2.2.3 衛(wèi)星鐘差改正

      衛(wèi)星鐘差是衛(wèi)星導航系統(tǒng)中的一項重要誤差源,它是衛(wèi)星鐘時間與標準GPS時之間的偏差。一般可以采用以下的二階多項式的形式來表示鐘差,由公式(2-4)得

      上式中,t0為參考歷元,a0、a1、a2分別為鐘在參考歷元的鐘差、鐘速以及鐘速的變率。這些參數(shù)通過導航電文提供給用戶。

      3 偽距單點定位實驗及結果分析

      3.1 數(shù)據(jù)準備

      利用自編軟件對IGS上海站的連續(xù)一個月的數(shù)據(jù)解算,數(shù)據(jù)包括從2013年12月8日至2014年1月8日的上海站所有觀測值文件和廣播星歷文件。

      3.2 結果分析和精度評價

      對上海站的定位結果分別與已知參考坐標進行對比,進行誤差統(tǒng)計,求出極值和均值和RMS,如表3-1所示。

      表3-1 坐標偏差的誤差統(tǒng)計(上海站)

      根據(jù)誤差統(tǒng)計表可以看出:上海站坐標軸各個方向誤差的均值的絕對值在0.5m以內,定位結果符合系統(tǒng)性的變化。坐標軸誤差的RMS均在2m左右。

      4 結論

      筆者在基于GPS偽距單點定位原理和數(shù)學模型的基礎上,利用自編軟件對上海站持續(xù)1個月的數(shù)據(jù)進行處理,處理結果表明:偽距單點定位精度約為2m左右,滿足米級導航定位的精度要求。

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