GPS单点定位研究
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摘要
本文从理论上系统地研究了GPS单点定位的数学模型和方法，研究了各项误差改正公式，例如电离层改正、对流层改正、相对论周期部分改正、地球旋转改正、地球固体潮改正、卫星天线相位中心偏差改正；编写了伪距与广播星历、相位和广播星历及相位和精密星历的定位程序，并使用有关数据进行了大量的计算工作。得到了SA取消前后伪距和广播星历24小时的定位结果分别在4米水平和2米水平。采用时星差模型得到取消SA后相位和广播星历的定位结果：用24小时的相位观测数据定位精度在1.1米水平；用2小时的观测数据定位精度在1.3米水平；用1小时的观测数据定位精度在1.6米水平；用20分钟的观测数据定位精度在2.7米水平。最后用精密星历和载波相位观测数据得到了40分钟的单点定位精度为1米水平，2小时的定位精度在0.6米水平。在计算中，通过对精密星历采用切比雪夫多项拟合的方法可计算卫星任意时刻的卫星位置和钟差。分析比较了计算的结果，得到了一些有益的结论。
In this paper the mathematical models and methods for GPS single-point positioning are studied systematically on the theory.All kinds of error correction formulas are studied,such as ironsphere correction,troposphere correction,relativistic effect correction,earth rotation correction ,earth tides correction ,satellites antenna phase center offset correction. GPS single-point positioning programs is coded with pseudoranges and broadcast ephemerides,phases and broadcast ephemerides,and phases and precise ephemerides.And a great amount of computation has been done using the data collected .The results are computed with the 24 hour pseudoranges observation data before and after the canceling of the SA.The result show that before the canceling of the SA,the single-point positioning error is about 4 metres,after the canceling of the SA ,the error is about 2 metres.The positioning result of phase and broadcast ephemerides are gained using time-satellite differential model after canceling SA, the precision for 24 hours phase observation data is about 1.1 metre,the precision for 2 hours phase observation data is about 1.3 metre,the precision for 1 hour phase observation data is about 1.6 metre ,the precision for 20 minutes phase observation data is about 2.7 metre.The last,the single-point positioning precision for 40 minutes using precise ephemeredes and carrier phase observation data is about 1 metre,the precision for 2 hours is about 0.6 metre. The satellite position and clock offset at any time can be gained through interpolating precise ephemeredes using CHEBYSHEV polynomial coefficients.The results of computation are analyzed and compared,and some beneficial conclusions are gained.
In this paper the mathematical models and methods for GPS single-point positioning are studied systematically on the theory.All kinds of error correction formulas are studied,such as ironsphere correction,troposphere correction,relativistic effect correction,earth rotation correction ,earth tides correction ,satellites antenna phase center offset correction. GPS single-point positioning programs is coded with pseudoranges and broadcast ephemerides,phases and broadcast ephemerides,and phases and precise ephemerides.And a great amount of computation has been done using the data collected .The results are computed with the 24 hour pseudoranges observation data before and after the canceling of the SA.The result show that before the canceling of the SA,the single-point positioning error is about 4 metres,after the canceling of the SA ,the error is about 2 metres.The positioning result of phase and broadcast ephemerides are gained using time-satellite differential model after canceling SA, the precision for 24 hours phase observation data is about 1.1 metre,the precision for 2 hours phase observation data is about 1.3 metre,the precision for 1 hour phase observation data is about 1.6 metre ,the precision for 20 minutes phase observation data is about 2.7 metre.The last,the single-point positioning precision for 40 minutes using precise ephemeredes and carrier phase observation data is about 1 metre,the precision for 2 hours is about 0.6 metre. The satellite position and clock offset at any time can be gained through interpolating precise ephemeredes using CHEBYSHEV polynomial coefficients.The results of computation are analyzed and compared,and some beneficial conclusions are gained.
引文
[1] 周忠谟，易杰军等：GPS 卫星测量原理与应用，测绘出版社，1999。
[2] 徐绍铨，张华海等：GPS 测量原理及应用，武汉大学出版社，2002。
[3] 张守信，GPS 卫星测量定位理论与应用，国防科技大学出版社，1996。
[4] 韩保民，欧吉坤：基于GPS非差观测值进行精密单点定位研究，武汉大学学报，2003。
[5] 吴瑞楦：GPS 的现代化计划，军事测绘，2001。
[6] 段五杏，吴显兵：SA 停止前后定位精度的变化，军事测绘，2001。
[7] 初东，王刚：GPS 天线相位中心偏差的数学模型，测绘工程，2000。
[8] 陈俊勇，胡建国：GPS 技术的新进展，测绘工程，1996。
[9] 陈俊勇，胡建国：建立中国 GPS实时定位系统的思考，测绘工程。
[10] 蔡昌盛，李征航，赵晓峰：利用 GPS组合观测值建立区域电离层模型研究，测绘工程，2003。
[11] 李征航，何良华，吴北平：全球定位系统 (GPS) 技术的最新进展 (第二讲，网络RTK) 测绘信息与工程，2002。
[12] 刘志赵：GPS 短基线精密定位若干问题实验研究与分析，硕士研究生学位论文，武汉测绘科技大学，1997。
[13] 李征航，吴秀娟：全球定位系统 (GPS)技术的最新进展 (第四讲，精密单点定位(上))，测绘信息与工程，2002。
[14] 李征航：全球定位系统 (GPS)技术的最新进展 (第一讲，多功能卫星导航定位服务系统)，测绘信息与工程，2002。
[15] 李征航，徐绍铨：全球定位系统 (GPS)技术的最新进展 (第三讲，GPS在变形监测中的应用)，测绘信息与工程，2002。
[16] 李征航，吴秀娟：全球定位系统 (GPS)技术的最新进展 (第四讲，精密单点定位(下))，测绘信息与工程，2002。
[17] 蔡昌盛，李征航，张小红：SA 取消前后 GPS单点定位精度对比分析，测绘信息与工程，2002。
[18] 郭际明：GPS与 GLONASS最新发展，测绘信息与工程，2002。
[19] 刘经南，叶世榕：GPS 非差相位精密单点定位技术探讨，武汉大学学报，2002。
[20] 刘大杰，施一民，过静君：全球定位系统 (GPS) 的原理与数据处理，同济大学出版社，1997。
[21] 魏子卿，葛茂荣；GPS 相对定位的数学模型，测绘出版社，1998。
[22] Evalution of the high precision GPS point positioning using GPS data from Brazil, IUGG-ⅩⅩⅡ General Assembly, Burmingham, 1999.
[23] Zumberge J F. Precise Point Positioning for the Efficient and Robust Analysis of GPS Data from Large Network[J]. J. Geophys. Res., 1997, 102: 5005-5017.
[24] Gao Y, James FM, Single-Point GPS Positioning Accuracy Using Precise GPS Data. The Australian Surveyor. 1997, 42(4): 185-192.
[25] Heroux P, Kouba J, Collins P, et al. GPS Carrier-Phase Point Positioning With Precise Orbit Products. The International Symposium on Kinematic Systems in Geodesy, Banff, Canada, 2001.
[26] Gao Y, GPS Positioning Accuracy Using Precise Real Time Ephemerides and Clock Correction. Marine Geodesy. 1994, 7(4) 279-288.
[27] Heroux P, Kouba J. GPS Precise Point Positioning With a Difference. Geomatics 95, Ottawa, Canada, 1995.
[28] Lachapelle G. Cannon M E. Qin W, et al. Precise Aircraft Single-Point Positioning Using GPS Post-mission Orbits and Satellite Colock Corrections. Journal of Geodesy, 1996, 70(9): 562-571
[29] PAULO C. L. SEGANTINE, S. Witchayangkoon: GPS precise point positioning (PPP): Repeatability Experiments, IUGG-ⅩⅩⅡ General Assembly, Burmingham, 1999.
[30] Dr. Dennis G. Milbert: Comparison of Positions With and Without Selective Availability, National Geodetic Survey, NOAA, 2000.
[31] Gao Y, Shen X. Improving Ambbiguity Convergence in Carrier Phase-Based Precise Point Positioning[M]. ION 2001.
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