摘要
随着全球定位系统的日益完善和全国各大城市连续运行观测站的建立,全球定位系统越来越普及。本文从理论上探讨了非差单点定位的数学模型和方法,研究了非差单点定位中的各项误差改正公式,如电离层改正、对流层改正、地球自转改正、相对论效应、天线相位中心改正等等,并编写了利用伪距结合广播星历,精密星历的单点定位程序,使用实验数据对程序进行了实力验证,得出一些有益的结论。
本文考虑到单频接收机用户,为了减弱电离层延迟影响,采用了Klonuchar模型参数进行改正;而对双频用户,利用双频实时观测值进行实时改正。针对对流层延迟,采用了Saastamoinen模型和Modified Hopfield模型进行改正。本文还重点考虑到卫星位置对非差单点定位的影响,采用内插IGS精密星历,使得程序运行更简单,更具有实用性。此外,文中还对接收机钟差进行了详细讨论。为了验证其有效性,利用商业软件Pinnacle对实验数据进行了验证,结果表明,二者计算出来的接收机钟差的趋势基本一致,其差值不超过0.02ns,能满足单点定位的要求。最后利用不同区域的数据对程序进行验证,并对其结果进行质量评价,其内部符合精度达到非差单点定位的精度,外部符合精度能达到7cm的精度,基本达到了目前国内外的非差单点定位的研究水平。
图[17]表[5]参[58]
With the improvement of GNSS and establish CORS station in many big cities of China, GNSS is more and more popular. This thesis theoretically analyzed mathematical model and method of undifferenced point positioning. and all kinds of error correction model, such as ionospheric delay correction, tropospheric delay correction, earth rotation correction, relativistic effect, antenna calibration ect. In view of this, the paper develops program of point positioning using pseudorange and broadcast ephemeredes, precies ephemeredes. The given practical example proved the program and some useful conclusions are obtained.
In order to weaken the ionosphere delay, Klonuchar correct model is used for single-frequency receivers and real-time observations data for double-frequency receivers. As to troposphere delay, the paper use Saastamoinen model and Hopfield model to correct them. In this approach, the IGS precise orbits and satellite clocks are used together for single point positioning to make the program run more simple and more practical. In addition, receiver clock were discussed in detail in this paper. In order to verify its effectiveness, using the commercial software Pinnacle for data processing,the result show that both of the trend is the same and the different value is not more than 0.2ns, can satisfy the single point positioning requirement. The different regions datas is used to verify the program and the results is well-received, and its internal precision can reach the precision of point positioning, its external precision can be at 7cm, basically reaching the poor single point positioning of the research level at home and abroad.
Figure [17] table [5] Reference[58]
引文
[1]周忠谟等.GPS卫星测量原理与应用[M].北京:测绘出版社,1997
[2]徐绍铨.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉大学出版社,2006
[3]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)[J].测绘信息与工程,2002,27(1):19-21
[4]刘经南,叶世榕.GPS非差相位精密单点定位技术探讨[J].武汉大学学报(自然科学版),2002,27(3):234-239
[5]余学祥等.GPS变形监测数据处理自动化——似单差法的理论与方法[M].徐州:中国矿业大学出版社,2004
[6]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法M].北京:科学出版社,2003
[7]Xu Guochang.GPS Theory,Alaorithms and Application[M].Berlin:Christine Adolph,2003
[8]阳仁贵.GPS高精度快速静态定位模糊度解算理论与方法研究[D].武汉:中国科学院测量与地球物理研究所,2005
[9]B.Hofmann-Wellenhof.全球卫星定位导航系统GPS, GLONASS, Galileo及其他系统[M].北京:测绘出版社,2009
[10]张小红,李星星,郭斐等.GPS单频精密单点定位软件实现与精度分析[J].武汉大学学报(信息科学版),2008,33(8):783-787
[11]周立.GPS测量技术[M].郑州:黄河水利出版社,2006
[12陈绍杰,耿宏锁.GPS天线相位中心改正模型及其对PPP的精度影响分析[J].水资源与水工程学报,2010,21(5):130-132
[13]李天文.GPS原理及应用[M].北京:科学出版社,2003
[14]余学祥等.GPS变形监测信息的单历元解算方法研究[J].测绘学报,2002,31(2):123-127
[15]刘立龙.GPS高精度定位理论及其应用研究[D].武汉:武汉大学,2005
[16]蔡艳辉等.整周模糊度去相关的两种实现方法[J].测绘工程,2003,12(4):36-38
[17]周扬眉等.整周模糊度整数变换前后LAMBDA方法的执行结果比较[J].全球定位系统,2004,2:2-5
[18]陈默,高成发.GPS精密单点定位静态精度分析[J].现代测绘,2006,29(3)17-19
[19]陈永奇,James Lutes单历元GPS变形监测数据处理方法的研究[J].武汉测绘科技大学学报,1998,23(4):324-328
[20]楼益栋,李征航,张小红.无模糊度和整周跳变问题的短基线解算方法研究[J].武汉大学学报.信息科学版,2005,30(11):995-998
[21]李洪涛等.GPS应用程序设计[M].北京:科学出版社,1999
[22]张小红.动态精密单点定位(PPP)的精度分析[J].全球定位系统,2006(1):7-11
[23]张勇.GPS非差精密单点定位方法及其应用研究[D].武汉:武汉大学,2006
[24]刘峻宁,翟传润,宋嫡儿,胡华.基于改进时星差分的室内伪卫星精密单点定位研究[J].武汉大学学报(信息科学版),2009,(01):105-108
[25]汪平,郝金明,沈国康,王浩宇.GPS单点定位观测值的精度分析与改进[J].大地测量与地球动力学,2009,(03):14]-144
[26]Kee C,Yun D,Jun H,et al.Centimeter-Accuracy Indoor Navigation Using GPS-Like Pseudolites[J].GPS World,2001,12(10):14-22
[27]Yun Doohee,Kee Changdon.Centimeter Accuracy Stand-alone Indoor Navigation System By Synchronized Pseudolite Constellation[C].ION GPS 2002,Portland,2002
[28]Wang J.Pseudolite Applications in Positioning and Navigation:Progress and Problems[J].Journal of Global Positioning,2002,1(1):48-56
[29]Petrovski I,Okano K,Kaw aguchi S,et al.Indoor Code and Carrier Phrase Positioning with Pseudolites and Multiple GPS Repeaters[C].ION GPS/GNSS 2003,Japan,2003
[30]Hu Congwei,Chen Wu,Gao Shan,et al.Data Processing for GPS Precise Point Positioning[R].Nanjing:Transcactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics,2005
[31]Bisnath S B,Langley R B.CHAMP Orbit Determination with GPS Phase-connected Precise Point Positioning,in First Champ Mission Results for Gravity[M]. Berlin:Springer-Verlag,2003
[32]Ovstedal O,Kjorsvik N S,Gjevestad J G O.Surveying Using GPS Precise Point Positioning[C]//Ⅹ Ⅺ Ⅱ FIG Congress GNSS Processing and Applications,Germany: Munich,2006
[33]Shimizu Y,Murata M.Flight Evaluation of GPS Precise Point Positioning for Helicopter Navigation[C]//SICE Annual Conference 2007,Japan:Kagawa University,2007
[34]Le A Q,Tiberius C.Single-frequency Precise Point Positioning with Optinal Filtering[J].GPS Solutions,2006
[35]徐周.GPS差分定位技术及实现方法的研究[D].郑州:解放军信息工程大学,2006
[36]李明,高星伟,徐爱功.一种改进的周跳多项式拟合方法[J].测绘科学,2008,33(4):82-83
[37]刘忠,黄观文,丁晓光.GPS动态定位序贯平差统一模型[J].地球科学与环境学报,2008,30(3):319-322
[38]左廷英,黄远成,袁本银.GPS精密单点定位外符合精度测试[J].矿山测量,2008,12(5):8-11
[39]朱华统.常用大地坐标系及其变换.北京:解放军出版社,1990
[40]涂锐,黄观文,邹顺.天线相位中心偏差变化及改正模型对精密单点定位精度的影响[J].大地测量与地球动力学,2010,30(3):113-117
[41]刘根友.单频GPS接收机动态定位的相位与伪距联合算法及其周跳探测[J].地壳形变与地震,2001,21(3):26-31
[42]张小红,李星星,非差模糊度整数固定解PPP新方法及实验[J].武汉大学学报(信息科学版),2010,35(6):657-660
[43]李学逊.GPS相位观测值中周跳的探测与修复[J].武汉测绘科技大学学报,1994,3:14-21
[44]喻家碧,孙伟,伍岳.不同采样率下GPS非差相位观测值的周跳探测与修复及效果比较[J].地理空间信息,2005,3(2):25-26
[45]黄德武,熊永良.周跳的探测与修复[J].全球定位系统,2005,(4):32-35
[46]郭涉艳等.星载GPS载波相位周跳探测方法[J].测绘科学,2006,31(4):68-70
[47]李洪涛等.GPS应用程序设计[M].北京:科学出版社,1999
[48][美]Elliott D.Kaplan著;邱致和,王万义译.GPS原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2002
[49]周立.GPS测量技术[M].郑州:黄河水利出版社,2006
[50]李天文.GPS原理及应用[M].北京:科学出版社,2003
[51]姜萍,柯熙政.GPS相位平滑伪距技术在广域差分定位中的应用[J].宇航计测计算,200727(1): 12-14
[52]唐卫明,刘智敏.GPS载波相位平滑伪距精度分析与应用探讨[J].测绘信息工程,2005,30(3):37-39
[53]生仁军.GPS载波相位定位中周跳探测方法的研究[D].南京:东南大学,2006
[54]范士杰,孔祥元.基于Hatch滤波的GPS伪距相位平滑及其在单点定位中的应用[J].勘察科学技术,2007,4:41-59
[55]杨春燕,吴德伟,卢艳娥,张辉.基于补充卡尔曼滤波的载波相位平滑伪距算法[J].空军工程大学(自然科学版),2009,9(5):53-56
[56]路晓峰,贾小林,杨志强.基于双频相位平滑伪距的卫星预报钟差精度评定[J].全球定位系统,2007,3:17-20
[57]GB50026-93,工程测量规范[S]
[58]GB12898-91,国家三、四等水准测量规范[S]