單基站CORS系統(tǒng)的定位精度研究＊

王智超，張 琛，尉紅波，程 俊

（1.解放軍65015部隊，遼寧 大連116023；2.大連市測繪院，遼寧 大連116011）

0 引 言

單基站CORS系統(tǒng)就是只有一個連續(xù)運行的基站，類似于傳統(tǒng)的一加一或一加多RTK，只是基準站連續(xù)運行的同時又是一個服務(wù)器，它可以通過軟件實時查看衛(wèi)星狀態(tài)、存儲靜態(tài)數(shù)據(jù)、實時向Internet發(fā)送差分信息以及監(jiān)控移動站作業(yè)情況。移動站可以通過GPRS＼CDMA網(wǎng)絡(luò)訪問Internet和基準站服務(wù)器實時通信。它的覆蓋范圍一般可達30km［1］.

由于多基站CORS系統(tǒng)一次性投入運營的成本高，建設(shè)周期長，所以在一些中小城市普遍建設(shè)單基站CORS系統(tǒng)，其具有建設(shè)成本少、隨時可升級擴展、施工周期短等優(yōu)勢，可以實時提供安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)建成后可以為用戶提供各種精度、多種模式的導航定位服務(wù)。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，結(jié)合大連理工大學單基站CORS系統(tǒng)（LGCORS），在簡要分析影響CORS系統(tǒng)定位精度因素的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)定位精度和穩(wěn)定性進行探討。

1 影響LGCORS系統(tǒng)定位精度的因素［2－3］

影響系統(tǒng)定位精度的主要因素包括系統(tǒng)基準精度、接收到的衛(wèi)星數(shù)、電離層狀態(tài)和設(shè)備條件等。

1.1 系統(tǒng)基準精度

系統(tǒng)基準即參考站坐標，是進行差分解算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也是CORS進行定位服務(wù)的最重要的影響因素，參考站坐標準確與否將影響到實時定位的精度。

1.2 同步觀測衛(wèi)星數(shù)

接收到的衛(wèi)星數(shù)也影響解算精度，按照差分GPS解算公式，接收到的衛(wèi)星數(shù)越多，相位值越多，解算精度越高。在實際測量中，同步接收到的有效衛(wèi)星數(shù)量越多，則解算精度越高，故實際測量時應(yīng)盡量避開高大建筑物或茂盛樹林等影響接收衛(wèi)星的地物。

1.3 電離層狀態(tài)

電離層活躍程度將影響接收機接收到的GPS衛(wèi)星信號，電離層越活躍，其對GPS信號干擾越強烈，解算精度越低，故實際測量時應(yīng)盡量避開電離層活躍的時間段。

1.4 設(shè)備條件

進行網(wǎng)絡(luò)RTK和GPS事后靜態(tài)差分解算作業(yè)時，設(shè)備好壞往往對定位精度影響很大。性能好的設(shè)備，其鎖定衛(wèi)星的能力比性能差的設(shè)備要強，其接收到的有效衛(wèi)星信號比質(zhì)量差的設(shè)備要好，故其定位精度也高。

對于影響CORS系統(tǒng)定位的部分誤差，可以利用差分技術(shù)進行消除或削弱。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。不少文獻在對這些誤差的減弱或消除方面作了大量的研究。

2 LGCORS系統(tǒng)定位精度分析

LGCORS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5個歷元的觀測數(shù)據(jù)解算得到流動站坐標；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。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比較的方式進行，即將已知坐標作為真值，利用觀測值與真值的差值進行分析。

2.1 實時定位精度檢驗［4］

1）采取絕對精度檢驗，在LGCORS系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)均勻選取了16個具有高精度坐標的已知點進行GPS實時定位測量，具體測試方法是：在一個點上初始化成功后采集30s數(shù)據(jù)，采樣間隔是1 s；再重新初始化，繼續(xù)采集，重復1次，以獲得可信的數(shù)據(jù)質(zhì)量。通過實驗，得出其內(nèi)、外符合精度統(tǒng)計結(jié)果如表1所示?？梢钥闯觯撓到y(tǒng)實時動態(tài)定位內(nèi)符合精度水平方向整體優(yōu)于2cm，高于設(shè)計精度4cm；高程方向優(yōu)于4cm，高于設(shè)計精度5 cm；外符合精度水平方向整體優(yōu)于3cm，高程方向優(yōu)于5cm，也都優(yōu)于系統(tǒng)的設(shè)計精度，說明了該CORS系統(tǒng)實時動態(tài)定位穩(wěn)定可靠。

表1 與已知點比較精度統(tǒng)計表

2）采取相對精度檢驗，該方法主要是對通視的、相距不遠的兩點進行實時動態(tài)測量，反算其基線長，再與全站儀測量的距離進行比較，兩者偏差反映了系統(tǒng)相對定位精度，在某種程度上消除了站間的系統(tǒng)誤差。測試過程：在CORS系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)選取了8個點，進行實時動態(tài)測量，利用其結(jié)果反算出4條基線長，再使用全站儀測量距離獲得4條基線長，對兩種方法的比較結(jié)果如表2所示。

表2 與反算基線長比較結(jié)果統(tǒng)計表

從表2看出，兩者的差值在一定程度上反映出該CORS系統(tǒng)的實時定位精度符合規(guī)范要求。

2.2 事后定位精度檢驗［5］

LGCORS系統(tǒng)可以提供精密的坐標參考，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信息。為檢驗LGCORS系統(tǒng)事后定位解算的精度，于2011年3月10日進行全天觀測，流動站架設(shè)在大連理工大學附近的B級GPS點上，分別采用不同時間的觀測數(shù)據(jù)進行聯(lián)合平差解算。星歷采用IGS最終精密星歷，并對參考站坐標實施強約束，平差后流動站坐標與B級點坐標差值與時間關(guān)系如圖1所示，其外符合精度與時間關(guān)系如圖2所示。

圖1 坐標差值與觀測時間之間的關(guān)系圖

圖2 外符合精度與觀測時間之間的關(guān)系圖

由此可以看出，在6h的觀測時間內(nèi)，GPS網(wǎng)的解的精度及其穩(wěn)定性隨數(shù)據(jù)量的增加而迅速提高，而在數(shù)據(jù)量大于6h以后，提高的速率較為緩慢。

3 結(jié)論

通過對單基站CORS系統(tǒng)定位精度的影響因素分析，對LGCORS系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的流動站的定位精度、穩(wěn)定性進行了檢驗。檢驗結(jié)果表明：該系統(tǒng)流動站實時定位，x、y方向的外符合精度較高，一般在±（0.3～1.5）cm之間，高程精度較x、y方向的低，一般在（0.8～3.5）cm左右。實時定位服務(wù)可應(yīng)用于車輛導航、施工放樣及大比例尺測圖等方面。該系統(tǒng)定位事后解算的結(jié)果表明：參數(shù)解算的時間超過1h的精度即可達到±5mm，系統(tǒng)定位精度隨觀測時間的延長有明顯的提高；當參與解算的時間超過6h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。

［1］ 陳俊勇，黨亞民.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的進展及建沒CORS的思考［J］.地理空間信息，2009，7（3）：1－3.

［2］ 余小龍，胡學奎.GPS RTK技術(shù)的優(yōu)缺點及發(fā)展前景［J］.測繪通報，2007（10）：39－44.

［3］ 徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應(yīng)用［M］.武漢：武漢大學出版社，2003.

［4］ 龔真春，楊晉強，白 冰，等.GPS CORS系統(tǒng)實時定位精度檢測方法探討［J］.測繪與空間地理信息，2011，34（3）：88－90.

［5］ 丁玉平，許友清.區(qū)域CORS系統(tǒng)的定位精度分析［J］.測繪通報，2011（3）：86－87.