基于CORS網(wǎng)絡(luò)的單頻GPS實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位新方法

姜衛(wèi)平，鄒 璇，唐衛(wèi)明

武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，武漢 430079

基于CORS網(wǎng)絡(luò)的單頻GPS實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位新方法

姜衛(wèi)平，鄒 璇，唐衛(wèi)明

武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，武漢 430079

利用單頻接收機(jī)實(shí)現(xiàn)大范圍、高精度快速實(shí)時(shí)定位是衛(wèi)星大地測(cè)量研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一.本文提出了一套基于連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS）的誤差實(shí)時(shí)建模數(shù)據(jù)處理方法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新的GPS單頻接收機(jī)實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位服務(wù)方法.然后，利用山西省CORS網(wǎng)內(nèi)一組實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以及從湖北省CORS網(wǎng)和武漢市CORS網(wǎng)選取的一組實(shí)測(cè)靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證分析了所提出方法用于實(shí)時(shí)定位服務(wù)的可行性.結(jié)果表明：對(duì)于站間平均距離小于71km的參考網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)單頻用戶按照實(shí)時(shí)處理模式，在經(jīng)過(guò)數(shù)秒鐘的初始化后即可獲得厘米級(jí)的動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位結(jié)果.這為GPS單頻接收機(jī)用戶實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位提供了一種可行的新方法.

單頻，實(shí)時(shí)，PPP，基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法，整周模糊度解算

1 引 言

自全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS）問(wèn)世以來(lái)，由于其具有全球性、全天候、高精度、高效率、保密性強(qiáng)等一系列特點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航、測(cè)量定位、形變監(jiān)測(cè)、大氣探測(cè)等研究領(lǐng)域.GPS精密導(dǎo)航與定位應(yīng)用一般都采用雙頻接收機(jī)，其主要原因是為了消除電離層誤差的影響.在利用GPS技術(shù)開(kāi)展區(qū)域變形監(jiān)測(cè)、大氣探測(cè)等研究時(shí)，由于需要采集高時(shí)空分辨率的信息［1－5］，不得不布設(shè)大量的GPS接收機(jī).如全部采用雙頻接收機(jī)進(jìn)行施測(cè)，其成本無(wú)疑將非常昂貴，這必然會(huì)極大限制GPS技術(shù)在這些領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展和應(yīng)用.正因?yàn)槿绱?，如何消除電離層誤差的影響，利用相對(duì)廉價(jià)的單頻接收機(jī)實(shí)現(xiàn)大范圍、高精度快速實(shí)時(shí)定位是衛(wèi)星大地測(cè)量研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一.

目前，國(guó)內(nèi)外已有多位學(xué)者對(duì)單頻接收機(jī)快速精密定位方法進(jìn)行了較為深入的研究，并取得了一系列研究成果［6－9］.現(xiàn)有各種方法一般都基于CORS網(wǎng)提出，首先利用雙差觀測(cè)值殘差構(gòu)建區(qū)域誤差模型，然后用戶端采用相對(duì)定位模式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.這些實(shí)現(xiàn)方法雖各具特點(diǎn)，但數(shù)學(xué)本質(zhì)是一致的.由于雙差觀測(cè)值殘差反映的是觀測(cè)信號(hào)于不同衛(wèi)星方向所受誤差的差異，在建模時(shí)難以顧及信號(hào)本身的物理特性，并且用戶需按照指定的參考衛(wèi)星獲取誤差改正信息，使用較為繁瑣.此外，由于用戶需與鄰近或虛擬的參考站進(jìn)行聯(lián)測(cè)，當(dāng)用戶跨越由不同參考站組成的子網(wǎng)（參考子網(wǎng)）時(shí)，將不可避免地存在模糊度需重新初始化的問(wèn)題.葛茂榮等于2010年提出了“基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法”（URTK）［10］.該方法利用參考站處非差觀測(cè)值殘差對(duì)每顆可視衛(wèi)星方向分別建模，在PPP模式下通過(guò)固定星間單差模糊度實(shí)現(xiàn)快速精密定位，可以較好地解決傳統(tǒng)相對(duì)定位模式網(wǎng)絡(luò)RTK方法存在的以上技術(shù)缺陷.本文研究并發(fā)展了這一非差網(wǎng)絡(luò)RTK思想，提出并實(shí)現(xiàn)了一套單頻接收機(jī)精密單點(diǎn)定位服務(wù)方法，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了應(yīng)用該方法的可行性，結(jié)果表明：利用GPS單頻接收機(jī)即可為用戶提供厘米級(jí)快速實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位服務(wù).

2 單頻接收機(jī)精密單點(diǎn)定位方法

2.1 基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法

圖1 雙差模糊度映射為保持了整數(shù)特性的非差模糊度Fig.1 The double－differenced ambiguities are converted into undifferenced ambiguities that preserve the integer characteristic of ambiguities

如圖1所示，利用現(xiàn)有相對(duì)定位數(shù)據(jù)處理方法解算得到參考站間雙差模糊度及對(duì)應(yīng)的載波相位雙差觀測(cè)值殘差，通過(guò)適當(dāng)添加具有整數(shù)特性的非差模糊度作為基準(zhǔn)，可將雙差觀測(cè)值殘差映射為各參考站與可視衛(wèi)星間非差觀測(cè)值殘差的形式，所指定的非差模糊度為任意整數(shù)不會(huì)影響模型構(gòu)建結(jié)果的有效性.類似于一個(gè)以衛(wèi)星為頂點(diǎn)，各參考站子網(wǎng)為底面的倒棱錐形（圖2），“基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法”是利用周邊參考站非差觀測(cè)值殘差對(duì)每顆可視衛(wèi)星方向的一小塊區(qū)域分別進(jìn)行模型構(gòu)建，這一建模思想能夠有效模型化局部范圍內(nèi)的電離層和對(duì)流層擾動(dòng)［10－12］.

由于參考站于每顆可視衛(wèi)星方向的各類誤差都被包含在對(duì)應(yīng)非差觀測(cè)值殘差中，且模型在構(gòu)建時(shí)保留了模糊度的整數(shù)特性，因此網(wǎng)內(nèi)單頻用戶根據(jù)其測(cè)站近似坐標(biāo)計(jì)算得到每顆可視衛(wèi)星的誤差量并對(duì)其相位觀測(cè)值進(jìn)行改正后，便可基于PPP數(shù)據(jù)處理模式，采用星間單差模糊度固定解快速獲取測(cè)站處的精密單點(diǎn)定位結(jié)果.

2.2 參考網(wǎng)實(shí)時(shí)模型構(gòu)建方法

圖2 利用周邊至少三個(gè)參考站的非差觀測(cè)值殘差對(duì)每顆可視衛(wèi)星分別建模Fig.2 Modeling the undifferenced residuals in the direction of each individual satellite with at least 3 surrounding reference stations

對(duì)于大規(guī)模參考網(wǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，如采用網(wǎng)解模式進(jìn)行整體解算，由于可能的海量數(shù)據(jù)處理任務(wù)以及計(jì)算機(jī)軟硬件的限制，難以保證整個(gè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程的實(shí)時(shí)連續(xù)運(yùn)行.此外，不同于事后模型構(gòu)建，由于參考網(wǎng)在實(shí)時(shí)解算過(guò)程中雙差模糊度固定的不確定性，如初始的非差模糊度基準(zhǔn)設(shè)置錯(cuò)誤，則可能與解算所得新的雙差模糊度存在不一致性，導(dǎo)致用戶在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中模糊度需重新初始化.用戶在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中并不能將每顆可視衛(wèi)星均用于模糊度固定，需對(duì)是否可用于星間單差模糊度固定的各可視衛(wèi)星加以區(qū)分.因此，按照“基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法”，如何實(shí)現(xiàn)參考網(wǎng)實(shí)時(shí)解算，如何對(duì)獲取的參考網(wǎng)內(nèi)全部雙差模糊度關(guān)系添加適當(dāng)?shù)姆遣钅：然鶞?zhǔn)，并提供每顆可視衛(wèi)星在模糊度固定時(shí)的有效性是實(shí)時(shí)模型構(gòu)建的關(guān)鍵.

為了有效解決以上技術(shù)難點(diǎn)，本文提出了一種參考站網(wǎng)實(shí)時(shí)模型構(gòu)建新方法.其核心思想為：根據(jù)待處理數(shù)據(jù)量選擇采用網(wǎng)解或逐條基線多線程實(shí)時(shí)解算模式，并將當(dāng)前歷元獲取的全部非差模糊度信息按照是否可用于用戶端星間單差模糊度固定以及初始化與否分為三類，依次將三類模糊度作為基準(zhǔn)添加到雙差與非差模糊度間的映射矩陣，直到該矩陣不再秩虧.此外，將每顆可視衛(wèi)星的誤差改正是否可用于模糊度固定以及是否存在跳變等信息一并發(fā)送給用戶，從而保證用戶在進(jìn)行星間單差模糊度固定時(shí)的連續(xù)可靠.實(shí)時(shí)模型構(gòu)建的整個(gè)數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示.

圖3 參考網(wǎng)實(shí)時(shí)建模數(shù)據(jù)處理流程圖Fig.3 The real－time data processing scheme of reference network

由于C／A碼偽距觀測(cè)值的精度為5～10m，偽距觀測(cè)值在用戶進(jìn)行精密定位應(yīng)用時(shí)僅作為輔助信息參與解算，解算結(jié)果的精度主要由載波相位觀測(cè)值精度及其模糊度固定與否決定，因此本文未對(duì)偽距觀測(cè)值所受誤差改正信息進(jìn)行建模.

2.3 觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)量控制

由于參考站坐標(biāo)精確已知且采用雙頻接收機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間靜態(tài)觀測(cè)的特點(diǎn)，其實(shí)時(shí)質(zhì)量控制較為簡(jiǎn)便.因此對(duì)于GPS單頻接收機(jī)的精密定位應(yīng)用，用戶觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)質(zhì)量控制是新方法有效實(shí)施的難點(diǎn)問(wèn)題.按照基于雙差的單頻單站數(shù)據(jù)預(yù)處理方法［13］，將相鄰兩個(gè)觀測(cè)歷元視為獨(dú)立觀測(cè)的測(cè)站，并采用雙差定位的思想進(jìn)行解算，其基線解即為相鄰歷元的位置差.此時(shí)，可根據(jù)雙差估計(jì)驗(yàn)后單位權(quán)中誤差來(lái)判斷該歷元是否發(fā)生了周跳，并基于穩(wěn)健估計(jì)法在各歷元檢測(cè)可能發(fā)生周跳的衛(wèi)星.

2.4 單頻用戶實(shí)時(shí)解算

網(wǎng)內(nèi)單頻用戶在接收到誤差改正信息后，選取臨近三個(gè)參考站的數(shù)據(jù)按照公式（1）遞推計(jì)算模型改正系數(shù)，并利用其測(cè)站近似坐標(biāo)由公式（2）內(nèi)插得到每顆可視衛(wèi)星方向的誤差改正量.

其中：Omci為該歷元的誤差改正信息，即參考站處消除整周模糊度影響的非差觀測(cè)值殘差，θi、λi為參考站處大地坐標(biāo)，a0、a1和a2為解算得到的模型系數(shù)，i為參考站索引.如需顧及高程方向的影響，此時(shí)用戶需至少采用周邊4個(gè)參考站的誤差改正信息進(jìn)行三維的空間內(nèi)插.

用戶利用獲取的誤差改正信息對(duì)L1觀測(cè)值進(jìn)行修正后，按照遞推最小二乘法進(jìn)行逐歷元解算，并采用LAMBDA算法搜索星間單差模糊度，從而快速計(jì)算得到單頻用戶處的精密單點(diǎn)定位結(jié)果.

3 實(shí)例分析

為了驗(yàn)證上述方法的可行性，本文利用山西省CORS網(wǎng)內(nèi)一組實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，以及從湖北省CORS網(wǎng)和武漢市CORS網(wǎng)選取的一組實(shí)測(cè)靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了試驗(yàn)分析.

3.1 動(dòng)態(tài)測(cè)試

3.1.1 數(shù)據(jù)采集

選取山西省CORS網(wǎng)2010年141天10∶50AM—11∶20AM、采樣間隔為1s的一組實(shí)測(cè)雙頻數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬分析.測(cè)試網(wǎng)由3個(gè)參考站和2個(gè)檢測(cè)站組成，其中檢測(cè)站數(shù)據(jù)僅采用C／A碼和L1載波相位觀測(cè)值以模擬單頻接收機(jī)用戶.參考網(wǎng)平均站間距離為71km，檢測(cè)站位于參考網(wǎng)中心附近一棟4層樓的房頂，是誤差改正模型在理論上的精度最弱點(diǎn)［9］，包括一個(gè)靜態(tài)檢測(cè)站（A001）和一個(gè)動(dòng)態(tài)檢測(cè)站（MOVE），其中動(dòng)態(tài)檢測(cè)站是在與靜態(tài)檢測(cè)站相距數(shù)十米的范圍內(nèi)按照1～3km／h的步行速度隨意移動(dòng).由于測(cè)試場(chǎng)地周圍高樓林立，對(duì)于低高度角衛(wèi)星的觀測(cè)信號(hào)存在一定的被遮擋問(wèn)題.整個(gè)測(cè)試網(wǎng)的測(cè)站分布和流動(dòng)站運(yùn)動(dòng)軌跡分別如圖4、圖5所示.

3.1.2 數(shù)據(jù)處理方案

為確定實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)站的真實(shí)坐標(biāo)作為對(duì)比分析時(shí)的基準(zhǔn)，首先利用高精度科研分析軟件GAMIT將檢測(cè)站A001與3個(gè)參考站全天的觀測(cè)數(shù)據(jù)按照靜態(tài)網(wǎng)解模式進(jìn)行聯(lián)合解算，得到測(cè)站間精確的相對(duì)位置關(guān)系［14］.然后固定所得靜態(tài)檢測(cè)站（A001）的坐標(biāo)，并對(duì)與其相距數(shù)十米的動(dòng)態(tài)檢測(cè)站（MOVE）按照相對(duì)定位模式進(jìn)行解算.由于A001與MOVE間距離小于40m，利用L1觀測(cè)值進(jìn)行短基線相對(duì)定位可獲得毫米級(jí)的動(dòng)態(tài)定位結(jié)果，因此將計(jì)算得到的流動(dòng)站（MOVE）坐標(biāo)作為真值.

為了分析衛(wèi)星軌道誤差和衛(wèi)星鐘差對(duì)用戶進(jìn)行快速實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位的影響，分別采用了IGS精密星歷和廣播星歷按照“基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法”建模，并利用2個(gè)檢測(cè)站于10∶50AM—11∶20AM，采樣間隔為1s的部分觀測(cè)數(shù)據(jù)仿真實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位過(guò)程.檢測(cè)站均按照逐歷元非差處理模式，對(duì)L1觀測(cè)值的星間單差模糊度進(jìn)行固定，其中衛(wèi)星截止高度角（E）設(shè)定為7°，當(dāng)E大于等于30°時(shí)觀測(cè)值權(quán)重為1，當(dāng)小于30°時(shí)觀測(cè)值權(quán)重為4sin2E，考慮了對(duì)流層、相對(duì)論效應(yīng)、相位纏繞、固體潮、大洋潮、極潮、天線相位中心等各項(xiàng)誤差改正，衛(wèi)星軌道和鐘差固定，殘余的測(cè)站天頂對(duì)流層延遲采用隨機(jī)過(guò)程噪聲的方式進(jìn)行估計(jì).考慮到目前偽距單點(diǎn)定位的精度一般為5～10m，因此測(cè)站初始坐標(biāo)在三個(gè)方向均給予了7.5m的誤差［15－19］.

3.1.3 模糊度固定可行性分析

由于本文所采用方法是通過(guò)固定星間單差L1模糊度快速獲取單頻用戶站的定位結(jié)果，如將檢測(cè)站的近似坐標(biāo)設(shè)定為其真值，并對(duì)L1觀測(cè)值進(jìn)行各類誤差改正，此時(shí)，按照“基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法”計(jì)算得到的星間單差L1觀測(cè)值殘差只包含待估計(jì)的整周模糊度信息，因此該值是否具有整數(shù)特性是反映模糊度固定可行性最為直接的手段.

在本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)的觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，檢測(cè)站A001可共視9顆衛(wèi)星，選取高度角最高的PRN18為參考衛(wèi)星，圖6為采用廣播星歷時(shí)、進(jìn)行誤差改正前后其余8顆衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的星間單差L1觀測(cè)值殘差（周）和衛(wèi)星高度角.

從圖6中紫線可以看到，如不對(duì)L1觀測(cè)值進(jìn)行誤差改正，此時(shí)所得星間單差觀測(cè)值殘差極不穩(wěn)定，其變化最大可達(dá)17周，這主要是由于衛(wèi)星鐘差、軌道誤差以及可視衛(wèi)星方向所受電離層延遲等誤差的變化引起.如圖中綠線所示，在進(jìn)行誤差改正后，不同衛(wèi)星的星間單差L1觀測(cè)值殘差變化均非常平穩(wěn)，其數(shù)值保持在0上下0.2周內(nèi)，具有較為明顯的整數(shù)特性，且各顆衛(wèi)星的計(jì)算結(jié)果不隨高度角和觀測(cè)歷元的不同而發(fā)生顯著變化，因此，固定星間單差L1模糊度是完全可行的.

3.1.4 定位結(jié)果分析

圖6 利用檢測(cè)站A001的已知坐標(biāo)，計(jì)算其在進(jìn)行誤差改正前后的8組星間單差L1觀測(cè)值殘差（周）及對(duì)應(yīng)時(shí)刻衛(wèi)星高度角，其中選取高度角最高的PRN18為參考衛(wèi)星Fig.6 The single－differenced residuals between satellites at A001according to its known coordinate，and the elevation of corresponding satellites

圖7為分別利用事后精密星歷和廣播星歷按照“基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法”建模后，對(duì)檢測(cè)站A001和MOVE固定其L1觀測(cè)值星間單差模糊度時(shí)的動(dòng)態(tài)逐歷元解算結(jié)果［20］，其中dx、dy、dh分別表示定位結(jié)果在平面和高程方向的誤差.從圖中可以看到，由于“基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法”在建模時(shí)能夠有效模型化衛(wèi)星軌道和鐘差誤差，對(duì)于一個(gè)參考站間平均距離為71km的參考網(wǎng)，無(wú)論采用何種類型的衛(wèi)星星歷，其定位結(jié)果均非常一致，僅需數(shù)個(gè)歷元即可在參考網(wǎng)內(nèi)誤差改正模型理論上的最弱點(diǎn)實(shí)現(xiàn)單頻觀測(cè)數(shù)據(jù)的星間單差模糊度快速收斂，獲得厘米級(jí)的動(dòng)態(tài)定位精度.因此，衛(wèi)星軌道誤差和衛(wèi)星鐘差不會(huì)對(duì)"基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法"的有效性產(chǎn)生顯著影響，利用廣播星歷為單頻接收機(jī)用戶提供快速實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位服務(wù)是完全可行的.

對(duì)比A001與MOVE的定位結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)檢測(cè)站的定位誤差在三個(gè)方向均具有較為一致的變化趨勢(shì)，其中，在平面方向的定位精度優(yōu)于1cm，而在高程方向則同樣存在約5cm左右的系統(tǒng)性偏差.如不考慮系統(tǒng)誤差的影響，當(dāng)星間單差模糊度固定后，單頻用戶在高程方向的坐標(biāo)重復(fù)性優(yōu)于1.5cm，平面方向的定位精度也能得到2～3mm的提升.分析發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)誤差主要是由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地鋪設(shè)有反光隔熱材料，因此存在一定的多路徑效應(yīng)影響.此外，測(cè)區(qū)內(nèi)氣候環(huán)境也較為復(fù)雜，僅利用測(cè)站間誤差的線性相關(guān)性進(jìn)行平面擬合難以保證對(duì)各類誤差的模型構(gòu)建精度，此時(shí)用戶處的觀測(cè)誤差將會(huì)被引入最終的定位結(jié)果，產(chǎn)生一定的系統(tǒng)性偏差.

通過(guò)將檢測(cè)站的L1定位結(jié)果與對(duì)應(yīng)LC定位結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，由于檢測(cè)站A001與MOVE的接收機(jī)天線L1相位中心標(biāo)稱值與真值的差異，在高程方向引入了約1cm左右的系統(tǒng)性偏差.如進(jìn)一步修正該部分誤差的影響，將能夠獲得更高精度的單頻接收機(jī)快速實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位結(jié)果.

需要注意的是，如果參考網(wǎng)站間距離過(guò)大，其模型構(gòu)建誤差可能會(huì)對(duì)固定星間單差L1模糊度的可靠性造成影響，因此在不同地區(qū)應(yīng)用本文方法時(shí)，需要根據(jù)該地區(qū)的氣象和觀測(cè)條件布設(shè)適當(dāng)密度的參考網(wǎng)，還可采用隨機(jī)模型等方法以削弱該部分模型構(gòu)建誤差的影響［21］.

3.2 靜態(tài)模擬動(dòng)態(tài)測(cè)試

3.2.1 數(shù)據(jù)采集和處理方案

為了進(jìn)一步驗(yàn)證采用本文方法時(shí)用戶星間單差L1模糊度固定的可靠性和定位精度，從湖北省CORS網(wǎng)和武漢市CORS網(wǎng)選取2011年298～300連續(xù)3天（每天8∶00AM—第二天1∶30AM）、采樣間隔為1s的一組實(shí)測(cè)靜態(tài)雙頻數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬分析.測(cè)試網(wǎng)由12個(gè)參考站和2個(gè)檢測(cè)站組成.如圖8所示，通過(guò)設(shè)定不同測(cè)站作為參考站，選取了參考站間平均距離為26、63、74、88km和143km的5組參考網(wǎng).圖中三角為選取的雙頻參考站，圓點(diǎn)為模擬的單頻檢測(cè)站點(diǎn).按照“基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法”對(duì)采用IGS精密星歷和廣播星歷建模時(shí)的檢測(cè)站模糊度固定結(jié)果進(jìn)行測(cè)試分析.檢測(cè)站采用與3.1.2節(jié)類似的數(shù)據(jù)處理方案，如連續(xù)3min未能有效固定檢測(cè)站的星間單差L1模糊度，則認(rèn)為該組測(cè)試失敗.

3.2.2 模糊度固定時(shí)間及定位精度測(cè)試

在圖9和表1中，以igs和brd分別指代采用IGS精密星歷和廣播星歷的解算結(jié)果.其中圖9為分別采用由5組參考網(wǎng)解算得到的誤差改正信息、對(duì)網(wǎng)內(nèi)2個(gè)檢測(cè)站進(jìn)行精密單點(diǎn)定位測(cè)試時(shí)的星間單差L1模糊度解算成功率和測(cè)試總數(shù).從圖中可以清楚地發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同參考網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)單頻測(cè)站模糊度解算成功率及測(cè)試總數(shù)均隨著參考站間距離的增加而下降，并且當(dāng)參考站間距離大于70km后表現(xiàn)尤為顯著.這主要是因?yàn)閷?duì)流層延遲、電離層延遲、衛(wèi)星軌道誤差等各類影響在測(cè)站間的線性相關(guān)性會(huì)隨著站間距離的增大而降低，并最終影響用戶模糊度解算，導(dǎo)致在某些測(cè)試時(shí)段用戶即使連續(xù)觀測(cè)3min仍然無(wú)法有效固定其星間單差L1模糊度.此外，隨著參考站間距離的增大，其站間雙差模糊度固定的速度和可靠性會(huì)受到一定程度的影響.按照“基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法”的實(shí)現(xiàn)原理，參考站間雙差模糊度無(wú)法有效固定的衛(wèi)星對(duì)同樣無(wú)法用于用戶星間單差模糊度固定，此時(shí)會(huì)降低用戶模糊度解算的速度和可靠性.不過(guò)，對(duì)于站間距離70km以下的參考網(wǎng)，其L1模糊度解算的成功率基本能保證在99%以上.從圖9還可以發(fā)現(xiàn)，采用IGS精密星歷的模糊度解算結(jié)果與采用廣播星歷時(shí)的解算結(jié)果較為一致，只是當(dāng)參考站間距離大于88km后體現(xiàn)出些許差異，這進(jìn)一步驗(yàn)證了，按照“基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法”，無(wú)論采用何種類型的衛(wèi)星星歷，基于區(qū)域CORS網(wǎng)的精密單點(diǎn)定位結(jié)果基本一致.

表1為按照“基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法”對(duì)5種不同站間距離參考網(wǎng)建模后，網(wǎng)內(nèi)單頻測(cè)站的模糊度平均收斂時(shí)間，以及在東西、南北和高程方向的定位精度統(tǒng)計(jì).此處只統(tǒng)計(jì)了在3min內(nèi)能有效固定星間單差L1模糊度的測(cè)試算例.5種模式下均只需數(shù)秒即可有效固定星間單差L1模糊度，并獲得水平方向1～2cm，高程方向3～6cm的動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位結(jié)果.

4 結(jié) 論

由以上分析和試驗(yàn)結(jié)果可以表明：按照“基于非差觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法”為GPS單頻接收機(jī)用戶提供快速精密單點(diǎn)定位服務(wù)是完全可行的，本文提出的參考站網(wǎng)實(shí)時(shí)建模數(shù)據(jù)處理方案能夠滿足單頻用戶的實(shí)時(shí)應(yīng)用需求.在不同地區(qū)應(yīng)用本文方法時(shí)，需要根據(jù)該地區(qū)的氣象和觀測(cè)條件布設(shè)適當(dāng)密度的參考網(wǎng).以本文的試驗(yàn)分析為例，對(duì)于站間平均距離小于71km的參考網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)單頻用戶僅需數(shù)秒進(jìn)行初始化后即可獲得厘米級(jí)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位結(jié)果.考慮到GPS單頻接收機(jī)相對(duì)雙頻接收機(jī)較大的成本優(yōu)勢(shì)，相信在不久的將來(lái)，單頻接收機(jī)將會(huì)在區(qū)域變形監(jiān)測(cè)、大氣探測(cè)、精密測(cè)繪、航空遙感等研究領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，只需一臺(tái)GPS單頻接收機(jī)便可實(shí)現(xiàn)大范圍快速實(shí)時(shí)精密測(cè)繪的夢(mèng)想必將能成為現(xiàn)實(shí).

表1 模糊度收斂時(shí)間及定位精度統(tǒng)計(jì)Table 1 The positioning RMS with fixed single－differenced L1ambiguities between satellites，and the averaged ambiguity resolution time is also given

致 謝 感謝評(píng)閱專家給出的建設(shè)性意見(jiàn)，感謝山西省測(cè)繪工程院、湖北省導(dǎo)航與位置服務(wù)中心和武漢市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院提供的CORS網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù).

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A new kind of real－time PPP method for GPS single－frequency receiver using CORS network

JIANG Wei－Ping，ZOU Xuan，TANG Wei－Ming
Research Center for Satellite Navigation and Positioning Technology，Wuhan University，Wuhan 430079，China

The method of rapid and precise positioning using relatively cheaper single－frequency receivers in a wide area has become one of the research hot spot in the present satellite geodesy at home and abroad.The author has proposed a new real－time modeling method based on the regional CORS network.And a new precise point positioning service for single－frequency receiver is also designed and realized.Through serial analysis of practical examples from the CORS networks of Shanxi Province，Hubei Province and Wuhan in China，this paper testifies the feasibility of providing real－time positioning service for single－frequency users based on the methods developed.The results verify that，for the reference network with a station separation of less than 71km，user′s single－differenced L1ambiguity can be fixed within several seconds.Once the ambiguity is fixed，the single－frequency user could gain rapid and cm－level positioning service in absolute positioning mode.Our work provides a new way for the research of single－frequency rapid and precise point positioning.

Single－frequency，Real－time，PPP，URTK，Integer ambiguity resolution

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.012

P228

2011－12－02，2012－01－16收修定稿

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41074022，41004014），武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（11P01）聯(lián)合資助.

姜衛(wèi)平，男，1972年生，湖南溆浦人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事空間大地測(cè)量和地球動(dòng)力學(xué)研究.E－mail：wpjiang＠whu.edu.cn

姜衛(wèi)平，鄒璇，唐衛(wèi)明.基于CORS網(wǎng)絡(luò)的單頻GPS實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位新方法.地球物理學(xué)報(bào)，2012，55（5）：1549－1556，

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.012.

Jiang W P，Zou X，Tang W M.A new kind of real－time PPP method for GPS single－frequency receiver using CORS network.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1549－1556，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.012.

（本文編輯 胡素芳）