單雙衛(wèi)星系統(tǒng)差分定位效果比較方案設計與分析

摘 要：當前，CORS系統(tǒng)主要分為GPS單系統(tǒng)以及GPS/GLONASS雙系統(tǒng)兩大類，雙系統(tǒng)下的定位效果是否真正優(yōu)于GPS單系統(tǒng)一直是用戶關注的問題。在單基準CORS環(huán)境下，設計構造了與已知點比較法、反算基線長法、動態(tài)同步觀測法、動態(tài)規(guī)則幾何軌跡法四種方案，比較單（GPS）、雙系統(tǒng)（GPS/GLONASS）的定位效果。實驗分析表明雙系統(tǒng)下的定位效果普遍優(yōu)于單系統(tǒng)。

關鍵詞：單基站CORS 定位效果 RTK GPS/GLONASS系統(tǒng)

中圖分類號：P228文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0044-04

隨著GPS技術的飛速進步和應用普及，衛(wèi)星導航定位技術在測量工作中的作用已越來越重要。當前，利用基于連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務綜合系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System，縮寫為CORS）建立的多基站網絡RTK技術建立已成為城市GPS應用的發(fā)展熱點之一。CORS系統(tǒng)集衛(wèi)星定位技術、數(shù)字通訊技術、計算機網絡技術等高新科技為一體，主要由基準站網、數(shù)據(jù)處理中心、終端用戶應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)四個部分組成，能夠為終端用戶提供實時厘米級高精度定位服務。當前，CORS系統(tǒng)主要分為GPS單系統(tǒng)以及GPS/GLONASS雙系統(tǒng)兩大類，雙系統(tǒng)下的定位效果是否真正優(yōu)于GPS單系統(tǒng)一直是用戶關注的問題。為此，該文通過設計不同環(huán)境（空曠的地點、周圍建筑物較多的地點）下，基于單系統(tǒng)（GPS）與雙系統(tǒng)（GPS/GLONASS）進行實時定位測量，并采用已知點比較法、反算基線長法、動態(tài)同步觀測法、動態(tài)規(guī)則幾何軌跡法等方法獲取實驗數(shù)據(jù)，總結比較分析單系統(tǒng)（GPS）與雙系統(tǒng)（GPS/GLONASS）下單基站CORS實時定位效果。

1 單基站CORS的基本原理

單基站CORS，就是只有一個連續(xù)運行參考站，類似于常規(guī)RTK，所不同的是基準站是固定連續(xù)運行的，且系統(tǒng)一般含有數(shù)據(jù)處理中心服務器。首先，基準站實時接收衛(wèi)星信號，并把觀測數(shù)據(jù)通過內網或VPN專網發(fā)送至服務器，服務器控制中心軟件接收到數(shù)據(jù)后進行處理，生成不同類型的差分數(shù)據(jù)格式。一旦移動用戶通過GPRS＼CDMA網絡向服務器發(fā)出請求，服務器通過Internet將差分數(shù)據(jù)發(fā)送給不同需求用戶，輔助用戶實現(xiàn)高精度定位。此外，通過服務器同時也可以實時查看衛(wèi)星狀態(tài)、存儲靜態(tài)數(shù)據(jù)及監(jiān)控移動站作業(yè)情況。

2 單基站CORS下單雙系統(tǒng)定位效果實驗方案設計

2.1 與已知點比較法

與已知點比較法是CORS系統(tǒng)通過實時定位得到的結果進行精度評定最常用的一種方法。在CORS系統(tǒng)所能覆蓋區(qū)域內選擇有代表性的、環(huán)境因素有一定差異的檢測點。通過實際的需要，運用靜態(tài)測量得到各個檢測點的測量值，在采用第三方軟件解算出各點較為準確的坐標，以作為檢測點坐標真值。將移動RTK接收機架設在已知檢測點上分別采用單系統(tǒng)（GPS）和雙系統(tǒng)（GPS/GLONASS）實時定位的功能進行測量并作記錄，要注意的是RTK的架設一定要嚴格對中且在一個已知點上必須完成不同系統(tǒng)下的測量才能轉到另一個檢測點，最終對實時定位結果進行統(tǒng)計分析，得到檢測點上實時定位的內、外符合精度。

2.2 反算基線長比較法

反算基線長法主要是在選定的三個點（A、B、C）上先使用GPS的靜態(tài)測量模式，再在不移動儀器的條件下，改用單、雙系統(tǒng)進行實時的動態(tài)測量，得到相關數(shù)據(jù)后，對靜態(tài)測量的數(shù)據(jù)使用第三方軟件解算出三個點兩兩之間的基線長作為基準，在對不同系統(tǒng)下運動兩點間公式進行求解，最終將得到的數(shù)據(jù)與靜態(tài)測量的數(shù)據(jù)進行比較就得到表2的結果。

2.3 動態(tài)同步觀測比較法

動態(tài)同步觀測法主要是對相距不遠的、已知坐標的A，B兩點進行同步觀測。具體的是在A點架設GPS接收機使用單系統(tǒng)工作環(huán)境，在B點架設GPS接收機使用雙系統(tǒng)的工作環(huán)境進行同步觀測2h并記錄下，然后對實時定位結果進行統(tǒng)計分析，得到A，B兩點的測量中誤差以及分別在x，y方向的波動統(tǒng)計圖表。這樣就可以做到盡可能的排除環(huán)境因素（衛(wèi)星分布、數(shù)量）等的影響。

2.4 動態(tài)軌跡比較法

動態(tài)軌跡法基本思想是將RTK接收機沿著固定方向的、有規(guī)則的軌跡以一定的速度進行測量，比較RTK定位獲得的軌跡與實際軌跡之間的偏離值，以此來衡量用戶定位精度。動態(tài)軌跡法的一種常用方法如圖2所示。

選擇一個規(guī)則的矩形軌跡，將不同系統(tǒng)下的兩臺RTK接收機調節(jié)到自動測量模式，后讓不同系統(tǒng)的接收機并排的從A出發(fā)沿著A-B-C-D的順序運動，在角點A，B，C，D做短暫的停留并記下各自在測量任務中的點號，這樣不僅能檢驗RTK接收機的運動軌跡偏差，而且還檢驗在特征點（A，B，C，D）的定位精度，結合兩者可以反映RTK接收機在CORS系統(tǒng)下的動態(tài)定位偏差。

由于網絡RTK定位測量存在誤差，測出的運動點的位置可能會偏離直線，可以認為網絡RTK定位點到直線的距離越大，表示精度越差。

由圖3可以很明顯的看出單系統(tǒng)的波動性要大于雙系統(tǒng)的波動性，也就是說雙系統(tǒng)比較穩(wěn)定，同樣在表4中的數(shù)據(jù)也是說明了這一點，單系統(tǒng)的方差值為1307.12×10-5 而雙系統(tǒng)的方差值為800.738×10-5。雙系統(tǒng)的方差較小，所以波動性較小，也就是較單系統(tǒng)的定位穩(wěn)定性好。

由以上4個實驗結果的分析可以看出，總體來說，雙系統(tǒng)的定位精度較高，定位穩(wěn)定性更好，可靠性更高。

3 結語

基于單基站CORS，設計構造了單系統(tǒng)（GPS）與雙系統(tǒng)（GPS/GLONASS）定位效果的比較方案，通過與已知點比較法、反算基線長比較法、動態(tài)同步觀測比較法和動態(tài)規(guī)格幾何軌跡4種不同的方案進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析，實驗表明在單基站CORS下，雙系統(tǒng)的定位的精度、穩(wěn)定性要優(yōu)于單系統(tǒng)。

參考文獻

[1]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）：1-3.

[2]邸國輝，程崇木.GPS/GLONASS組合測量的比較分析[J].城市勘測，2006，10（2）：1-4.

[3]王智超，張琛，尉紅波，等.單基站CORS系統(tǒng)的定位精度研究[J].全球定位系統(tǒng)，2012，37（3）：1-3.

[4]黃聲亨，郭英起，易慶林.GPS在測量工程中的應用[M].北京：測繪出版社，2007：92-152.

[5]孫洪瑞，沈云中，周澤波.GPS/GLONASS組合點定位模型及其精度分析[J].測繪工程，2009，18（1）：1-3.

[6]謝世杰，奚有根.RTK的特點與誤差分析[J].測繪工程，2002，11（2）：1-4.

[7]劉濤.單基站CORS-RTK轉換參數(shù)與數(shù)據(jù)處理[J].地理空間信息，2010，25（6）：1-3.

[8]趙永強，杜明成，孫國強.關于CORS系統(tǒng)的布設及精度探討[J].測繪與空間地理信息，2011，34（4）：1-3.

[9]王鍇華，徐愛功.基于單基站CORS的RTK精度與距離測試[J].礦山測量，2012（1）：1-4.

[10]徐紹全.GPS測量原理與應用[M].武漢：武漢大學出版社，2007.