數(shù)據(jù)中斷對實時精密單點定位的影響分析

賴允斌,趙春梅,李子申

(1.山東科技大學測繪科學與工程學院,山東 青島 266590;

2.中國測繪科學研究院大地測量與地球動力學研究所,北京 100830;

3.中國科學院光電研究院,北京 100094)

數(shù)據(jù)中斷對實時精密單點定位的影響分析

賴允斌1, 2,趙春梅1,2,李子申3

(1.山東科技大學測繪科學與工程學院,山東 青島 266590;

2.中國測繪科學研究院大地測量與地球動力學研究所,北京 100830;

3.中國科學院光電研究院,北京 100094)

摘要：實時精密單點定位的應用日趨廣泛,而收斂速度是其優(yōu)劣的一個重要指標,在定位作業(yè)時要盡量避免多次重新收斂。利用自主研發(fā)的軟件,分析了實時觀測數(shù)據(jù)中斷對實時精密單點定位的影響。采用基于廣播星歷的實時SSR改正數(shù)據(jù)的精密軌道和鐘差進行實時精密單點定位。結(jié)果表明:連續(xù)60 s的數(shù)據(jù)中斷會導致實時精密單點定位需要重新收斂;而頻繁短時間中斷但不連續(xù)中斷的數(shù)據(jù)對實時精密單點定位影響不明顯,不會導致重新收斂。

關(guān)鍵詞：實時精密單點定位;SSR改正信息;收斂

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.03.005

中圖分類號：P228.4

文獻標志碼：A

文章編號：號： 1008-9268(2015)03-0021-04

收稿日期：2015-03-13

作者簡介

Abstract:The application of real-time precise point positioning is becoming more and more widely, and the convergence speed is an important index of its quality. People should try to avoid multiple re-convergence in the positioning work.Utilizing the self-developed software,The paper analyzed the effect on real-time precise point positioning when the real-time data were disrupted.The precise orbit and clock in real-time precise point positioning were SSR correction data which were based on broadcast ephemeris.The results show that the disruption of continuous 60 s data would lead to real-time precise point positioning converge again,but,disrupted frequently but discontinuously data had no obvious effect on real-time precise point positioning,it needs no once more convergence.

0引言

目前,實時精密單點定位(RT-PPP)的應用越來越廣泛。實時精密單點定位具有實時性、單臺接收機實現(xiàn)點位的三維位置的確定、定位不受距離限制、作業(yè)靈活等優(yōu)點[1],許多學者和研究機構(gòu)對其進行了相關(guān)的研究,取得了一系列成果[2]。武漢大學尹倩倩等通過PANDA軟件,利用國際GNSS服務(IGS)組織實時精密軌道鐘差產(chǎn)品進行實時靜態(tài)模擬動態(tài)精密單點定位,取得了厘米級的實驗結(jié)果[3]。李星星,葛茂榮等實現(xiàn)了優(yōu)于3 cm的實時定位精度[4]。但是精密單點定位(PPP)收斂都需要一段時間,數(shù)據(jù)的中斷可能會導致定位需要重新收斂,從而降低實時精密單點定位的實用性。

基于自主研發(fā)的軟件,采用基于廣播星歷的實時“國家空間表示(SSR)”改正信息的精密軌道和鐘差進行實時精密單點定位,分析了數(shù)據(jù)中斷對定位的影響,為進一步的研究提供參考。

1實時精密單點定位

1.1　實時精密軌道和鐘差

本文進行實時定位采用的是IGS播發(fā)的實時精密軌道鐘差產(chǎn)品,此產(chǎn)品是基于廣播星歷改正的實時SSR改正信息,具體信息格式參見文獻[5]。實時軌道改正數(shù)據(jù)是星固系下在軌道的徑向、切向、法向三個方向的改正數(shù),因此,需要將此改正信息轉(zhuǎn)換到地固系下再對廣播星歷進行改正[6],改正按公式(1)計算

(1)

式中: [X,Y,Z]T為改正后地固系下的精密軌道;[xB,yB,zB]T為由廣播星歷計算的衛(wèi)星坐標;[eR,eA,eC為衛(wèi)星軌道徑向、切向和法向的單位向量;[δR,δA,δC]T是由SSR改正信息計算的軌道改正數(shù)并且由式(2)計算

(2)

t時刻的衛(wèi)星精密鐘差dts由式(3)計算

(3)

式中:dt為由廣播星歷計算的t時刻的衛(wèi)星鐘差;

--------------------

聯(lián)系人： 賴允斌 E-mail: benlaigeomatics@163.com

c0為真空中的光速; ΔC由實時SSR改正數(shù)據(jù)按照式(4)計算,其中,C0,C1,C2是由改正數(shù)據(jù)給出的多項式系數(shù)。

ΔC=C0+C1(t-t0)+C2(t-t0)2

(4)

此實時SSR改正數(shù)據(jù)與IGS事后精密軌道鐘差產(chǎn)品對比,軌道精度優(yōu)于7 cm,鐘差優(yōu)于0.3 ns,可以滿足厘米級精度的動態(tài)定位[3]。需要注意的是:不同的分析中心,SSR改正信息中的改正值參考點有兩種情況:衛(wèi)星質(zhì)心(CoM)和天線相位中心(APC).

1.2　實時精密單點定位數(shù)學模型

本文采用作者自主開發(fā)的PPP軟件進行模擬實時精密單點定位實驗。采用雙頻GPS無電離層組合[7],觀測方程為

cδtr-cδts+λNIF+δtrop+δrel+δtide+

δmul+εLIF,

(5)

cδtr-cδts+δtrop+δrel+δtide+δmul+εPIF,

(6)

其中:LIF、PIF為雙頻無電離層組合觀測值;XS,YS,ZS和X,Y,Z分別為衛(wèi)星和接收機的坐標;δtr,δts分別為接收機和衛(wèi)星的鐘差;δtrop,δrel,δtide,δmul分別為對流層,相對論效應,固體潮,多路徑效應引起的誤差;εLIF,εPIF分別為載波相位和偽距的測量噪聲。

PPP參數(shù)估計采用卡爾曼濾波算法[8],參數(shù)有接收機位置,接收機鐘差,一個對流層參數(shù)以及N個模糊度參數(shù)共N+5個參數(shù)。本文并不把實時軌道鐘差數(shù)據(jù)生成SP3格式的文件再內(nèi)插,而是把一個歷元恢復得到精密軌道鐘差直接進行PPP定位,然后再計算下一個歷元。這樣更能反映實時定位的真實情況。具體處理流程如圖1所示。

圖1　RT-PPP定位計算流程

2模擬實時定位實驗

本文分析了實時數(shù)據(jù)中斷對實時精密單點定位的影響。分別進行了兩種實驗方案:1) 分析數(shù)據(jù)連續(xù)中斷對定位的影響; 2) 分析數(shù)據(jù)的頻繁短時間中斷對定位的影響。實驗采用的數(shù)據(jù)為2015年1月2日8:00:00-11:00:00AREV觀測站的碼和相位觀測數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采樣間隔為1s,以及由CLK80播發(fā)的實時軌道鐘差改正數(shù)據(jù)。

2.1　數(shù)據(jù)連續(xù)中斷對定位的影響

此方案分析數(shù)據(jù)連續(xù)中斷對定位的影響。在第5 000個歷元后,分別刪除連續(xù)1,10,20,30,40,50,60,70,80,90個歷元,分別進行實時靜態(tài)定位實驗。實驗結(jié)果如圖2～圖6所示。

圖2　數(shù)據(jù)無中斷的定位過程

圖3　數(shù)據(jù)中斷1 s的定位過程

圖4　數(shù)據(jù)中斷50 s的定位過程

圖5　數(shù)據(jù)中斷60 s的定位過程

圖6　數(shù)據(jù)中斷70 s的定位過程

由圖2～6所示可得,連續(xù)60個歷元,即連續(xù)60s的數(shù)據(jù)中斷會對定位造成極大的影響,導致實時PPP需要重新收斂,而低于50s的連續(xù)中斷對定位影響不明顯。原因是在PPP濾波估計參數(shù)時,相鄰歷元是相關(guān)的,當數(shù)據(jù)中斷時間長時,歷元間的相關(guān)性減弱,模糊度需要重置,導致定位不準確。由于篇幅有限,只展現(xiàn)數(shù)據(jù)沒有中斷,中斷1s,連續(xù)中斷50s,60s,70s的定位過程。

2.2　數(shù)據(jù)頻繁不連續(xù)中斷對定位的影響

此方案分析數(shù)據(jù)的頻繁短時間中斷,但不連續(xù)中斷對定位的影響。在第5000個歷元后,每隔一個歷元刪除一個歷元和50個歷元,進行實時靜態(tài)定位實驗。實驗結(jié)果如圖7～圖8所示。由圖7～圖8可得,數(shù)據(jù)頻繁但不連續(xù)的中斷對定位的影響不明顯,刪除50個歷元時,精度稍微變差。原因是數(shù)據(jù)短時間的中斷對相鄰歷元間的相關(guān)性影響不大。

圖7　數(shù)據(jù)頻繁但不連續(xù)中斷1 s的定位過程

圖8　數(shù)據(jù)頻繁但不連續(xù)中斷50 s的定位過程

3結(jié)束語

精密單點定位收斂都需要一定的時間,如果數(shù)據(jù)中斷造成PPP頻繁地重新收斂將會極大地降低實時精密單點定位的實用性。通過本文的分析得出:數(shù)據(jù)的連續(xù)中斷會導致PPP需要重新收斂,而相鄰歷元時間間隔不大,頻繁但不連續(xù)的中斷對定位影響不明顯。原因是在PPP濾波估計參數(shù)時,相鄰歷元是相關(guān)的,數(shù)據(jù)的中斷會降低歷元間的相關(guān)性。因此,進行實時PPP定位時,應盡量避免超過60s的長時間信號遮擋;盡量降低由于網(wǎng)絡等因素造成數(shù)據(jù)中斷;在定位作業(yè)時不要采用采集頻率過低的數(shù)據(jù),并且發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷時,不能馬上接著進行定位作業(yè)。此外,本文的分析結(jié)果也可以供其他學者的進一步研究提供參考。

參考文獻

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[2]李征航,張小紅. 衛(wèi)星導航定位新技術(shù)及高精度數(shù)據(jù)處理方法[M].武漢:武漢大學出版社, 2009.

[3]尹倩倩,樓益棟,易文婷.實時產(chǎn)品比較與分析[J].大地測量與地球動力學, 2012, 32(6):123-128.

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[7]張小紅.動態(tài)精度單點定位(PPP)的精度分析[J].全球定位系統(tǒng), 2006,31(1):7-11.

[8]易重海.實時精密單點定位理論與應用研究[D].長沙：中南大學,2011.

賴允斌(1989-),男,江西贛州人,碩士生,主要研究方向為實時精密單點定位。

趙春梅(1971-),女,山東臨沂人,博士,研究員,主要從事衛(wèi)星精密定位與定軌研究。

李子申(1984-),男,河北石家莊人,博士,助理研究員,主要研究方向為GNSS/BDS精密定位與電離層。

The Influence Analysis of Real Time Precise Point

Positioning Based on Data Disruption

LAI Yunbin1,2,ZHAO Chunmei1,2,LI Zishen3

(1.CollegeofGeomatics,ShandongUniversityofScienceand

Technology,Qingdao266590,China;

2.InstituteofGeodesyandGeodynamics,ChinseseAcademyofSurveying

andMapping,Beijing100830,China;

3.AcademyofOpto-Electronics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100094,China)

Key words: Real-time precise point positioning; SSR correction data; convergence