精密星歷類(lèi)型對(duì)實(shí)時(shí)長(zhǎng)距離差分動(dòng)態(tài)定位的影響分析

郭敏

(河南理工大學(xué) 測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院,河南 焦作 454003)

精密星歷類(lèi)型對(duì)實(shí)時(shí)長(zhǎng)距離差分動(dòng)態(tài)定位的影響分析

郭敏

(河南理工大學(xué) 測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院,河南 焦作 454003)

隨著流動(dòng)站遠(yuǎn)離基準(zhǔn)的距離,其間的距離超過(guò)30 km,流動(dòng)站往往無(wú)法獲得固定解,為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離動(dòng)態(tài)差分的實(shí)時(shí)處理,往往選擇GAMIT軟件中的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)處理模塊TRACK,獲得實(shí)時(shí)位移序列。為解算流動(dòng)站的坐標(biāo)并提高其精度,測(cè)繪工作者幾乎選擇事后精密星歷(IGS)。但I(xiàn)GS星歷時(shí)延遲很長(zhǎng)(一般12 h),為提高時(shí)間效率,本文在處理流動(dòng)站的數(shù)據(jù)時(shí),分別使用了快速星歷(IGR)和事后精密星歷(IGS),通過(guò)比較兩者結(jié)果高度吻合。研究結(jié)果表明GAMIT軟件解算GNSS站的測(cè)站坐標(biāo)、天頂延遲、鐘差等的數(shù)據(jù)精度與選擇精密星歷的類(lèi)型幾乎無(wú)關(guān),對(duì)測(cè)繪人員選擇星歷具有重要的參考價(jià)值。

GAMIT;TRACK;精密星歷;動(dòng)態(tài)差分定位

0 引 言

GAMIT是GNSS高精度數(shù)據(jù)后處理軟件,主要是應(yīng)用于GNSS高精度數(shù)據(jù)處理研究、分析等,它是由美國(guó)麻省理工學(xué)院和斯克利普斯海洋研究所開(kāi)發(fā)的GNSS處理軟件[1]。通過(guò)GAMIT可以解算衛(wèi)星軌道、鐘差、整周模糊度、大氣延遲、測(cè)站坐標(biāo)等。GAMIT使用最小二乘估算GNSS站的相對(duì)位置、天頂延遲參數(shù)及軌道和地球自轉(zhuǎn)參數(shù),并通過(guò)使用相位觀測(cè)的雙差值來(lái)解算整周模糊[2-3]。GAMIT用戶(hù)可根據(jù)需要進(jìn)行人工干預(yù)數(shù)據(jù)處理,短基線精度可達(dá)1～3 mm,成為目前最優(yōu)秀的GNSS定位和定軌數(shù)據(jù)處理分析軟件之一,在全球范圍得到了廣泛的應(yīng)用[4-5]。它采用的雙差處理模式,雙差模式可以有效消除接收機(jī)和衛(wèi)星鐘差引起的相位誤差變化,對(duì)于測(cè)站之間雙差模型也有效的消除了衛(wèi)星軌道誤差,還可以消除接收機(jī)和衛(wèi)星之間初始相位偏差,使模糊度具有整周性。但是選擇星歷計(jì)算坐標(biāo)時(shí),往往選擇是事后精密星歷(IGS),事后精密星歷“時(shí)延”時(shí)間長(zhǎng)。為了提高時(shí)間效率,本文用GAMIT軟件中的TRACK模塊分別選擇快速星歷(IGR)和事后精密星歷(IGS)進(jìn)行計(jì)算比較。

1 TRACK實(shí)時(shí)處理原理及實(shí)時(shí)解算的流程

1.1TRACK實(shí)時(shí)處理原理

TRACK是GAMIT的一個(gè)動(dòng)態(tài)定位程序模塊,能夠處理GNSS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流中的偽距和相位觀測(cè)值,能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理流動(dòng)數(shù)據(jù),TRACK通過(guò)參數(shù)估計(jì),可以處理GNSS動(dòng)態(tài)單歷元數(shù)據(jù),并且可以通過(guò)上個(gè)歷元的解算結(jié)果和參數(shù)估計(jì)結(jié)果就可以確定本歷元的結(jié)果[6],對(duì)于短基線而言(lt;10 km)電離層延遲可以認(rèn)為為“零”,隨著站間距增大,電離層延遲差異大增大,對(duì)流層也是如此,TRACK利用組合技術(shù)很難分別確定L1和L2整周數(shù)。使用消電離組合LC、觀測(cè)值寬巷(NWL)組合和超寬巷(NEWL)組合觀測(cè)值來(lái)解算整周模糊度,解算結(jié)果為整周模糊度的浮點(diǎn)解[7-8]。用TRACK模塊解算出流動(dòng)站坐標(biāo),為了提高流動(dòng)站的坐標(biāo)精度,用IGS還是用IGR星歷一直是大地測(cè)量工作者關(guān)心的熱點(diǎn)

(φL1-φL2) ，

(1)

其中,fL1、fL2分別為 L1、L2載波的頻率；φL1、φL2分別為載波L1、L2的相位觀測(cè)值；ρL1、ρL2分別為 L1、L2載波的偽距觀測(cè)值。

(2)

LC=2.546NL1-1.98NL2.

(3)

寬巷組合觀測(cè)值是相位和偽距組合觀測(cè)值對(duì)NL1-NL2的估計(jì)。測(cè)距的精度對(duì)寬巷組合NWL的影響不大,但對(duì)流層、電離層延遲對(duì)其影響很明顯。TRACK利用卡爾曼濾波估計(jì)參數(shù),設(shè)各整周模糊度參數(shù)為-1,隨濾波逐步推進(jìn),整周模糊度參數(shù)會(huì)逐步收斂穩(wěn)定,通過(guò)觀測(cè)值寬巷(NWL)組合和超寬巷(NEWL)組合觀測(cè)值和當(dāng)前值比較,并判斷周跳,重新進(jìn)行模糊度固定[9]。

1.2實(shí)時(shí)解算的流程

德國(guó)大地測(cè)量局開(kāi)發(fā)了基于Internet的Ntrip協(xié)議,并開(kāi)發(fā)了相關(guān)軟件(BNC),解決了GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和解碼的問(wèn)題,BNC軟件通過(guò)TCP/IP端口和GNSS接收機(jī)的IP地址,接收RTCM3.0格式的GNSS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流并進(jìn)行解碼。圖1為T(mén)RACK實(shí)時(shí)解算的流程圖[4],有了流程和原理,接下來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

圖1 TRACK實(shí)時(shí)解算的流程圖

2 數(shù)據(jù)的解算分析

掌握了TRACK原理及解算流程,用其解算流動(dòng)站坐標(biāo)之前,先了解衛(wèi)星精密星歷的情況,精密星歷又分為最終精密星歷(IGS)、快速精密星歷(IGR)及預(yù)報(bào)精密星歷(IGU)。衛(wèi)星軌道及衛(wèi)星鐘差更新時(shí)間與質(zhì)量指標(biāo)如表1所示[4-5]:這里采用最終精密星歷(IGS)、快速精密星歷(IGR),用TRACK軟件分別求出流動(dòng)站所對(duì)應(yīng)歷元的坐標(biāo),進(jìn)而分析它們的差別。

表1 IGS衛(wèi)星軌道及鐘差產(chǎn)品

1) 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備:動(dòng)態(tài)差分定位得到是動(dòng)態(tài)觀測(cè)站相對(duì)于參考站的三維坐標(biāo)差及其單位權(quán)中誤差,從而得到觀測(cè)站的真實(shí)坐標(biāo)。工程算例:“2012年7月21日,1基準(zhǔn)站+1流動(dòng)站數(shù)據(jù),采樣間隔1 s,流動(dòng)站qxja;觀測(cè)時(shí)間:2012年7月21日0～1時(shí),流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間的距離超過(guò)52 km?；鶞?zhǔn)站:選用IGS站LHAZ,精密星歷:igr16976.sp3和igs16976.sp3”.

2) 選擇 IRS和IGR星歷分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理:首先用igs精密星歷進(jìn)行計(jì)算,在Linux系統(tǒng)用戶(hù)目錄下準(zhǔn)備好文件:igs16976.sp3,lhzz203-12.12o,qxja203-12.12o,track.cmd,track.txt 根據(jù)實(shí)際觀測(cè)情況對(duì)track.cmd控制文件進(jìn)行修改,然后在終端輸入命令,計(jì)算得出了流動(dòng)坐標(biāo)的結(jié)果文件 TRAK203-12.NEU.qxja.LC,圖2示出了流動(dòng)站在平面方向的運(yùn)動(dòng)軌跡。橫坐標(biāo)歷元是以“ s”為單位,縱坐標(biāo)分別是北方向和東方向的坐標(biāo)以“m”為單位。

同理,用igr精密星歷進(jìn)行計(jì)算,只是把文件igs16976.sp3換為文件igr16976.sp3,在控制文件track.cmd進(jìn)行修改,僅把精密星歷igs改為igr設(shè)置,如圖3所示,然后進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果TRAK203-12.NEU.qxja.LC,圖4示出了流動(dòng)站在平面方向的運(yùn)動(dòng)軌跡。

圖2 坐標(biāo)分量

圖3 TRACK控制文件修改

圖4 坐標(biāo)分量

從以上圖與數(shù)據(jù)可知,Track進(jìn)行動(dòng)態(tài)差分是選擇精密星歷的類(lèi)型對(duì)定位精度影響甚小。但是隨著基準(zhǔn)站與流動(dòng)之間基線的增加,流動(dòng)的定位誤差有所增加,對(duì)于高度方向的影響也是如此[10]。

3 結(jié)束語(yǔ)

從原理及流程上對(duì)GAMIT軟件的TRACK模塊進(jìn)行分析,并用該模塊對(duì)獲得的流動(dòng)站數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,分別選用兩種不同精密星歷類(lèi)型對(duì)計(jì)算出的流站坐標(biāo)進(jìn)行比較分析,試驗(yàn)結(jié)果表明兩種星歷對(duì)流動(dòng)站的坐標(biāo)差別甚小。人們往往選擇最終精密星歷,通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明,IGS比IGR在TACK模塊差分定提高1～3 cm,所以滿(mǎn)足定位精度要求的同時(shí),可以選擇IGS或IGR星歷。當(dāng)然對(duì)于非差模型,兩種星歷定位的差別甚大。

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ImpactAnalysisofLong-distanceReal-timeDynamicDifferentialPositioningBasedonEphemerisType

GUOMin

(SchoolofSurveyingamp;LandInformationEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China)

The roving station often can’t obtain the fixed solution when it is more than 30 km between the distance of them with distance away from the reference station. To achieve the real-time processing of the real-time dynamic difference over a long distance, the choice of the GAMIT software almost real-time kinematic TRACK processing module, real-time deformation sequence. TRACK module of GAMIT software is almost chosen to process real-time dynamic difference data over a long distance to achieve real-time deformation sequence. Surveying and mapping workers almost all choose IGS to calculate the of coordinates of roving station and improve the precision of coordinates,but time delay of IGS ephemeris is very long (generally 12 hours), the efficiency of time is low. To solve the problem, the authors do experiments that using the rapid ephemeris (IGR) and precise ephemeris afterwards (IGS) are respectively process the data of roving station. The results of experiments are highly. corresponding. Research results show that has very little to do with choosing the type of precise ephemeris which is used the TRACK module of GAMIT software is used to process data accuracy of station-coordinates, zenith delay and clock error etc. The conclusion has important reference value to surveying and mapping workers in the aspect of improving the time-efficiency.

GAMIT; TRACK; precise ephemeris

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.05.010

P228.4

A

1008-9268(2017)05-0049-04

2017-04-14

國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):41474021); 校青年基金項(xiàng)目(編號(hào)：Q014-02A)

聯(lián)系人: 郭敏 E-mail: guominsj@126.com

郭敏(1980-),女,講師,碩士,主要從事GNSS技術(shù)方面的教學(xué)與科研工作。