姚飛娟，杜 娟，劉 星

（中國洛陽電子試驗裝備中心，河南 洛陽471000）

0 引 言

GPS精密單點定位（PPP）是在不作載波相位差分的情況下，利用全球若干IGS跟蹤站獲得的GPS觀測數(shù)據(jù)計算出精密衛(wèi)星軌道參數(shù)、精密星歷和衛(wèi)星鐘差，以及單臺雙頻GPS接收機采集的載波相位觀測值，經(jīng)后軟件處理就可實現(xiàn)數(shù)千萬平方公里乃至全球范圍內(nèi)的厘米級到分米級的動態(tài)單點定位，無需地面基準站的支持，不受作用距離的限制，大大降低了作業(yè)成本而備受各行各業(yè)用戶青睞。因而，在動態(tài)高精度測量與導(dǎo)航定位以及低軌道衛(wèi)星定軌等方面有廣泛的應(yīng)用前景[1]。但其在高動態(tài)條件下的定位精度如何影響著PPP技術(shù)更廣領(lǐng)域的應(yīng)用。利用GPS精度鑒定測姿系統(tǒng)[2－3]構(gòu)建的動態(tài)超短基線獲得的測量數(shù)據(jù)，采用PPP模式對動態(tài)站進行定位數(shù)據(jù)處理，通過動態(tài)GPS天線相位中心的空間相對距離與靜態(tài)實測距離比較，實現(xiàn)高動態(tài)GPS精密單點定位精度檢驗。以某次校飛試驗數(shù)據(jù)為例，分析得出高動態(tài)下PPP處理的實際測量精度，驗證了采用超短基線檢驗方法行之有效，具有一定的現(xiàn)實意義和工程參考價值，為GPS精密單點定位技術(shù)應(yīng)用于高動態(tài)領(lǐng)域提供了參考。

1 原理簡介

1.1 GPS高動態(tài)短基線構(gòu)造

在GPS精度鑒定校飛試驗中，GPS設(shè)備受機載加裝限制，而校飛試驗航路設(shè)計具有直航線、勻航速運動特點，為了測量飛機姿態(tài)，應(yīng)用GPS動態(tài)相對定位理論，簡化了測姿模型，利用主、副兩臺GPS接收機，天線加裝在飛機中軸線上（如圖1中的 GPS（1）和 GPS（2）所示），構(gòu)建了用于精度鑒定的機載GPS測姿系統(tǒng)[3]，實現(xiàn)了GPS高動態(tài)短基線構(gòu)造。

圖1 高動態(tài)測姿短基線示意圖

1.2 高動態(tài)精密單點定位精度比較

在精度鑒定校飛試驗中，為了快速的得到事后差分計算結(jié)果，通常在試驗時在已知點位架設(shè)基準站，移動目標站為飛機，安裝兩個雙頻GPS接收機，經(jīng)事后載波相位差分處理對移動目標進行定位和測速；利用雙動態(tài)解算軟件可得到機載動態(tài)GPS目標之間的相對位置。試驗前靜態(tài)條件下測量機載雙天線的基線長，其精度小于等于0.3 mm，以該測量值為真值；為了檢驗PPP動態(tài)實際定位精度，通過國際GNSS服務(wù)組織IGS網(wǎng)站（ftp：／／garner.ucsd.edu）下載精密星歷和鐘差，其精密星歷產(chǎn)品數(shù)據(jù)又可分為超快速衛(wèi)星星歷（IGU）、快速衛(wèi)星星歷（IGR）和最終產(chǎn)品衛(wèi)星星歷（IGS）。這些產(chǎn)品在精度、時延、更新率和采樣率等方面均有不同。大量文獻資料[4－5]已證明快速衛(wèi)星星歷和最終產(chǎn)品衛(wèi)星星歷兩種產(chǎn)品處理解算結(jié)果無明顯差別，在任務(wù)要求時間緊迫時，可采用IGR產(chǎn)品進行PPP模式解算求得定位結(jié)果。為了檢驗精密單點定位動態(tài)實際定位精度，利用IGS網(wǎng)站ftp下載IGR精密星歷數(shù)據(jù)和鐘差對機載兩個接收機記錄數(shù)據(jù)作PPP處理獲取機載雙臺GPS定位結(jié)果，之后利用基準站觀測數(shù)據(jù)與動態(tài)站觀測數(shù)據(jù)作載波相位差分處理獲得的各自定位結(jié)果；最后利用機載雙臺觀測數(shù)據(jù)作雙動態(tài)基線解算動態(tài)基線長結(jié)果；將各自結(jié)果根據(jù)空間兩點之間的距離公式（1）得到動態(tài)條件下基線的測量長度d，與真值（靜態(tài)條件下測試值）作比較，對精密單點定位結(jié)果進行檢驗。

式中，（X主，Y主，Z主）為靠近機尾的主接收機相位中心解算的大地直角坐標系下三維坐標。

為了精確客觀的分析比對精密單點定位的誤差統(tǒng)計結(jié)果，以精度最高的為真值，統(tǒng)計其殘差的平均值、方差及總誤差，從而更直觀的了解離散解算結(jié)果測量量與真值的符合度和分布情況。比對殘差序列

式中，Pdd，Psd為空間計算基線長和真值基線長。均值：

方差：

總誤差：

2 算例數(shù)據(jù)分析

為了驗證該方法的正確性和軟件有效性，利用IGS網(wǎng)站服務(wù)器提供時延為17h的IGR快速精密星歷，以2012年12月某次GPS精度鑒定飛行數(shù)據(jù)為例進行分析，接收機選用諾瓦泰GPS OEMV雙頻接收機，采樣率為20Hz，飛機航速為230m／s左右，飛行高度為8 000m左右，機載基線長為6.798 7m；各設(shè)備試驗期間運行正常，整個飛行過程數(shù)據(jù)錄取完整有效，參與比較數(shù)據(jù)PDOP值在3.2左右。選用 Waypoint軟件 GrafNav 8.1PPP處理模塊，對GPS接收機碼間偏差（DCB）[6]進行修正處理，得到機載主、副接收機PPP處理結(jié)果，經(jīng)公式（1）計算得到實時測量基線長；此外利用Waypoint軟件GrafNav 8.1軟件將地面靜態(tài)基準站數(shù)據(jù)與主副機載站數(shù)據(jù)作載波相位差分處理，并進行了卡爾曼濾波和電離層修正，將處理結(jié)果經(jīng)公式（1）計算得出動態(tài)條件下載波相位差分實時測量基線長；通過GrafMov 8.1的快速模糊度分辨算法（即KAR）完成雙動態(tài)矢量解算處理，得到高精度動態(tài)瞬時差分基線長；將三種處理方式所測得的實時基線長與真值（試驗前靜態(tài)測量所得）作差如圖2～4所示。

圖2 精密單點定位空間解算基線殘差

圖3 精密單點定位空間解算基線殘差

由圖4顯而易見，雙動態(tài)解算基線精度最高（±0.02m之間），以該模式處理結(jié)果為真值，分析統(tǒng)計PPP的動態(tài)實測定位精度，其基線的殘差均值、方差和總誤差如表1所示。

圖4 精密單點定位空間解算基線殘差

表1 動態(tài)基線長誤差統(tǒng)計

3 結(jié) 論

利用雙動態(tài)超短基線方法檢驗高動態(tài)PPP定位精度，經(jīng)試驗數(shù)據(jù)分析驗證表明，高動態(tài)條件下，通過對GPS接收機碼間偏差（DCB）[6]進行修正，PPP可實現(xiàn)分米級的定位精度；該檢驗方法方便、有效。精密單點定位技術(shù)在作業(yè)實時性、精度要求不高時可成功應(yīng)用IGR精密星歷和鐘差數(shù)據(jù)處理進行高動態(tài)、廣域精密定位。隨著PPP技術(shù)的成熟和研究的深入，可預(yù)見其在高精度導(dǎo)航鑒定領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，將在更廣范圍進入實質(zhì)性應(yīng)用。

[1]劉丙申，劉春魁，杜海濤.靶場外測精度鑒定系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

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[3]杜玉祥.精密單點定位精度分析[J].礦山測量，2010（1）：26－27.

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