朱偉剛，田厚勇，王琳琳

（長春工程學(xué)院勘查與測繪工程學(xué)院，長春130021）

0 前言

手持GPS接收機是一種結(jié)合了掌上電腦技術(shù)、GPS測量技術(shù)、無線通信技術(shù)的高集度測量終端設(shè)備。其具有體積小、便于攜帶、可全天候獨立作業(yè)的特點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于地理信息數(shù)據(jù)采集。由于手持GPS接收機采用的是偽距法定位原理，其具有定位速度快，且無多值性問題等優(yōu)點，但偽距法定位精度低，其定位誤差為10～30m，不能滿足常規(guī)測量定位精度要求。如果使用一定的方法和技術(shù)將手持GPS接收機的定位精度提高，將其應(yīng)用于測量的外業(yè)工作中，將極大地減少人力物力，提高外業(yè)工作效率［1］。

現(xiàn)階段對于手持GPS接收機的精度提升可利用SBAS技術(shù)、連接CORS站以及PPP技術(shù)。SBAS是Satellite Based Augmentation Systems的縮寫，是利用地球靜止軌道衛(wèi)星建立的地區(qū)性廣域差分增強系統(tǒng)，其通過地球靜止衛(wèi)星（GEO）發(fā)布包括GPS衛(wèi)星星歷誤差改正、衛(wèi)星鐘差改正和電離層改正的信息。CORS系統(tǒng)是指連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System），其可以向移動站發(fā)送整體的誤差改正，包括GPS的軌道誤差、電離層、對流層和大氣折射引起的誤差。PPP是Precise Point Positioning的縮寫，是一種高精度的GPS定位技術(shù)，其原理是利用GPS非差載波相位觀測值和由國際導(dǎo)航定位服務(wù)組織（International GNSS Service，簡稱IGS）提供的GPS精密星歷和鐘差，采用嚴(yán)密的絕對定位模型進行定位的。在日常的測繪工作中，SBAS技術(shù)有區(qū)域局限性，且穩(wěn)定性和可靠性不高；連接CORS站需要系統(tǒng)服務(wù)的授權(quán)，且對技術(shù)以及硬件設(shè)備要求較高，很多單位不能滿足這些條件。相對于SBAS技術(shù)、接CORS站，精密單點定位技術(shù)具有作業(yè)簡單，適于大面積和多點數(shù)定位等，更適合于提高手持GPS接收機的定位精度。

1 利用精密單點定位技術(shù)提升手持GPS接收機精度的方法

通過對精密單點定位原理的研究，理論上是可以通過手持GPS接收機用快速靜態(tài)的方法獲得原始數(shù)據(jù)，然后再用相關(guān)的精密單點定位軟件，加入精密星歷和鐘差，并獲得采集時段這一地區(qū)的電離層模型，運用精密單點定位技術(shù)解算出高精度的點位坐標(biāo)。作業(yè)流程如圖1所示。

1.1 精密衛(wèi)星星歷和鐘差的獲取

精密單點定位技術(shù)需要利用精密衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差，目前的GPS精密星歷主要由美國國防制圖局（DMA）和國際GPS服務(wù)組織（IGS）生產(chǎn)。DMA的星歷精度約為2m，IGS的星歷精度優(yōu)于5cm［2］。

本次研究所采用的是IGS提供的精密星歷。IGS提供的精密星歷和鐘差有4種，如表1所示。

圖1 精密單點定位數(shù)據(jù)處理流程

表1 IGS提供的GPS衛(wèi)星星歷及其精度

IGS所提供的數(shù)據(jù)文件類型及命名方式如表2所示。

表2 星歷﹑數(shù)據(jù)類型及其相應(yīng)文件名

其中xxxx表示GPS周，d表示GPS周中的天，h表示天中的小時數(shù)。doy表示年積日。而IGS數(shù)據(jù)分析中心之一CODE提供的30s間隔鐘差文件可以從ftp：／／cddisa.gsfc.nasa.gov／pub／－gps／products／下載。

1.2 原始數(shù)據(jù)預(yù)處理

在非差相位精密單點定位中，接收機采集的數(shù)據(jù)包含碼和載波相位觀測值。利用偽距絕對定位方法，由于解算受到多種誤差的影響，其結(jié)果只能達到10m級精度。在傳統(tǒng)的差分定位中，利用單差、雙差、三差來消除初始相位模糊度、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差等，但同時也消除了一些有用的信息。而在非差相位精密單點定位中，其采用不同的載波觀測量線性組合方法，并利用刪除觀測時段和選擇衛(wèi)星的方法探測和修復(fù)周跳、剔除野值點。在精密單點定位中，數(shù)據(jù)預(yù)處理將直接影響定位精度的高低。

1.3 電離層模型改正獲取

距地表60km到大氣層頂部為電離層，在這一層中，由于太陽的作用，大氣中的分子發(fā)生了電離，因此導(dǎo)致電磁波在傳播中產(chǎn)生延遲，并且電離層延遲隨時間、地點的變化而發(fā)生改變。隨著IGS監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)在全球范圍的增加、完善和IGS數(shù)據(jù)處理中心逐漸增強的數(shù)據(jù)處理能力，使得CODE（The Center for Orbit Determination in Europe）能夠利用全球IGS監(jiān)測站的數(shù)據(jù)計算出全球的電離層信息，并將電離層信息以IONEX格式在IGS官網(wǎng)發(fā)布。利用IONEX數(shù)據(jù)以及測站的近似坐標(biāo)就可求出電離層穿透點的TEC（Total Electron Content）值，再利用單層模型即可求得該點的電離層改正。電離層模型可以從ftp：／／ftp.unibe.ch／aiub／CODE／網(wǎng)站上下載，下載編號和精密星歷相同的.ION.Z文件，然后直接放入工程目錄中，在數(shù)據(jù)處理時，在“處理參數(shù)”中，電離層模型選擇“全球／區(qū)域模型”，然后在數(shù)據(jù)處理過程中，數(shù)據(jù)采集時間段該地區(qū)的電離層延遲誤差就會得到改正，從而提高定位精度［3］。

1.4 手持GPS接收機數(shù)據(jù)后處理

利用手持GPS接收機外業(yè)采集數(shù)據(jù)后，由于各個廠家所生產(chǎn)的儀器采集的數(shù)據(jù)格式不一致，可以利用軟件將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的Rinex文件，再將其導(dǎo)入精密單點定位解算軟件中，并在IGS網(wǎng)站下載所需的精密星歷和鐘差，以及電離層模型數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)預(yù)處理完成后，選擇處理參數(shù)，將星歷改為“精密星歷”，電離層模型選擇“全球／區(qū)域模型”，然后再進行單點定位解算，即可得到高精度的點位坐標(biāo)。

2 利用精密單點定位技術(shù)提升手持GPS接收機精度實例驗證

本次實例驗證所使用的儀器型號為南方測繪的S750G2手持機，其產(chǎn)品說明書標(biāo)稱定位精度為1～3m。軟件是徠卡公司的LGO后處理軟件，該軟件的優(yōu)點是解算精度高，能夠下載精密星歷和IGS提供的跟蹤站的精確坐標(biāo)來進行精密單點定位。

2.1 控制網(wǎng)點靜態(tài)數(shù)據(jù)采集及解算

2013年5月23日，在某開闊區(qū)域做了4個控制點，編號分別為A1、A2、A3、A4，用南方測繪公司的S86在4個控制點上同時開機，采集數(shù)據(jù)約60 min?？刂凭W(wǎng)形圖如圖2所示。

用徠卡公司的LEICA Geo Office Combined（LGO）高精度GPS解算軟件對S86靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)進行控制網(wǎng)解算，解算得控制點坐標(biāo)如表3所示。

圖2 控制網(wǎng)形圖

表3 靜態(tài)控制網(wǎng)常規(guī)解算出的坐標(biāo)及精度

由表3可知，靜態(tài)控制網(wǎng)解算的控制點的平面和高程精度都小于1mm，所以，可以將此解算出的控制點坐標(biāo)作為這4個控制點在WGS－84坐標(biāo)系下的瞬時坐標(biāo)真值。

2.2 手持GPS接收機采集數(shù)據(jù)的精密單點定位數(shù)據(jù)處理

2013年5月31日，用南方測繪的S750G2型手持GPS接收機，在A1、A2、A3、A4四個控制點上分別做5min的快速靜態(tài)，對手持機采集的數(shù)據(jù)用LGO軟件進行精密單點定位解算，導(dǎo)入IGS發(fā)布的精密星歷和衛(wèi)星鐘差，加入數(shù)據(jù)采集當(dāng)天的電離層模型改正，解算出的A1、A2、A3、A4的坐標(biāo)及其定位精度如表4所示。

表4 用精密單點定位技術(shù)解算出的坐標(biāo)及精度

由表4用精密單點定位技術(shù)解算出的坐標(biāo)及精度可見，運用精密單點定位技術(shù)后，手持GPS接收機所采集的數(shù)據(jù)解算出的點位坐標(biāo)平面精度優(yōu)于20cm，高程精度優(yōu)于30cm。

2.3 數(shù)據(jù)處理成果對比

由靜態(tài)控制網(wǎng)解算的坐標(biāo)表3與使用精密單點定位技術(shù)解算的手持GPS接收機所得到的點位坐標(biāo)表4相對比，其結(jié)果如表5所示。

由表5可知，運用精密單點定位技術(shù)解算的手持GPS接收機采集的數(shù)據(jù)結(jié)果與GPS控制網(wǎng)解算的結(jié)果對比，點位坐標(biāo)在水平方向上相差小于80cm，高程相差小于3m。

表5 解算結(jié)果對比

3 結(jié)語

本文通過對精密單點定位技術(shù)理論及手持GPS接收機的定位原理的學(xué)習(xí)和研究，得出用精密單點定位技術(shù)提升手持GPS接收機精度這一方法具有可行性，并通過實例論證，得出結(jié)論：利用精密單點定位技術(shù)對手持GPS接收機快速（大于5min）采集的數(shù)據(jù)進行后處理，可以使其定位的點位精度提高到亞米級，可滿足諸如農(nóng)村集體土地確權(quán)定位等測量工作需要。

［1］徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應(yīng)用［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2008.

［2］涂克楠.GPS精密單點定位數(shù)據(jù)處理［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2009.

［3］韋建超.GPS精密單點定位的數(shù)據(jù)處理研究［D］.長沙：中南大學(xué)，2007.

［4］黃建輝，李衛(wèi)民，蔡得罡，等.GPS精密單點定位數(shù)據(jù)解算的精度對比［J］.海洋測繪，2013（1）：15－17.

［5］鄒璇，姜衛(wèi)平，蘇利娜，等.一種利用動態(tài)參考網(wǎng)實現(xiàn)單頻接收機精密單點定位的新方法［J］.武漢大學(xué)學(xué)報：信息科學(xué)版，2013（4）：403－407.

［6］匡翠林，金蕾.精密單點定位的高階電離層誤差改正研究［J］.武漢大學(xué)學(xué)報：信息科學(xué)版，2013（8）：888－891.