【摘 要】GPS的發(fā)展是從相對定位方式向絕對定位方式，測量精度不斷提高。精度單點(diǎn)定位是一種絕對定位方式，其基本思路是消除各類誤差對測量精度的影響。本文首先分析了精度單點(diǎn)定位的原理，在此基礎(chǔ)上，分析了影響精度單點(diǎn)定位的主要誤差，論文最后分析了這些誤差形成的原因以及改正方法。

【關(guān)鍵詞】定位 改正模型 精密單點(diǎn)定位 誤差

一、引言

GPS技術(shù)的快速發(fā)展，使其在測量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，GPS最初的定位方式主要采用相對定位，從碼相對定位到RTK，GPS定位的精度在不斷提高。相對定位是采用多臺接收機(jī)聯(lián)測，根據(jù)多臺接收機(jī)測量的雙差，來消除接收機(jī)公共誤差，這些誤差包括鐘差何衛(wèi)星鐘差等，也包含消除其他方面的誤差。這種方式的解算模型比較簡單，并且定位精度也比較高，這主要是由于不需要考慮復(fù)雜的誤差模型。但相對定位的方式中，至少有一臺接收機(jī)置于已知站上連續(xù)觀測，使其作業(yè)效率降低，另外，在一些測量地區(qū)由于條件限制，同步測量條件很難滿足，當(dāng)基準(zhǔn)站與用戶站的距離增加時(shí)，由于流層延遲、電離層延遲的影響，要達(dá)到預(yù)期的測量精度，就必須延長觀測時(shí)間。絕對定位也稱單點(diǎn)定位，單點(diǎn)定位方式早期也稱為傳統(tǒng)的單點(diǎn)定位方式，這種單點(diǎn)定位方式與精密定位不同，傳統(tǒng)單點(diǎn)定位是利用碼偽距觀測值和衛(wèi)星軌道參數(shù)誤差以及衛(wèi)星鐘改正數(shù)誤差，數(shù)據(jù)采集比較簡單，用戶只需在任意時(shí)刻用一臺GPS接收機(jī)獲得WGS284 坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。精密單點(diǎn)定位（ Precise Point Positioning，PPP）技術(shù)是由美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的Zumberge 等人在1997年首先提出的。其基本思路是通過消除電離層延時(shí)的影響和觀測方程中的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)，再根據(jù)給定衛(wèi)星的軌道和精密鐘差（可以由International GNSS Service，IGS組織提供），采用采用精密的觀測模型，解算出精確坐標(biāo)。

二、精密單點(diǎn)定位的主要誤差

影響精密單點(diǎn)定位的精確度的提高主要由于其有效地消除或者減弱了誤差，它消除誤差的方法不同于傳統(tǒng)的方式，由于精密單點(diǎn)定位是采用非差觀測值，因此不能通過組成分觀測值的方式消弱或者消除。所以精密單點(diǎn)定位需要采取另外的消除或者減弱誤差的方法。影響精密單點(diǎn)定位的誤差可以分為三類：（一）觀察誤差；（二）衛(wèi)星誤差；（三）傳播誤差。

三、誤差改正模型

（一）觀察誤差的改正

觀察誤差主要是接收機(jī)鐘差及接收機(jī)天線相位誤差。接收機(jī)鐘差是接收機(jī)的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的差值。接收機(jī)鐘差主要通過影響衛(wèi)星位置和站星幾何距離的計(jì)算來影響定位。由于接收機(jī)的鐘差引起的衛(wèi)星誤差不同，只要估計(jì)好接收機(jī)的鐘差就能消除衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算的影響。

天線相位中心是指發(fā)射或者接收信號點(diǎn)，接收機(jī)天線相位誤差是指天線相位中心與天線參考點(diǎn)之間的差值。天線相位中心的影響可以通過模型改正方法來消除。

地球自轉(zhuǎn)改正。坐標(biāo)參照系是隨著地球自轉(zhuǎn)而變化，如WGS-84屬于地心地固坐標(biāo)系，ITRF屬于地固坐標(biāo)系。衛(wèi)星信號發(fā)射時(shí)刻和信號接收時(shí)刻所對應(yīng)的地固系是不同的，所以在地固坐標(biāo)系中計(jì)算衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離時(shí)，就需要考慮地球自轉(zhuǎn)的影響。地球自轉(zhuǎn)引起的距離改正為：

其中分別表示觀測站位置的三維坐標(biāo)，分別表示衛(wèi)星位置的三維坐標(biāo)，是地球自轉(zhuǎn)角速度，C是真空中光速。

該距離改正量對衛(wèi)星坐標(biāo)的改正采用IERS 標(biāo)準(zhǔn)中提出的改正方法。

地球固體潮改正。由于地球不是剛性物體，它在其他星球的引力作用下，地球表面在星球萬有引力的作用下，使地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)時(shí)的周期與地心不一致，這就形成一種周期性的變形，這種現(xiàn)象稱為地球固體潮?？稍诘厍蚬腆w潮的作用下，觀測站的坐標(biāo)將會周期性地變化，在垂直方向上的最大位移可以達(dá)到80厘米。地球固體潮改正是為了消除這種影響，在相對定位中一般采用差分方式來消除，但在精密單點(diǎn)定位中不能采用差分方式，一般采用IERS 標(biāo)準(zhǔn)模型來改正。

（二）衛(wèi)星誤差的改正

衛(wèi)星的誤差主要包括衛(wèi)星鐘差和衛(wèi)星軌道誤差等。衛(wèi)星鐘差是指衛(wèi)星鐘的頻率漂移引起的衛(wèi)星鐘時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)GPS時(shí)間的差值。衛(wèi)星的鐘差會影響衛(wèi)星坐標(biāo)與站星幾何距離的計(jì)算，一般要保證該值不大于一微秒。其改正方法一般是事先估計(jì)其大小，再用觀測方程來消除其影響。衛(wèi)星軌道誤差是指衛(wèi)星星歷中給出的或者報(bào)據(jù)衛(wèi)星星歷計(jì)算出的衛(wèi)星位罝與真實(shí)的衛(wèi)星位置之間的差值。目前對該誤差的改正也采用內(nèi)插法。衛(wèi)星質(zhì)量中心的坐標(biāo)是精密星歷給出的衛(wèi)星坐標(biāo)，但是衛(wèi)星天線相位中心是指衛(wèi)星發(fā)射信號的位置，這樣就形成了誤差，即衛(wèi)星質(zhì)心和衛(wèi)星天線相位中心之間的偏差，這個(gè)變差就是衛(wèi)星天線相位中心偏差。這個(gè)誤差的改正方法類似接收機(jī)天線相位中心改正方法。

（三）傳播誤差的改正

在傳播過程中，對流層延遲和電離層延遲等會引起傳播誤差。由于電磁波在電離層中傳播的速度和路徑會發(fā)生變化，因此利用信號傳播時(shí)間和光速得到的距離觀測值與信號源到接收機(jī)之間的真實(shí)幾何距離就存在差異，這就引起了電離層延遲。目前用的比較的多的改正方法是采用國際電離層模型和Klobuchar模型。對于對流層延遲的改正模型主要有Hopfield模型、Saastanioinen模型和Black模型等。

在信號傳播有關(guān)的誤差中還有一類誤差，那就是處于測站附近的反射物所反射的衛(wèi)星信號進(jìn)入接收機(jī)天線和直接來自衛(wèi)星的信號產(chǎn)生干涉，從而引起誤差，這個(gè)誤差稱為多路徑效應(yīng)誤差。多路徑效應(yīng)誤差改正方法一般要選擇合適的地址測量，讓天線地點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離反射體，另外也可以通過小波分析等方法來消除這個(gè)誤差。

四、結(jié)束語

精密單點(diǎn)定位技術(shù)的基本思路是從消除誤差出發(fā)來提高測量精度，在GPS測量中，誤差來自三個(gè)方面，與衛(wèi)星相關(guān)的誤差、與觀察相關(guān)的誤差和與傳播相關(guān)誤差。本文在分析精密單點(diǎn)定位原理的基礎(chǔ)上，闡述了改正這些誤差的思路和方法。

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