李夫鵬,張超

(信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標(biāo)工程學(xué)院,鄭州 450052)

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采用超快星歷中實測鐘差進(jìn)行精密單點定位精度分析

李夫鵬,張超

(信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標(biāo)工程學(xué)院,鄭州 450052)

摘要：超快星歷是國際GNSS服務(wù)(IGS)發(fā)布的一種精密星歷文件。它不僅含有精度不低于5 cm的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù),而且包含了24 h的實測鐘差數(shù)據(jù)以及24 h的預(yù)報鐘差數(shù)據(jù),其中實測鐘差數(shù)據(jù)的精度約為0.15 ns.實驗結(jié)果表明:若采用超快星歷中實測鐘差進(jìn)行精密單點定位,當(dāng)觀測數(shù)據(jù)觀測時段為1 h時,定位誤差小于0.96 m;當(dāng)采用2 h觀測數(shù)據(jù)時,定位精度優(yōu)于0.18 m;若觀測數(shù)據(jù)時間長度增加到4 h,能進(jìn)行不低于8 cm的精密單點定位。

關(guān)鍵詞：精密單點定位;超快星歷;鐘差;插值

0引言

GPS精密單點定位技術(shù)(PPP)是指在高精度衛(wèi)星鐘差和衛(wèi)星星歷等IGS產(chǎn)品的支持下,對單個測站的非差偽距或載波相位觀測值進(jìn)行處理,獲得厘米級甚至毫米級定位結(jié)果的一種GPS定位技術(shù)[1]。精密衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差是由IGS提供的高精度事后產(chǎn)品。這些產(chǎn)品雖然精度較高,但是用戶并不能實時獲取這些數(shù)據(jù)文件。精度最高的精密星歷和精密鐘差文件每12天至14天才更新一次;精度較高的快速星歷和快速鐘差文件每2天更新一次;雖然IGS提供了更新時間間隔為6 h的超快星歷文件,但是這種星歷中包含的鐘差數(shù)據(jù)采樣間隔為15 min,用于精密單點定位時一般需要做插值處理[2-4]。

超快星歷是由全球8個IGS數(shù)據(jù)處理中心綜合加權(quán)得到的一種精密星歷,更新的時間延遲是3個小時。目前超快星歷中實測衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)的精度約為3 cm,預(yù)推軌道數(shù)據(jù)精度約為5 cm;超快星歷中含有48 h的鐘差數(shù)據(jù),其中前24 h為實測數(shù)據(jù),后24 h為外推數(shù)據(jù)。超快星歷中鐘差的實測部分精度能夠達(dá)到0.15 ns,而預(yù)報部分精度為3 ns[5-8].本文嘗試提取超快星歷中的衛(wèi)星鐘差數(shù)據(jù)的實測部分,并對15 min采樣間隔的鐘差數(shù)據(jù)進(jìn)行插值,然后，將插值結(jié)果做成標(biāo)準(zhǔn)格式鐘差數(shù)據(jù)文件用于精密單點定位,最后分析了其定位精度。

1鐘差內(nèi)插

1.1數(shù)據(jù)處理流程

超快星歷中衛(wèi)星鐘差數(shù)據(jù)的采樣間隔是15 min,而精密單點定位軟件使用的鐘差數(shù)據(jù)的采樣間隔一般為5 min.首先將15 min采樣間隔的鐘差數(shù)據(jù)線性插值為5 min時間間隔的數(shù)據(jù);將插值后的鐘差數(shù)據(jù)做成軟件能夠識別的標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)文件;采用生成的鐘差文件以及超快星歷文件進(jìn)行精密單點定位解算?；镜臄?shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1　數(shù)據(jù)處理流程

資助項目： 國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號：41174025,41174026)

聯(lián)系人： 李夫鵬 E-mail: 415179945@qq.com

1.2內(nèi)插的基本原理

(1)

它具有以下性質(zhì):

1) φj(t)可以分段表示,在每個小區(qū)間(ti,ti+1)上是線性函數(shù);

2) φj(ti)=f(ti)(i=0,1,2,…,n);

利用該函數(shù)將超快星歷中n組15min時間間隔插值成3n組5min時間間隔的鐘差數(shù)據(jù),這是線性插值方法的基本原理。

2精密單點定位結(jié)果分析

2.1實驗數(shù)據(jù)

選擇我國境內(nèi)2個IGS站點(BJFS、WUHN)以及韓國2個IGS永久跟蹤站(SUWN、DAEJ)共4個站點2015年5月20日的GPS原始觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行實驗。站點觀測數(shù)據(jù)采樣間隔為15 s,觀測時間為24 h.下載IGS當(dāng)天發(fā)布的超快星歷文件igu18453-18.sp3并對其進(jìn)行鐘差提取、鐘差內(nèi)插,將插值結(jié)果做成標(biāo)準(zhǔn)格式鐘差文件用于精密單點定位解算。

實驗采用瑞士伯爾尼大學(xué)研發(fā)的Bernese軟件進(jìn)行精密單點定位解算,將4個站點GPS周第1 845周的周坐標(biāo)作為已知坐標(biāo),同實驗結(jié)果進(jìn)行比對,確定實驗結(jié)果的精度。

為研究原始數(shù)據(jù)觀測時間長度對解算精度的影響,實驗采用預(yù)處理軟件在4個站點的原始數(shù)據(jù)中截取1 h、2 h、4 h時長的實驗數(shù)據(jù),分別進(jìn)行靜態(tài)精密單點定位解算。

2.2一小時數(shù)據(jù)解算結(jié)果

分別在BJFS、WUHN、SUWN、DAEJ四個測站原始觀測數(shù)據(jù)中截取16個時段的觀測數(shù)據(jù),每個時段觀測時間長度為1 h,提取igu18453-18.sp3中的實測鐘差數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行插值,生成標(biāo)準(zhǔn)格式預(yù)報鐘差文件。該鐘差文件中2015年5月20日18時之前的鐘差數(shù)據(jù)均為實測鐘差。采用生成的實測鐘差文件分別對四個測站1 h的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行精密單點定位解算。將解算結(jié)果同BJFS、WUHN、SUWN、DAEJ四個站點GPS周第1 845周的周坐標(biāo)對比,X、Y、Z方向的實際解算誤差由圖2所示。

圖2　各站點1 h數(shù)據(jù)定位誤差 (a) BJFS; (b) DAEJ; (c) SUWN; (d) WUHN

由圖2可知,若采用超快星歷中實測鐘差進(jìn)行精密單點定位,當(dāng)觀測時間為1 h時,定位誤差小于0.96 m,且93.8%的數(shù)據(jù)定位誤差在0.5 m以內(nèi)。因此,超快星歷中的實測鐘差可以對1 h時長的GPS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分米級的精密單點定位。

2.3兩小時數(shù)據(jù)解算結(jié)果

圖3　各站點2 h數(shù)據(jù)定位誤差(a) BJFS; (b) DAEJ; (c) SUWN; (d) WUHN

分別在BJFS、WUHN、SUWN、DAEJ四個測站原始觀測數(shù)據(jù)中截取8個時段的觀測數(shù)據(jù),每個時段觀測時間長度為2 h,提取igu18453-18.sp3中的實測鐘差數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行線性插值,生成標(biāo)準(zhǔn)格式預(yù)報鐘差文件,采用生成的實測鐘差文件分別對四個測站2 h的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行精密單點定位解算。將解算結(jié)果同BJFS、WUHN、SUWN、DAEJ四個站點GPS周第1 845周的周坐標(biāo)對比,X、Y、Z方向的實際解算誤差由圖3所示。由圖3可知,若采用超快星歷中實測鐘差進(jìn)行精密單點定位,當(dāng)使用2 h觀測數(shù)據(jù)時,各方向分量精度優(yōu)于0.18 m,定位精度高于0.1 m的數(shù)據(jù)數(shù)量為總數(shù)的87.5%.因此,超快星歷中的實測鐘差可以對2 h時長的GPS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行不低于0.18 m的精密單點定位。

2.4四小時數(shù)據(jù)解算結(jié)果

分別在BJFS、WUHN、SUWN、DAEJ四個測站原始觀測數(shù)據(jù)中截取4個時段的觀測數(shù)據(jù),每個時段觀測時間長度為4 h.采用實測鐘差文件分別對四個測站4 h的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行精密單點定位解算,將解算結(jié)果同BJFS、WUHN、SUWN、DAEJ四個站點GPS周第1 845周的周坐標(biāo)對比,X、Y、Z方向的實際解算誤差以及測站的RMS值如表1所示。

表1　4 h觀測數(shù)據(jù)定位誤差

續(xù)表

通過表1可以看出,當(dāng)GPS原始觀測數(shù)據(jù)觀測時間長度達(dá)到4 h時,采用超快星歷中實測鐘差進(jìn)行精密單點定位的RMS值均小于8 cm,其中75%的數(shù)據(jù)定位精度優(yōu)于5 cm.可以得出結(jié)論:超快星歷中的實測鐘差可以對4 h時長的GPS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行厘米級的精密單點定位。

3結(jié)束語

本文提取了超快星歷中的實測鐘差并對鐘差數(shù)據(jù)進(jìn)行了插值,將插值結(jié)果做成軟件能夠識別的標(biāo)準(zhǔn)格式鐘差文件,使用生成的實時鐘差文件以及實時獲取的超快星歷文件進(jìn)行了精密單點定位解算。實驗分別采用了不同時間長度的觀測數(shù)據(jù)來測試觀測時間對定位精度的影響。結(jié)果表明,若采用超快星歷中的實測鐘差進(jìn)行精密單點定位,當(dāng)使用1 h觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行定位時,據(jù)定位精度能夠達(dá)到分米級;當(dāng)使用2 h觀測數(shù)據(jù)時,精密單點定位精度提高到0.18 m;當(dāng)原始數(shù)據(jù)觀測時間長度為達(dá)到4 h以上時,可以進(jìn)行厘米級的精密單點定位。

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李夫鵬(1990-),男,山東曲阜人,碩士生,主要從事GNSS精密數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用研究。

張超(1972-),男,吉林白城人,教授,主要從事空間大地測量研究。

Analyzing Precise Point Positioning Precision by Using the

Measured Clock Difference in Ultrafast Ephemeris

LI Fupeng,ZHANG Chao

(CollegeofNavigationandAerospaceEngineering,Universityof

InformationEngineering,Zhengzhou450052,China)

Abstract:Ultrafast ephemeris is a precision ephemeris file International GNSS Service (Internati onal GNSS service, IGS) provided. It not only contains the satellite orbital data accuracy no less th an as 5 cm, and contains measurement clock difference data at 24 h and forecast clock difference data at 24 h, in which the accuracy of the measured data clock difference of about 0.15 ns. A large number of experimental results show that if Precise Point Positioning using the measured clock dif ference in ultrafast ephemeris, when the length of observation data is 1 h, it can decimeter level po sitioning. When using 2 h observational data, excellent positioning accuracy to 0.2 m. If the data observation time length add to 4 h, you can centimeter precise point positioning.

Key words:Precise Point Positioning; ultrafast ephemeris; clock error; interpolate

作者簡介

收稿日期：2015-06-12

中圖分類號：P228.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-9268(2015)06-0064-04

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.05.013