郭金雨 蔣盛吉

(北京交通大學(xué)海濱學(xué)院，河北 黃驊 061100)

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GPS手持機(jī)時(shí)間序列差分技術(shù)研究

郭金雨 蔣盛吉

(北京交通大學(xué)海濱學(xué)院，河北 黃驊 061100)

針對(duì)大部分GPS手持機(jī)處理程序進(jìn)行相位差分比較困難的問(wèn)題，提出基于時(shí)間序列的位置差分方法提高手持GPS接收機(jī)定位精度，并利用天寶手持機(jī)GeoExplorer系列中的GeoXT手持機(jī)，對(duì)基于時(shí)間序列的位置差分方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在觀測(cè)條件良好情況下，經(jīng)過(guò)基于時(shí)間序列的位置差分方法的后處理可以使GeoXT手持機(jī)定位精度達(dá)到亞米級(jí)。

差分GPS，時(shí)間序列差分，位置差分

0 引言

由于GPS手持接收機(jī)具有機(jī)身體積小，攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，定位迅速且儀器價(jià)格便宜等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于精度要求較低的測(cè)量工程，如工程初勘、選線、找點(diǎn)以及地形圖測(cè)繪等應(yīng)用來(lái)說(shuō)GPS手持機(jī)不失為一種較好的選擇。但由于其精度一般在20 m～50 m之間，使其應(yīng)用范圍受到限制。筆者對(duì)GeoXT手持機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析，使用簡(jiǎn)單有效的位置差分方法，明顯地提高了手持機(jī)的定位精度，并對(duì)時(shí)間序列差分[4-6]改正值的有效性進(jìn)行了研究。

1 時(shí)間序列的位置差分模型

因?yàn)槭殖謾C(jī)單點(diǎn)定位采用的觀測(cè)量是偽距觀測(cè)值，位置差分從根本上來(lái)講亦是偽距差分的應(yīng)用，在基準(zhǔn)站上利用已知坐標(biāo)求出測(cè)站至衛(wèi)星的距離，并將其與接收機(jī)觀測(cè)偽距進(jìn)行比較，求出所有衛(wèi)星的偽距改正數(shù)，用戶站利用此偽距改正數(shù)改正所測(cè)量的偽距，實(shí)現(xiàn)用戶站自身定位[1,2]。測(cè)站i與衛(wèi)星j之間在t時(shí)刻的偽距觀測(cè)值為：

(1)

(2)

用戶接收機(jī)將其偽距觀測(cè)值加上此項(xiàng)距離改正，便可得改正后的偽距：

(3)

若考慮偽距改正數(shù)的信號(hào)傳輸時(shí)間變化率，改正后的偽距為：

(4)

改正后的偽距觀測(cè)值是消除了電離層和對(duì)流層影響后的偽距觀測(cè)值，由此解算出的用戶測(cè)站坐標(biāo)相比采用原始偽距觀測(cè)量解算出的坐標(biāo)精度會(huì)有很大提高。

采用位置差分的時(shí)候，對(duì)不少于4顆衛(wèi)星進(jìn)行GPS觀測(cè)，求出基準(zhǔn)站的坐標(biāo)(X′，Y′，Z′)，由于衛(wèi)星星歷誤差、時(shí)鐘誤差、大氣折射等誤差的影響，該坐標(biāo)與已知坐標(biāo)(X，Y，Z)之間存在誤差(ΔX，ΔY，ΔZ)[3]，即:

(5)

用戶站接收到此坐標(biāo)改正數(shù)并對(duì)其坐標(biāo)進(jìn)行改正，即：

(6)

考慮到傳送時(shí)間差引起用戶站位置的瞬間變化，有:

(7)

其中，t為用戶站定位時(shí)刻；t0為基準(zhǔn)站校正時(shí)刻?？紤]到手持機(jī)操作靈活，易于移動(dòng)，反應(yīng)快速的特點(diǎn)，以及要求精度有限，因此，與通常的位置的差分有所不同，基于時(shí)間序列的位置差分采用非同步的后差分技術(shù)研究時(shí)間序列差分的定位精度。

2 數(shù)據(jù)采集和時(shí)間序列差分后處理

由于本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱搜芯炕跁r(shí)間序列差分的位置差分精度，故采集過(guò)程中對(duì)每個(gè)采集的點(diǎn)位數(shù)據(jù)都應(yīng)有明確的時(shí)間先后記錄，以便都取到不同時(shí)間的差分值對(duì)差分結(jié)果的影響，考慮到空間誤差相關(guān)性，避免時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致衛(wèi)星軌道、大氣壓、延遲等誤差，使相關(guān)性減弱，本實(shí)驗(yàn)采集時(shí)間為上午8：30～10：30。通過(guò)觀測(cè)初期、中期和后期的改正值進(jìn)行差分改正并研究分析差分改正效果，以點(diǎn)位的平面位置精度因子作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。按照坐標(biāo)采集的時(shí)間先后順序?qū)⒆鴺?biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到北京54坐標(biāo)系以后，剔除粗差，觀測(cè)數(shù)據(jù)與點(diǎn)位真值的比較如表1所示。

表1 觀測(cè)值與真值的比較

表2 經(jīng)過(guò)前期改正值改正后的坐標(biāo)和誤差

為了能夠研究所取差分改正值的時(shí)間先后對(duì)差分效果的影響，繼而選取了位于觀測(cè)時(shí)段中期和后期的、已知點(diǎn)位精度較高的k02和k03改正值對(duì)其他點(diǎn)位進(jìn)行改正。以k02和k03坐標(biāo)差分值即選擇觀測(cè)時(shí)段中期和后期的改正值對(duì)剩余的點(diǎn)位進(jìn)行差分改正，結(jié)果如表3所示。

表3 經(jīng)過(guò)中、后期改正值改正后的坐標(biāo)誤差

去除粗差的點(diǎn)位后經(jīng)過(guò)計(jì)算，利用觀測(cè)時(shí)段始端的0620進(jìn)行差分改正得到的平均點(diǎn)位精度為0.36 m；利用接近觀測(cè)時(shí)段中間的點(diǎn)位k02進(jìn)行差分改正得到的平均點(diǎn)位精度為0.47 m；利用觀測(cè)時(shí)段最后時(shí)刻點(diǎn)位k03進(jìn)行差分改正得到的點(diǎn)位平均精度為0.51 m。

3 結(jié)語(yǔ)

利用基于位置差分的時(shí)間序列后差分技術(shù)，剔除粗差后可以使手持機(jī)的定位精度明顯提高，達(dá)到亞米級(jí)。在觀測(cè)時(shí)間不長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，選取的差分值在觀測(cè)時(shí)段中的前后時(shí)間對(duì)后差分精度沒(méi)有太大影響，不過(guò)考慮到差分定位提高定位精度的原理是利用觀測(cè)誤差的空間相關(guān)性，建議利用觀測(cè)時(shí)段中期的差分值進(jìn)行差分改正。

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Time difference technology of handheld GPS receiver

Guo Jinyu Jiang Shengji

(BeijingJiaotongUniversity,HaibinCollege,Huanghua061100,China)

Since most of the procedure of handheld GPS receiver is solidified in the machine, it is difficult to do phase difference, we use a simple location differential method based on time series to improve handheld GPS receiver positioning accuracy, we use Trimble GeoXT handheld GPS receiver to carry out the experiment using the method of location difference method based on the time series. Experimental results show that after location difference based on time series, the accuracy of GeoXT handheld receiver can come up to less meter standards, when the observation condition is well.

differential GPS， time difference， location difference

1009-6825(2016)10-0221-03

2016-01-27

郭金雨(1992- )，男，在讀本科生

TU198

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