化希鳳+張宏強(qiáng)

摘要：本文主要介紹GPS單點定位原理、GPS精密單點定位中誤差模型的改正，重點研究了對流層、電離層延遲改正。利用VC++程序?qū)崿F(xiàn)了霍普費(fèi)爾德（Hopfield）、薩斯塔莫寧（Sasstamoinen）對流層誤差改正模型程序、無電離層延遲組合改正模型程序，為開發(fā)一個可以利用廣播星歷文件或者精密星歷文件與觀測文件進(jìn)行單點定位的軟件提供了參考。

利用霍普費(fèi)爾德（Hopfield）改正模型加上Davis映射函數(shù)以及薩斯塔莫寧（Sasstamoinen）改正模型加上大部分區(qū)域的NMF映射函數(shù)兩者之間的精度對比，得出在大部分連續(xù)歷元中薩斯塔莫寧（Sasstamoinen）改正模型要優(yōu)于霍普費(fèi)爾德（Hopfield）改正模型，運(yùn)用克羅布歇模型（Klobuchar）和無電離層延遲組合兩種方法，通過實測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出無電離層延遲的改正要優(yōu)于克羅布歇模型（Klobuchar）的改正。

關(guān)鍵詞：精密單點定位（PPP）；對流層改正；電離層改正

1. 引言

GPS精密單點定位就是利用精密衛(wèi)星星歷和鐘差數(shù)據(jù)，以及單臺雙頻接收機(jī)采集的碼和相位觀測值，采用非差模型進(jìn)行單點定位。非差觀測模型可用觀測值多，保留了所有的觀測信息，可以直接測得測站坐標(biāo)，不同測站的觀測值不相關(guān)，測站與測站之間無距離限制；但同時它的未知參數(shù)也比較多，并且無法采用站間或者星間差分的方法消除誤差影響，必須利用完善的模型改正。

許多學(xué)者對精密單點定位技術(shù)的理論和方法進(jìn)行了深入研究，尤其是在衛(wèi)星鐘差估計和誤差模型改正方面，取得了大量的科研成果，但對靜態(tài)精密單點定位能夠達(dá)到的精度以及一定精度下的收斂時間并沒有準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。精密單點定位的關(guān)鍵之處就在于設(shè)法消除或減弱系統(tǒng)潛在的所有誤差。由于PPP利用單臺接收機(jī)的非差觀測數(shù)據(jù)定位，其誤差不能利用差分方法消除，只能通過建立誤差改正模型，參數(shù)估計、組合觀測值等方法減弱。

2. 精密單點定位與傳統(tǒng)單點定位對比分析

傳統(tǒng)GPS單點定位是指利用偽距及廣播星歷，采用距離交會法解算接收機(jī)天線所在點的三維坐標(biāo)，又稱偽距單點定位。偽距單點定位的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理簡單，定位速度快，用戶在任一時刻只需使用一臺GPS接收機(jī)就能獲得測點在WGS-84坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。但由于偽距（即使是P碼偽距）的觀測噪聲至少也有幾十厘米，廣播星歷的軌道精度為幾米，衛(wèi)星鐘差改正精度為幾十納秒，這種單點定位的坐標(biāo)分量精度只能達(dá)到十米級（P碼單點定位精度約為3m），只能滿足資源調(diào)查勘探等一些低精度導(dǎo)航定位領(lǐng)域的需求。

受到偽距單點定位精度的限制，GPS導(dǎo)航定位技術(shù)通過幾十年的變化發(fā)展，提出了許多獲得厘米級精度的定位方法。目前廣泛使用的是差分GPS定位方法，通過組成雙差觀測值消除接收機(jī)鐘差、衛(wèi)星鐘差等公共誤差，削弱對流層延遲、電離層延遲等相關(guān)性強(qiáng)的誤差影響，達(dá)到提高精度的目的。差分GPS無需考慮復(fù)雜的誤差模型，解算模型簡單、待估參數(shù)少、定位精度高，同時利用了雙差模糊度的整數(shù)特征，因而得到廣泛使用。其不足之處在于：（1）需要在參考站和移動站之間進(jìn)行同步觀測（2）需要在參考站附近工作（3）參考框架間的矛盾。

針對差分GPS的不足和傳統(tǒng)GPS單點定位的低精度，1997年，JPL的Zumbeger等人首先提出了非差精密單點定位方法，即利用高精度的GPS衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差以及雙頻載波相位觀測值，采用非差模型進(jìn)行精密單點定位。GPS精密單點定位使用非差觀測值，GPS觀測值中的誤差不能通過差分的方式消除或削弱，只能通過不同頻率觀測值間的組合，用模型改正或加參數(shù)來估計。GPS定位的主要誤差源可以分為：和測站有關(guān)；和衛(wèi)星有關(guān)；和信號傳播路徑有關(guān)等。