孫建宇 謝宏全 李培顯 汪秋玲 蘆斌

摘? 要：GPS-PPK是一種利用后處理載波相位觀測(cè)值的動(dòng)態(tài)相對(duì)定位技術(shù)。由于它是后處理，用戶不需要有數(shù)據(jù)通信鏈路。當(dāng)然，不必考慮移動(dòng)臺(tái)是否能接收到來(lái)自基站的無(wú)線信號(hào)，因此觀測(cè)更方便、更自由，適合于不需要實(shí)時(shí)獲得定位結(jié)果的領(lǐng)域。但是，GPS-PPK技術(shù)在作業(yè)過(guò)程中傳輸差分信息的通訊鏈穩(wěn)定性受到距離和作業(yè)環(huán)境的制約進(jìn)而影響到GPS-PPK的精度。針對(duì)以上問(wèn)題利用香港CORS兩個(gè)相隔約10km的基站HKKT和HKLT觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行相同距離下的BDS+GPS-PPK、GPS-PPK和BDS-PPK的精度對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：不同系統(tǒng)和組合系統(tǒng)的PPK技術(shù)的平面和高程精度大部分也在6mm、10mm以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：精度分析;誤差統(tǒng)計(jì);PPK;系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：P228.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）33-0142-03

Abstract： GPS-PPK is a kind of dynamic relative positioning technology using post-processing carrier phase observations. Since it is post-processing， users do not need to have a data communication link. Of course， it is unnecessary to consider whether the mobile station can receive the wireless signal from the base station， so the observation is more convenient and free， and it is suitable for the field that does not need to obtain the positioning results in real time. However， the stability of communication chain of GPS-PPK technology transmitting differential information in the process of operation is restricted by distance and working environment， which affects the accuracy of GPS-PPK. In view of the above problems， the accuracy of BDS+GPS-PPK， GPS-PPK and BDS-PPK under the same distance is compared and analyzed by using the HKKT and HKLT observation data of two CORS base stations about 10km apart in Hong Kong. The experimental results show that the plane and elevation accuracy of PPK technology of different systems and combined systems are mostly within 6 mm and 10 mm.

Keywords： accuracy analysis; error statistics; PPK; system

引言

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）在測(cè)繪領(lǐng)域的不斷應(yīng)用，測(cè)繪工作者的工作效率不斷提高，同時(shí)降低了測(cè)繪外業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度。GPS的動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)日益成熟，具有了全天候、精度高，自動(dòng)化的特點(diǎn)。PPK（Post Processing Kinematic）技術(shù)是較早的GPS動(dòng)態(tài)差分技術(shù)方式，它的測(cè)量方法是通過(guò)同步觀測(cè)基準(zhǔn)站和移動(dòng)站同步GPS衛(wèi)星。同時(shí)，收集至少兩個(gè)歷元來(lái)計(jì)算基線。在獲取儀器間的相對(duì)位置后，根據(jù)基站坐標(biāo)，從而推算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)。在現(xiàn)階段PPK技術(shù)運(yùn)用于很多方面。有充分介紹了PPK與RTK的工作原理和PPK的工作流程，并分析對(duì)比了PPK與RTK的相同、不同之處以及這兩種技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用[1-2]。有具體說(shuō)明了PPK數(shù)據(jù)的解算過(guò)程并用具體數(shù)據(jù)證明了其精準(zhǔn)度[3]。徐賢青，李東強(qiáng)在GPS-PPK技術(shù)在偏遠(yuǎn)地區(qū)測(cè)量的應(yīng)用實(shí)踐中探討了PPK技術(shù)在偏遠(yuǎn)地區(qū)的應(yīng)用，分析了其測(cè)量精度，提供了其在實(shí)際測(cè)量中的測(cè)量方法和注意事項(xiàng)[4]。張穎，沈衛(wèi)明等將GPS動(dòng)態(tài)后處理技術(shù)（GPS-PPK）運(yùn)用到了海下地下測(cè)量中[5]。

1 GPS-PPK定位原理和方法

1.1 GPS-PPK測(cè)量的基本原理

GPS-PPK（Post Processing Kinematic）是GPS事后差分動(dòng)態(tài)處理方法的縮寫(xiě)，又被稱作準(zhǔn)動(dòng)態(tài)法、半動(dòng)態(tài)法、停停走走法。GPS-PPK的測(cè)量方式是將一臺(tái)進(jìn)行同步觀測(cè)的接收機(jī)安放在一個(gè)已知坐標(biāo)的基準(zhǔn)點(diǎn)上，將另一臺(tái)流動(dòng)接收機(jī)放于地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)之上，對(duì)天空中的GPS衛(wèi)星同步觀測(cè)。也就是固定站的接收機(jī)保持連續(xù)觀測(cè)，進(jìn)行初始化的移動(dòng)站接收機(jī)進(jìn)行遷站，搬站到下一個(gè)待測(cè)點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程中，必須讓接收機(jī)與衛(wèi)星的連接，這樣可以將整周模糊度完好的傳遞到下一個(gè)點(diǎn)?；鶞?zhǔn)站與移動(dòng)站的同步觀測(cè)接收到的數(shù)據(jù)需要計(jì)算機(jī)的線性組合，換算成虛擬的載波相位觀測(cè)值，解算出接收機(jī)之間的相對(duì)方位與距離，并根據(jù)已知坐標(biāo)，從而推算出移動(dòng)站的三維坐標(biāo)。本系統(tǒng)不需要實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)鏈，就可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，本技術(shù)是十分重要的在野外測(cè)量時(shí)。待測(cè)點(diǎn)可以出現(xiàn)在基準(zhǔn)站的作業(yè)范圍的任意地方，移動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間一般不受地物地貌的影響，因此事后差分GPS-PPK測(cè)量系統(tǒng)比實(shí)時(shí)RTK測(cè)量系統(tǒng)要好。

1.2 GPS-PPK作業(yè)流程

（1）基站安放。將儀器架設(shè)在測(cè)區(qū)中的選取任意位置的一個(gè)合適的點(diǎn)，放置一臺(tái)可以進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)的GPS接收機(jī)，儀器需要設(shè)定為1s、2s或5s的采樣間隔。或者在已知的控制點(diǎn)上安置測(cè)量?jī)x器。

（2）設(shè)置移動(dòng)站。安置其余的一臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)當(dāng)作移動(dòng)站。如果是采用Trimble接收機(jī)，需要將觀測(cè)模式設(shè)定為PPK模式。如果使用其他的接收機(jī)，就將模式設(shè)定為常規(guī)靜態(tài)測(cè)量。移動(dòng)站與基準(zhǔn)站采樣間隔需要一致。

（3）測(cè)量。在PPK測(cè)量時(shí)需要將儀器進(jìn)行初始化，初始化可分為在測(cè)前初始化和測(cè)中初始化。

在測(cè)前的初始化：接收機(jī)至少需要先觀測(cè)10min以上，并靜待測(cè)量手簿提示儀器初始化完畢。如果是使用其他接收機(jī)則需要連續(xù)觀測(cè)至少18min的時(shí)間，然后將儀器改為動(dòng)態(tài)觀測(cè)的模式測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)，待測(cè)點(diǎn)的精度要求通常需要至少收集8個(gè)以上的觀測(cè)歷元（每一個(gè)觀測(cè)歷元的間隔至少為2s），測(cè)中流動(dòng)站接收機(jī)要一直保持開(kāi)機(jī)狀態(tài)，方可保證接收機(jī)時(shí)時(shí)刻刻都能對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行不間斷追蹤。若在測(cè)量過(guò)程中遇到衛(wèi)星失鎖的情況，則重新進(jìn)行初始化。

測(cè)中的初始化：如果在測(cè)前沒(méi)有進(jìn)行初始化直接測(cè)量，則每一個(gè)點(diǎn)需要接收至少8個(gè)歷元，在儀器的測(cè)量過(guò)程中同樣要保持機(jī)器一直處于開(kāi)機(jī)，進(jìn)而保證接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行不間斷的實(shí)時(shí)追蹤，于此同時(shí)進(jìn)行一邊觀測(cè)，一邊等待初始化完成。如果在觀測(cè)中出現(xiàn)了衛(wèi)星失鎖的狀況，就需要對(duì)儀器進(jìn)行重新初始化。如果儀器是在初始化完成之后出現(xiàn)衛(wèi)星失鎖的情況，則需要對(duì)初始化完成之前的測(cè)得的點(diǎn)進(jìn)行重測(cè)。

為了確保測(cè)量成果精度的精準(zhǔn)，需要在整個(gè)工作過(guò)程中對(duì)本測(cè)區(qū)內(nèi)的2～4個(gè)已知的控制點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

為了確保測(cè)量成果精度的精準(zhǔn)，需要在整個(gè)工作過(guò)程中對(duì)本測(cè)區(qū)內(nèi)的2～4個(gè)已知的控制點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.3 GPS-PPK數(shù)據(jù)處理

測(cè)量結(jié)束之后，利用軟件及時(shí)將移動(dòng)站和基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的進(jìn)行下載、保存。GPS-PPK數(shù)據(jù)解算的過(guò)程一般分為如下3個(gè)步驟：

（1）基線處理，解算基站與全部流動(dòng)站之間的基線。

（2）三維無(wú)約束平差，測(cè)量的觀測(cè)值是用GPS-PPK的基線向量，用它的方差陣的逆作權(quán)，進(jìn)而開(kāi)始三維無(wú)約束平差，并推算出點(diǎn)在地方坐標(biāo)系上的三維坐標(biāo)同時(shí)進(jìn)行精度評(píng)定。

（3）三維約束平差，利用三圍基準(zhǔn)站在當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)值，對(duì)整個(gè)測(cè)量網(wǎng)進(jìn)行三維約束平差，進(jìn)而獲得測(cè)量點(diǎn)在地方坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值并進(jìn)行精度評(píng)定。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證不同系統(tǒng)解算PPK的精度水平，使用了香港CORS中兩個(gè)基站HKKT和HKLT在2018年5月1日1h的觀測(cè)數(shù)據(jù)，兩組測(cè)站均使用LEICA GR50接收機(jī)，可以接收GPS和BDS衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)。兩個(gè)站間距約10km，在分析中同樣以靜態(tài)觀測(cè)結(jié)果為真實(shí)值，計(jì)算PPK測(cè)量每個(gè)歷元定位結(jié)果的真誤差，并進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本情況如表1所示。

3 數(shù)據(jù)處理軟件

利用Trimble Business Center（以下簡(jiǎn)稱TBC）軟件處理PPK數(shù)據(jù)的主要步驟如下：

（1）啟動(dòng)TBC軟件后，在文件菜單點(diǎn)擊新建工程。按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工程相關(guān)設(shè)置，坐標(biāo)系、單位、默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)誤差、基線處理質(zhì)量等，主要是基線處理一欄下：基線解類型、質(zhì)量控制、衛(wèi)星高度角等。導(dǎo)入觀測(cè)數(shù)據(jù)，并查看導(dǎo)入數(shù)據(jù)情況，如觀測(cè)時(shí)間、天線類型等。

（2）在“導(dǎo)入文件”移動(dòng)站文件下點(diǎn)擊左邊+號(hào)，選中點(diǎn)，右鍵菜單選擇屬性，然后在屬性里點(diǎn)擊菜單頂部的“強(qiáng)制連續(xù)”按鈕。

（3）選擇菜單測(cè)量中的處理基線，打開(kāi)處理基線對(duì)話框，選擇需要處理的基線并進(jìn)行基線處理。完成基線處理后，從基線處理界面可以查看每條基線的RMS、解類型等信息。固定的基線可以選擇查看PPK數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

4.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)基線解算的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，GPS+BDS、GPS和BDS系統(tǒng)的東方向、北方向和高程方向的誤差填寫(xiě)到表2～4。根據(jù)之前的解算結(jié)果，計(jì)算出不同系統(tǒng)的點(diǎn)位中誤差填寫(xiě)到表5。

4.2 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

（1） 表2是對(duì)基線HKKT-HKLT在不同系統(tǒng)下東方向的誤差統(tǒng)計(jì)，從表中可以看出GPS+BDS系統(tǒng)東方向誤差主要集中在0～5mm的范圍內(nèi)，占總數(shù)的94.7%，該比例明顯高于GPS和BDS，說(shuō)明GPS+BDS系統(tǒng)組合東方向精度高于單系統(tǒng)，而GPS和BDS在東方向的誤差分布基本一致，說(shuō)明二者精度相同。

（2）表3是對(duì)基線HKKT-HKLT在不同系統(tǒng)下北方向的誤差統(tǒng)計(jì)，從表中可以看出GPS+BDS與GPS系統(tǒng)在北方向的誤差分布基本相同，而B(niǎo)DS系統(tǒng)明顯不如前兩種系統(tǒng)。

（3）表4是對(duì)基線HKKT-HKLT在不同系統(tǒng)下高程方向的誤差統(tǒng)計(jì)，從表中可以看出GPS+BDS系統(tǒng)最好， BDS系統(tǒng)得到的高程精度略低于GPS。

（4） 表5可以看出在GPS+BDS、GPS和BDS解算結(jié)果中，GPS和BDS解算結(jié)果的平面精度基本相同，沒(méi)有顯著差別，BDS高程方向精度略低于GPS。然而利用GPS+BDS組合解算精度明顯高于單系統(tǒng)，尤其是在高程方向有明顯改善。

5 結(jié)束語(yǔ)

在信息與技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，衛(wèi)星定位測(cè)量已經(jīng)成為了測(cè)繪領(lǐng)域的重要手段之一。這一切都?xì)w結(jié)于衛(wèi)星定位的高精度、高效率、全天候、多功能、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。本文研究了GPS-PPK技術(shù)從定位原理與方法，再到數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)對(duì)本文作出以下總結(jié)：不同系統(tǒng)下GPS-PPK的定位精度， GPS和BDS解算精度基本相同，沒(méi)有顯著差別，而GPS+BDS解算精度明顯高于單系統(tǒng)。

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