:1007-3817(200203-0034-03:P228.42文献标识码:A全球定位系统(GPS技术的最新进展第四讲精密单点定位(上李征航吴秀娟(武汉大学测绘学院,武汉市珞喻路129号,430079摘要介绍了精密单点定位产生的背景,静态精密单点定位的观测方程,方程中各参数的处理方法,需考虑的各种改正和数据处理方法,此外还介绍了动态精密单点定位方法的特点及其应用。关键词非差观测值;精密单点定位;静态精密单点定位;动态精密单点定位传统的GPS单点定位是利用测码伪距观测值以及由广播星历所提供的卫星轨道参数和卫星钟改正数进行的。其优点是数据采集和数据处理较为方便、自由、简单,用户在任一时刻只需用一台GPS接收机就能获得WGS-84坐标系中的三维坐标。但由于伪距观测值的精度一般为数分米至数米;用广播星历所求得的卫星位置的误差可达数米至数十米,卫星钟改正数的误差为±20ns左右,只能用于导航及资源调查、勘探等一些低精度的领域中。国际GPS服务IGS是国际大地测量协会IAG于1993年创建的一个为GPS提供应用服务的国际组织。目前IGS所提供的精密星历的精度已优于5cm,卫星钟改正数的精度已达0.1ns～0.2ns。随着接收机性能的不断改善,载波相位测量的精度也在不断提高。不少接收机的载波相位测量噪声已小于1mm。大气延迟改正模型和改正方法的研究也在不断深入。这些都为精密单点定位技术的出现奠定了基础。1997年ZumbegerJF等人提出利用高精度的GPS卫星星历和卫星钟钟差,以及双频载波相位观测值,采用非差模型进行精密单点定位的方法,其单天解的精度为:水平方向±1cm,高程±2cm[1]。国外其他一些学者,如Nrcan的Heroux,加拿大Calgary大学的GaoJ等人也对精密单点定位方法进行了研究[2]。JPL的Muellerschoen等人则提出利用非差双频载波相位观测值,在初始化后进行单历元精密单点定位,以实现全球范围内的实时动态定位。试验结果表明平面位置的定位精度为±(10～20cm。Hatch则提出利用JPL实时定轨软件实现全球RTK的计划,其目标是平面坐标精度±10cm。著名的GPS数据处理软件Bernese在4.2版本中也增加了用非差载波相位观测值进行精密单点定位的功能。同期国内学者也对精密单点定位技术进行了深入研究,如武汉大学博士研究生叶世榕利用自己提出的改进模型及自行研制的定位软件进行了试算。单天解的精度为:B方向优于1cm,L方向优于2cm,H方面优于3cm。利用单点定位技术进行动态定位时,初始化时间约为15min,此后单历元解的精度为:B、L、H方向均优于20cm,大部分解的精度优于10cm。利用GPS的精密预报星历和实时估计的卫星钟差进行实时动态定位的精度为40cm左右。上述结果与国1静态精密单点定位在一个时段的各历元之间测站位置可视为是固定不变的,因而在进行数据处理时,该时段各历元的站坐标可用同一组参数(X,Y,Z来表示,这种精密单点定位技术称为静态精密单点定位技术。因站坐标可反复测量,故精度较高。例如单天解(24小时解的平面坐标精度一般为1cm～2cm,高程精度一般为2cm～3cm。1.1观测方程载波相位测量的观测方程为:(tr=/-fts+ftr+trop+ion+mul+rel-N+(1式中,(tr为接收机在tr时刻的载波相位观测值,为卫星至接收机间的几何距离,为载波的波长,f为载波的频率,ts为ts时刻卫星钟的钟差,tr为tr时刻接收机钟的钟差,trop为由于对流层所引起的相位延迟,ion为由于电离层所引起的相位延迟,mul为由于多路径效应所引起的相位误差,rel为由于相对论效应所引起的相位误差,N为整周模糊度,为载波相位测量的测量噪声。类似地,测码伪距的观测方程为:P(tr=-cts+ctr+Ptrop+Pion+Pmul+Prel+P(2式中,P(tr为接收机在tr时刻的测码伪距观测值;Ptrop为由于对流层所引起的距离延迟,Ptrop=trop;Pion为由于电离层所引起的距离延迟,Pion=-ion;Pmul为由于多路径效应而引起的距离误差;Prel为由于相对论效应而引起的距离误差,Prel=rel;P为伪距测量的测量噪声。(1式和(2式中卫星至接收机间的几何距离可写为:=Xs(ts-Xr(tr(3式中,Xs(ts为信号发射时刻ts卫星在惯性坐标系中的位置矢量,Xr(tr为信号接收时刻tr接收机在惯性坐标系中的位置矢量。由于IGS的精密星历是在地固坐标系ITRF中表示的,测站坐标也采用ITRF来表示。为方便起见,如果我们直接在地固坐标系ITRF中来进行...