在線PPP服務(wù)及星站差分技術(shù)在物探中的應(yīng)用研究

分類(lèi)號(hào) 密 級(jí) U D C 編 號(hào) 1 0 4 8 6 武漢大學(xué) 工 程 碩 士 學(xué) 位 論文 在線 PPP 服務(wù)及星站差分技術(shù) 在物探中的應(yīng)用研究 研究生姓名 安云松 學(xué) 號(hào) 2009212143047 指導(dǎo)教師姓名 職稱 黃勁松 副教授 學(xué) 科 專 業(yè) 名 稱 測(cè)繪工程 研究方向 測(cè)繪工程 二二 一一年十一月一一年十一月 Research on Application of Online PPP and SBAS Technology in Seismic Survey By An Yunsong October 2011 鄭鄭 重重 聲聲 明明 本人的學(xué)位論文是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立撰寫(xiě)并完成的 學(xué)位論文沒(méi)有剽竊 抄 襲 造假等違反學(xué)術(shù)道德 學(xué)術(shù)規(guī)范和侵權(quán)行為 否則 本人愿意承擔(dān)由此而產(chǎn) 生的法律責(zé)任和法律后果 特此鄭重聲明 學(xué)位論文作者 簽名 年 月 日 I 摘摘 要要 星站差分系統(tǒng) SBAS 又稱星基增強(qiáng)系統(tǒng) 是通過(guò)衛(wèi)星傳播廣域差分信號(hào) 不受地面信號(hào)傳播的影響 全天候作業(yè) 是最近幾年新發(fā)展起來(lái)的一種能夠提供 高精度高效的新型單點(diǎn)定位廣域差分技術(shù) 相對(duì)傳統(tǒng)的 RTK 和 DGPS 作業(yè)方法 它具有定位精度高 穩(wěn)定性好 定位效率高等特點(diǎn) Trimble 公司的 OmniStar 星基差分服務(wù)是基于星基增強(qiáng)定位技術(shù)的商業(yè)服務(wù) 實(shí)驗(yàn)證明它能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)平 面 15cm 高程 30cm 的精密定位 1 小時(shí)以上的靜態(tài)單點(diǎn)定位結(jié)果均值可以獲得 優(yōu)于 5cm 的精度 它的應(yīng)用很好地解決了石油物探高效高密度采集方法對(duì)測(cè)量速 度和質(zhì)量日益提高的要求 也解決了困擾生產(chǎn)多年的震源監(jiān)控 DGPS 精度問(wèn)題 星站差分精密單點(diǎn)定位技術(shù)是一種高效的生產(chǎn)方式 是未來(lái)物探測(cè)量方式的發(fā)展 方向 本文本討論的另一個(gè)重點(diǎn)是在線 GPS 數(shù)據(jù)處理 由于使用了 IGS 連續(xù)跟蹤站 數(shù)據(jù) 雖然 GPS 數(shù)據(jù)處理方法依然采用靜態(tài)相對(duì)定位理論 但用戶只需要提供自 己的單機(jī)靜態(tài)定位觀測(cè)數(shù)據(jù) 因此實(shí)際的操作與精密單點(diǎn)定位技術(shù)一樣高效 單 機(jī)定位 在線數(shù)據(jù)處理即可獲得幾個(gè)厘米的定位精度 直接獲得 ITRF 基準(zhǔn)的定 位成果 具有常規(guī) GPS 數(shù)據(jù)處理方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì) 文章中對(duì) AUSPOS CSRS PPP SCOUT 和 OPUS 等在線數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的比較 并在生產(chǎn)應(yīng) 用中進(jìn)行了驗(yàn)證 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 石油物探測(cè)量 星站差分 SBAS 精密單點(diǎn)定位 OmniStar 在 線 GPS 數(shù)據(jù)處理 II ABSTRACT Precise Point Positioning PPP is a new positioning technique which was developed by JPL and applied since several years ago SBAS Satellite Base Augmentation System is a main branch of Precise Point Positioning SBAS is more efficient Comparing with measure methods of RTK DGPS and relative static GPS SBAS PPP is more available accuracy for only single receiver can get an accurate position from sub meter to 15 centimeters SBAS positioning method can handle the difficulties of high efficiency and high accuracy from new seismic acquisition technology OmniStar is a most important PPP WADGPS service and this paper includes four series of experiment data gotten by it and analyzed to prove that SBAS is a promising method to be used in seismic surveying and monitoring Moving Base is also involved in this paper Online GPS data processing service systems is another main point of this paper It adopts relative static data processing methods but only require users supporting single receiver GPS raw data to get an accurate position Several hours static GPS data can produce several centimeter precise positioning result by single receiver observation Online GPS data processing systems provide all users a convenient free high precise GPS data processing method Here details four online GPS data processing systems AUSPOS SCOUT of SOPAC OPUS and CSRS PPP Several methods for quality control of Online GPS data processing and SBAS in seisimic surveying were discussed in this paper Keyword Seismic Survey SBAS PPP WADGPS Online GPS data processing 目 錄 摘摘 要要 I ABSTRACT II 1 引言引言 1 1 1 GPS 與石油物探測(cè)量 1 1 2 研究現(xiàn)狀 2 1 3 本文研究?jī)?nèi)容 3 2 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 4 2 1 精密單點(diǎn)定位 4 2 2 相對(duì)定位 9 2 3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 13 3 在線在線 GPS 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 17 3 1 AUSPOS 在線數(shù)據(jù)處理 18 3 2 OPUS 在線數(shù)據(jù)處理 23 3 3 SCOUT 在線處理系統(tǒng) 27 3 4 CSRS PPP 在線數(shù)據(jù)處理 29 3 5 在線數(shù)據(jù)處理成果質(zhì)量控制 32 4 星站差分及其物探應(yīng)用星站差分及其物探應(yīng)用 39 4 1 星站差分 GPS 39 4 2 星站差分應(yīng)用研究 41 4 3 施工質(zhì)量控制 56 5 結(jié)論與展望結(jié)論與展望 58 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 59 1 1 引言引言 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) GNSS Global Navigation Satellite System 包含 了美國(guó)的 GPS 俄羅斯的 GLONASS 中國(guó)的 Compass 北斗 和歐盟的 Galileo 等系統(tǒng) 可用的衛(wèi)星數(shù)目達(dá)到 100 顆以上 從原來(lái)的GPS獨(dú)大 到GPS與GLONASS 共享天空 再到如今歐洲伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)和中國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的突飛猛進(jìn) 衛(wèi)星 導(dǎo)航技術(shù)有了快速的進(jìn)步和發(fā)展 為全球的導(dǎo)航用戶提供了更多的選擇和更為精 準(zhǔn)的定位導(dǎo)航服務(wù) 1 1 GPS 與石油物探測(cè)量 石油物探測(cè)量需要使用大地控制點(diǎn)作為測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn) 而國(guó)家大地控制網(wǎng)點(diǎn)并 不均勻 尤其是在人煙稀少的物探施工地區(qū) 通常需要從一兩百公里外引點(diǎn) 而 使用常規(guī)儀器 需要投入大量的人力物力 而且耗時(shí) 精度很難保證 這就是在 早期物探測(cè)量中相鄰區(qū)測(cè)線相接精度很差的原因 隨著 GPS 的技術(shù)發(fā)展 其在物探中得到了廣泛的應(yīng)用 全球定位系統(tǒng) GPS 在石油地球物理勘探中的應(yīng)用開(kāi)始于上世紀(jì) 90 年代初 主要應(yīng)用機(jī)型為 Trimble 公司的 4000 系列 如 4000SSE 和 4000SSI 當(dāng)時(shí)主要是采用靜態(tài)相對(duì)測(cè)量技術(shù) 進(jìn)行石油物探的控制測(cè)量 建立測(cè)線控制點(diǎn)以及進(jìn)行導(dǎo)線質(zhì)量檢核 得益于 GPS 全天候 空間不受限制的特性 很好地解決了石油物探區(qū)域測(cè)量控制點(diǎn)少 測(cè)區(qū) 難以覆蓋等對(duì)于石油物探的制約 促進(jìn)了石油勘探蓬勃發(fā)展 隨著全球石油勘探 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 更多的石油勘探項(xiàng)目位于一些未開(kāi)發(fā)的地區(qū) 區(qū)域內(nèi)沒(méi)有基礎(chǔ)測(cè)量 成果 使用常規(guī)的 GPS 相對(duì)靜態(tài)測(cè)量的方法無(wú)法得到精確的測(cè)量控制 難以開(kāi)展 測(cè)量工作 阻礙石油物探工作的開(kāi)展 DGPS 和 RTK 技術(shù)的出現(xiàn)曾經(jīng)大大改善了石油物探測(cè)量的速度和質(zhì)量 將物 探測(cè)量的放樣和定位精度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí) 從分米提高到厘米級(jí) 大降低了重 復(fù)測(cè)量工作量 測(cè)量組織也更加靈活 質(zhì)量控制更加方便 但是 DGPS 和 RTK 也 存在一些弱點(diǎn) 那就它們的參考站有效控制范圍較小 通常在 20 30km 之間 隨 著參考站與流動(dòng)站間距離的增加 對(duì)流層延遲 電離層延遲等誤差相關(guān)性減弱 精度不斷下降 在今天石油物探高效采集 高密度采集的技術(shù)背景下 對(duì)測(cè)量生 產(chǎn)效率提出更高的要求 DGPS 和 RTK 的工作模式已經(jīng)突現(xiàn)它們的局限性 無(wú)法 滿足物探生產(chǎn)對(duì)測(cè)量速度的要求 GPS 精密單點(diǎn)定位技術(shù)的出現(xiàn)有效地解決了上述難題 該技術(shù)利用 GPS 衛(wèi)星 精密星歷和精密衛(wèi)星鐘差 使用單臺(tái) GPS 接收機(jī)采集的非差碼觀測(cè)值和載波相位 2 觀測(cè)值作為主要數(shù)據(jù)進(jìn)行單點(diǎn)定位計(jì)算 其精度可達(dá)分米級(jí)甚至厘米級(jí) 由于它 利用單臺(tái)接收機(jī)在全球范圍內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)獨(dú)立作業(yè) 并且能直接得到高精度 的 ITRF 坐標(biāo)系下的坐標(biāo) 因此非常適合于物探測(cè)量 GPS 精密單點(diǎn)定位技術(shù)分 為事后處理和實(shí)時(shí)兩種方式 事后處理精密單點(diǎn)定位是指用戶使用單臺(tái)接收機(jī)采 取靜態(tài)觀測(cè)方法 采集一定量的碼觀測(cè)數(shù)據(jù)和載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù) 再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將 觀測(cè)數(shù)據(jù)提交給在線的高精度 GPS 數(shù)據(jù)處理服務(wù)器或是輸入專門(mén)的處理軟件 數(shù) 據(jù)處理系統(tǒng)或軟件會(huì)根據(jù)需要從 IGS 等網(wǎng)站獲得精密星歷 利用這些高精度的軌 道參數(shù) 精密衛(wèi)星鐘差等處理用戶 GPS 數(shù)據(jù) 從而獲得厘米精度的準(zhǔn)確成果 實(shí) 時(shí)動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位技術(shù)允許用戶使用單臺(tái)接收機(jī)通過(guò)衛(wèi)星數(shù)字技術(shù)等方式在 接收 GPS 衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)接收基站提供的差分改正信息 從而獲得分米級(jí)的成 果 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)精度單點(diǎn)定位技術(shù)是以廣域差分技術(shù)為基礎(chǔ)的 彌補(bǔ)了區(qū)域 DGPS 和 RTK 技術(shù)覆蓋范圍小的缺點(diǎn) 1 2 研究現(xiàn)狀 國(guó)際全球?qū)Ш叫l(wèi)星服務(wù)組織 IGS International GNSS Service 是一個(gè)為 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)提供應(yīng)用服務(wù)的國(guó)際組織 由國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì) IAG International Association of Geodesy 于 1993 年創(chuàng)建 目前 IGS 提供的 產(chǎn)品包括連續(xù)跟蹤站數(shù)據(jù) 精密星歷 電離層改正等 其提供的精密星歷的精度 已經(jīng)優(yōu)于 5cm 衛(wèi)星鐘改正精度已達(dá)到 0 1 0 2ns GPS 接收機(jī)性能也不斷得到 改善 載波相位測(cè)量的精度在不斷提高 接收機(jī)的載波相位測(cè)量噪聲多數(shù)已經(jīng)小 于 1mm 大氣延遲改正模型和改正方法的研究也取得了很大的進(jìn)展 基于這些研 究成果 1997 年美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 JPL Jet Propulsion Laboratory 的 Zumbeger 1 提出了非差精密單點(diǎn)定位方法 國(guó)內(nèi)在精度單點(diǎn)定位技術(shù)方面的研究始于 2000 年 上海天文臺(tái)在 測(cè)繪學(xué) 報(bào) 上發(fā)表文章 闡述了他們應(yīng)用 JPL 的 GIPSY 軟件進(jìn)行類(lèi)似精密單點(diǎn)定位原理 的小區(qū)域網(wǎng)站的靜態(tài)定位試驗(yàn) 武漢大學(xué)的葉世榕博士對(duì)非差相位精密單點(diǎn)定位 技術(shù)進(jìn)行了較為深入的研究 并以此為主要內(nèi)容完成其博士論文 武漢大學(xué)的張 小紅教授等經(jīng)過(guò)數(shù)年對(duì) GPS 精密單點(diǎn)定位理論與方法的深入研究 在國(guó)內(nèi)率先開(kāi) 發(fā)出了商業(yè)化的精密單點(diǎn)定位數(shù)據(jù)處理軟件 TRIP 香港理工大學(xué) 同濟(jì)大學(xué) 中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所等機(jī)構(gòu)也開(kāi)展了精密單點(diǎn)定位的研究工作 取 得了一定的研究成果 最近幾年 在雙頻精密單點(diǎn)定位研究成果的基礎(chǔ)上 已有 不少學(xué)者開(kāi)始研究單頻精密單點(diǎn)定位的模型 算法 并拓展其應(yīng)用 2 在精密單點(diǎn)定位服務(wù)的提供方面 2001 年 NavCom 的 Hatch 提出了利用 JPL 實(shí)時(shí)定軌軟件 RTG 實(shí)現(xiàn)全球 RTK Global RTK 計(jì)劃 通過(guò)因特網(wǎng)和地球靜止通 3 信衛(wèi)星向全球用戶發(fā)送精密星歷和精密衛(wèi)星鐘差修正數(shù)據(jù) 利用這些修正數(shù)據(jù) 實(shí)現(xiàn) 2 4dm 的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位精度 事后靜態(tài)定位精度可達(dá) 2 4cm 目前 Trimble 公司的 OmniStar 系統(tǒng)也提供相似的服務(wù) 精度從優(yōu)于 1m 到幾個(gè) cm 而 GPS 廠 商方面 現(xiàn)在 Trimble Novtel 和 Leica 等都提供帶有精密單點(diǎn)定位功能的接收 機(jī) 處理軟件方面 國(guó)際上 加拿大 APPLANiX 公司推出了具備精密單點(diǎn)定位能 力的 POSPacAIR 軟件 挪威 TerraTec 公司推出基于精密單點(diǎn)定位原理的動(dòng)態(tài)定 位 TerraPOS 軟件 瑞士 Leica 公司也推出了自己的精密動(dòng)態(tài)單點(diǎn)定位軟件 IPAS PPP 國(guó)內(nèi)常用的精密單點(diǎn)定位軟件則是由武漢大學(xué)開(kāi)發(fā)出 TRIP 其在算法設(shè)計(jì) 和定位精度方面取得突破 定位解算精度和可靠性等方面已經(jīng)和國(guó)際同類(lèi)軟件水 平相當(dāng) 精密單點(diǎn)定位在生產(chǎn)應(yīng)用方面已經(jīng)有了很多的嘗試 2004 年開(kāi)始 交通部 長(zhǎng)江航道測(cè)量中心開(kāi)始使用 SF 2050 型星站差分 GPS 進(jìn)行航道測(cè)量 該接收機(jī)使 用美國(guó) NavCom 公司 StarFire 差分改正服務(wù) 取得了很好的效果 中國(guó)煤炭地質(zhì) 總局航測(cè)遙感局將精密單點(diǎn)定位方法應(yīng)用于青海省大柴旦鎮(zhèn)綠梁山地區(qū)地質(zhì)調(diào) 查 結(jié)果表明 精度完全符合要求 1 3 本文研究?jī)?nèi)容 基于石油勘探工作對(duì)測(cè)量的需求和精密單點(diǎn)定位技術(shù)的發(fā)展情況 本文圍繞 精密單點(diǎn)定位的定位精度和成果可靠性進(jìn)行了研究和分析 做了以下研究工作 1 針對(duì)幾種在線式的 GPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 通過(guò)大量的數(shù)據(jù)分析 研究長(zhǎng) 距離相對(duì)定位與靜態(tài)精密單點(diǎn)定位兩種方法對(duì)于石油物探的適用性和可靠性 2 對(duì) OmniStar 廣域差分精密單點(diǎn)定位服務(wù)在石油物探生產(chǎn)中的測(cè)試性應(yīng) 用試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了成果分析和精度及可靠性評(píng)估 并制定出相應(yīng)的質(zhì)量控制和改 進(jìn)措施 3 從原理和模型方面 對(duì) GPS 精密單點(diǎn)定位在石油勘探測(cè)量應(yīng)用中存在 的不同橢球和不同坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題進(jìn)行了一些討論 4 2 基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí) 2 1 精密單點(diǎn)定位 精密單點(diǎn)定位 PPP Precise Point Positioning 指的是利用載波相位觀 測(cè)值以及 IGS 等組織提供的高精度的衛(wèi)星星歷及衛(wèi)星鐘差來(lái)進(jìn)行高精度單點(diǎn)定 位的方法 3 在過(guò)去的近 20 年里 GPS 技術(shù)在生產(chǎn) 生活的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 大 到全球板塊地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè) 區(qū)域性的高等級(jí)控制網(wǎng) 城市差分連續(xù)運(yùn)行系統(tǒng) 小 到工程變形監(jiān)測(cè) 道路施工 GPS 是隨處可見(jiàn) 在這些應(yīng)用中 采用的通常都是 GPS 相對(duì)定位作業(yè)方式 數(shù)據(jù)處理時(shí)通過(guò)組成雙差觀測(cè)值以消除接收機(jī)鐘差 衛(wèi) 星鐘差等公共誤差及削弱對(duì)流層延遲 電離層延遲等相關(guān)性強(qiáng)的誤差影響 不需 考慮復(fù)雜的誤差模型 解算模型簡(jiǎn)單 定位精度高 雖然這種作業(yè)方式具有作業(yè) 簡(jiǎn)單 定位精度高的優(yōu)勢(shì) 得到了廣泛的應(yīng)用 但也存在一些不足 必須兩臺(tái)以 上的接收機(jī)同時(shí)工作 影響了作業(yè)效率 作業(yè)成本較高 另外 相對(duì)定位是基于 對(duì)流層延遲 電離層延遲等誤差在一定區(qū)域內(nèi)具有較好相關(guān)性的前提 隨著距離 的增加 這種相關(guān)減弱 必須通過(guò)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間 才能獲得預(yù)期精度 在如今這 個(gè)快節(jié)奏 高效的時(shí)代 有沒(méi)有一種高效率的 GPS 定位技術(shù)能夠克服 GPS 相對(duì)定 位的這些缺點(diǎn) 滿足新的需求呢 1997 年 美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 JPL 的 Zumbeger 等人提出了一種有效的 解決方案 非差精密單點(diǎn)定位方法 利用 GIPSY 軟件和 IGS 精密星歷 同時(shí)利用 一個(gè) GPS 跟蹤網(wǎng)的數(shù)據(jù)確定 5s 間隔的衛(wèi)星鐘差 在單站定位方程式中 只估計(jì) 測(cè)站對(duì)流層參數(shù) 接收機(jī)鐘差和測(cè)站 3 維坐標(biāo)的精密單點(diǎn)定位研究思路 進(jìn)行了 實(shí)驗(yàn) 取得了 24 小時(shí)連續(xù)靜態(tài)定位精度達(dá) 1 2cm 事后單歷元?jiǎng)討B(tài)定位精度達(dá) 2 3 3 5dm 的試驗(yàn)結(jié)果 用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明了利用非差相位觀測(cè)值進(jìn)行精密單點(diǎn)定 位是完全可行的 4 NRCan 的 Heroux 等人通過(guò)非差精密單點(diǎn)定位方法 處理長(zhǎng)時(shí) 間靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù) 結(jié)果也達(dá)到厘米級(jí)精度 目前 NRCan 提供免費(fèi)的 CSRS PPP 網(wǎng) 上精密單點(diǎn)服務(wù) 也可以下載桌面版的 PPP Direct 軟件 2 1 1 GPS 非差觀測(cè)值的基本方程 GPS 的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)主要有兩類(lèi) 5 測(cè)距碼和載波相位 其中 粗碼或捕獲 碼 C A 的碼長(zhǎng)約為 300m 精碼 P1 和 P2 的碼長(zhǎng)約為 30m 而載波相位 L1 和 L2 的碼長(zhǎng)約為 19cm 和 24cm 若測(cè)量精度以 1 100 計(jì)算 則 C A 碼的測(cè)量精度約 5 為 3m 精碼 P1 和 P2 的測(cè)量精度約為 0 3 米 相位 L1 和 L2 的測(cè)量精度約為 2mm 在地心坐標(biāo)系中 L1 和 L2 載波相位和偽距 P1 P2 觀測(cè)值方程分別為 p Lk p k p kk p k p k p orb p orb pp k p k t tN f C tcttTIdtdtctttL 1 10 0 1 1 1 2 1 p Lk p k p kk p k p k p orb p orb pp k p k tt N f C tcttTI f f dtdtctttL 2 100 2 2 2 2 1 2 2 2 2 p Pkk p k p k p ant p orb pp k p k tcttTIddtctttP 1 1 2 3 p Pkk p k p k p ant p orb pp k p k tcttTI f f ddtctttP 2 2 2 2 1 2 2 4 式 2 1 式 2 4 中 t P k 為接收機(jī)k在時(shí)刻t與衛(wèi)星 在時(shí)刻 t 在地心地固坐標(biāo)系 中的空間幾何距離 為信號(hào)從 GPS 衛(wèi)星p到接收機(jī)k所用的時(shí)間 可用下式 表示 222 k p k p k pP k ztZytYxtXt 2 5 P k 上標(biāo) p 表示衛(wèi)星號(hào) 下標(biāo) k 為接收機(jī)號(hào) C 真空中的光速 1 f 1 f波段的頻率 1 f 1575 42 MHZ 2 f 2 f波段的頻率 2 f 1227 60 MHZ t 接收機(jī)接收信號(hào)的時(shí)刻 GPS 時(shí) p ik L 1 L 2 L載波測(cè)得的距離 p ik P 1 P 2 P碼偽距 td p t GPS 衛(wèi)星p在t時(shí)刻相對(duì)于 GPS 時(shí)間的鐘差 td orb p 為衛(wèi)星軌道誤差 orb p d 衛(wèi)星天線相位中心變化引起的誤差 tI p k 1 L波段觀測(cè)值的電離層延遲 其對(duì)同一波段的偽距和載波相位觀測(cè) 值的影響大小相同 符號(hào)相反 tT p k 信號(hào)的對(duì)流層延遲 tTttmtT p k p k p k 0 其中 tT p k 0 為信號(hào)在 天頂方向的對(duì)流層延遲 ttmp k 為將信號(hào)在對(duì)流層的天頂方向的延遲投影到 接收機(jī)到衛(wèi)星矢量方向的投影函數(shù) 濕分量和干分量采用不同的投影函數(shù) ttk 為接收機(jī)在t時(shí)刻相對(duì)于 GPS 時(shí)間的鐘差 6 tt p 為衛(wèi)星p在 t時(shí)刻相對(duì)于 GPS 時(shí)間的鐘差 k k Ni 21 LL 載波的初始整周模糊度 i 1 2 0 t k 接收機(jī)k中的初始相位殘差 0 t p 衛(wèi)星p中的初始相位殘差 p Lik 載波觀測(cè)值噪聲和無(wú)法模型化的誤差 p Pik 碼觀測(cè)值噪聲和無(wú)法模型化的誤差 2 1 2 精密單點(diǎn)定位誤差源 在精密單點(diǎn)定位中 影響其定位結(jié)果的主要誤差包括 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 衛(wèi) 星鐘差 衛(wèi)星軌道誤差 相對(duì)論效應(yīng) 與接收機(jī)和測(cè)站有關(guān)的誤差 接收機(jī)鐘 差 接收機(jī)天線相位誤差 地球潮汐 地球自轉(zhuǎn)等 與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差 對(duì) 流層延遲誤差 電離層延遲誤差和多路徑效應(yīng) 由于精密單點(diǎn)定位沒(méi)有使用雙 差觀測(cè)值 很多誤差沒(méi)有消除或削弱 所以必須采用其他方法來(lái)加以解決 常用 的解決方法有兩種 a 對(duì)于可以精確模型化的誤差 采用模型改正 b 對(duì)于不 可以精確模型化的誤差 加入?yún)?shù)估計(jì)或者使用組合觀測(cè)值 如雙頻觀測(cè)值組合 消除電離層延遲 不同類(lèi)型觀測(cè)值的組合 不但消除了電離層延遲 也消除了衛(wèi) 星鐘差 接收機(jī)鐘差 不同類(lèi)型的單頻觀測(cè)值之間的線性組合消除了偽距測(cè)量的 噪聲 當(dāng)然觀測(cè)時(shí)間要足夠長(zhǎng) 才能保證精度 因此在精密單點(diǎn)定位中需要進(jìn)行以下的誤差改正 1 相對(duì)論效應(yīng)改正 衛(wèi)星鐘相對(duì)論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài) 運(yùn)動(dòng)速度和重力 位 不同而引起的衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之間產(chǎn)生相對(duì)鐘誤差現(xiàn)象 GPS 衛(wèi)星鐘比地 面鐘走得快 每秒約差 0 45ms 為了保持地面接收到的信號(hào)頻率與 GPS 系統(tǒng)設(shè) 計(jì)的信號(hào)頻率一致 在衛(wèi)星發(fā)射之前人為將 GPS 衛(wèi)星鐘的標(biāo)準(zhǔn)頻率減小約 0 0045MHz 但由于 GPS 衛(wèi)星軌道并非圓軌道 且衛(wèi)星所在位置受到的地球重力 場(chǎng)影響也不同 相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘頻率的影響并非常數(shù) 經(jīng)過(guò)上述改正后仍有 殘余 2 衛(wèi)星姿態(tài)影響 a 衛(wèi)星天線相位中心改正 由于 GPS 衛(wèi)星定軌時(shí)利用的力模型都是對(duì)應(yīng)衛(wèi)星質(zhì)心的 因此在 IGS 精密星 歷中衛(wèi)星坐標(biāo)及衛(wèi)星鐘差都是相應(yīng)于衛(wèi)星質(zhì)心而不是相應(yīng)于衛(wèi)星天線相位中心 的 而 GPS 觀測(cè)值是相應(yīng)于衛(wèi)星天線相位中心和接收機(jī)天線相位中心的 一般來(lái) 說(shuō) 衛(wèi)星天線相位中心與衛(wèi)星質(zhì)心并不重合 在精密單點(diǎn)定位中 不能利用差分 的方法消除或削弱其影響 因此必須考慮其改正模型 在星固系中 衛(wèi)星相位中 心相對(duì)于衛(wèi)星質(zhì)心的偏差如表 2 1 所示 7 表 2 1 星固系中衛(wèi)星天線相位偏差 m 衛(wèi)星系列 星固系下衛(wèi)星天線相位中心偏差 m X Y Z Block II IIA 0 279 0 1 023 Block IIR IIF 0 0 0 b 相位纏繞 GPS 衛(wèi)星發(fā)射的是右旋極化 RCP 的電磁波信號(hào) 接收機(jī)觀測(cè)到的相位值 依賴于衛(wèi)星天線與接收機(jī)天線間的相互方位關(guān)系 接收機(jī)天線或衛(wèi)星天線繞極化 軸向的旋轉(zhuǎn)會(huì)改變相位觀測(cè)值 最大可達(dá)一周 天線旋轉(zhuǎn)一周 這個(gè)效應(yīng)就稱 為 相位纏繞 在精密單點(diǎn)定位中這個(gè)影響必須加以改正 3 高采樣率的衛(wèi)星鐘差 GPS 衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品的時(shí)間間隔一般為 5 分鐘和 30 秒 6 在實(shí)際應(yīng)用中 GPS 接收機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)采樣間隔一般與外部給出的鐘差產(chǎn)品的時(shí)間間隔不一致 需要進(jìn) 行鐘差的插值處理 其插值誤差將直接影響精密單點(diǎn)定位的精度 GPS 衛(wèi)星鐘差 即使在 SA 取消以后 在短時(shí)間內(nèi)的變化仍然比較大 若對(duì)采樣間隔較大的鐘差 數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算 則會(huì)產(chǎn)生較大的插值誤差 從而影響 PPP 定位結(jié)果的精度 所以 要提高 PPP 定位尤其是高頻動(dòng)態(tài) PPP 定位結(jié)果的精度 應(yīng)采用高采樣率衛(wèi) 星鐘差產(chǎn)品 7 4 與測(cè)站有關(guān)的改正 a 地球固體潮汐 固體潮與海洋潮汐產(chǎn)生的原因相同 天體 太陽(yáng) 月球 對(duì)彈性地球的引力 作用 使地球固體表面產(chǎn)生周期性的漲落 且使地球在地心與天體的連線方向上 拉長(zhǎng) 在與連線垂直方向上趨于扁平 由與緯度相關(guān)的長(zhǎng)期項(xiàng)及周期分別為 0 5d 和 1d 的周期項(xiàng)組成 在 GPS 雙差相對(duì)定位中 對(duì)于短基線 1000km c 地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的日變化改正 Sub daily ERP 5 天頂對(duì)流層參數(shù)估計(jì) 對(duì)流層延遲影響通常表示為天頂方向的對(duì)流層延遲量 z D 和同高度角相關(guān) 的投影函數(shù) M 的乘積 90 的對(duì)流層延遲是由大氣中干燥氣體所引起的 稱為干 分量延遲 其余 10 是由水汽所引起的 稱為濕分量延遲 因此 對(duì)流層延遲可 用天頂方向的干 濕分量延遲及其相應(yīng)的投影函數(shù)表示 EMDEMDD wetwetzdrydryzTrop 6 模型 改正和解算策略同 IGS 的兼容性 精密單點(diǎn)定位中使用 IGS 的精密星歷和鐘差產(chǎn)品 且進(jìn)行強(qiáng)制約束 在定位 處理過(guò)程中需盡量保持使用的模型 觀測(cè)值的加權(quán)策略及相應(yīng)協(xié)議與 IGS 數(shù)據(jù)處 理分析中心所使用的一致 9 2 2 相對(duì)定位 GPS 單點(diǎn)定位 或稱絕對(duì)定位 中 定位精度必然受到衛(wèi)星軌道誤差 鐘差 及信號(hào)傳播誤差等因素的影響 雖然通過(guò)模型改正可以削弱其中一些系統(tǒng)性誤 差 但仍會(huì)存在很大的殘差 因此普通的絕對(duì)定位很難滿足精密測(cè)量的要求 為 了解決單點(diǎn)定位精度低的問(wèn)題 GPS 相對(duì)定位技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生 GPS 相對(duì)定位也叫 差分 GPS 定位 是目前 GPS 測(cè)量中定位精度最高的定位方法 廣泛地應(yīng)用于大地 測(cè)量 精密工程測(cè)量和地球動(dòng)力學(xué)的研究中 而石油物探測(cè)量的控制測(cè)量也主要 采用這種技術(shù)來(lái)聯(lián)測(cè)高等級(jí)控制點(diǎn) 以及建立 RTK 測(cè)量基準(zhǔn)站 2 2 1 相對(duì)定位的概念 相對(duì)定位通常是將兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線的兩個(gè)端點(diǎn) 保持接收機(jī)位置 靜止不動(dòng) 同步觀測(cè) 4 顆以上的 GPS 衛(wèi)星 來(lái)確定基線兩個(gè)端點(diǎn)在協(xié)議地球坐標(biāo) 系中的相對(duì)位置 在實(shí)際的生產(chǎn)中 為了提高工作效率 會(huì)根據(jù)可用 GPS 接收機(jī) 的數(shù)量 采用多臺(tái)同步觀測(cè)的方法 這樣在可以同時(shí)測(cè)定若干條基線向量 這樣 不僅可以減少重復(fù)架設(shè)儀器引入誤差 而且增加基線觀測(cè)量 有利于提高觀測(cè)成 果的可靠性 靜態(tài)相對(duì)定位基本觀測(cè)量為載波相位觀測(cè)量 由于載波波長(zhǎng)較短 其測(cè)量精 度遠(yuǎn)高于碼相關(guān)偽距測(cè)量 并且 采用載波相位觀測(cè)量的不同線性組合可以有效 地削弱衛(wèi)星星歷誤差 信號(hào)傳播誤差以及接收機(jī)鐘不同步對(duì)定位的影響 天線長(zhǎng) 時(shí)間固定在基線兩測(cè)站上進(jìn)行觀測(cè) 可保證取得足夠多的觀測(cè)數(shù)據(jù) 從而可能準(zhǔn) 確地確定整周未知數(shù) 由于靜態(tài)相對(duì)定位有效地消除或削弱了 GPS 觀測(cè)中的多項(xiàng) 誤差 因此靜態(tài)相對(duì)定位具有很高的精度 通常采用廣播星歷定位時(shí) 精度也可 達(dá)到 6 10 7 10 如果采用精密星歷和衛(wèi)星軌道參數(shù) 定位精度還可以提高 1 到 2 個(gè)數(shù)量級(jí) 這是常規(guī)大地測(cè)量方法很難達(dá)到的 2 2 2 靜態(tài)相對(duì)定位的觀測(cè)方程及其解算 載波相位相對(duì)測(cè)量中 GPS 測(cè)量受到多種誤差的影響 如衛(wèi)星軌道誤差 衛(wèi) 星鐘差 接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層的折射誤差的影響 使得精度大大降低 通過(guò)研究各種誤差規(guī)律 建立改正模型對(duì)其進(jìn)行改正 可以提高定位精度 但是 由于誤差的影響往往難以完全消除 所以 觀測(cè)值中仍存在殘余的影響 理論上 每一個(gè)觀測(cè)歷元針對(duì)誤差因素設(shè)立一個(gè)未知參數(shù) 可以解決這一問(wèn)題 然而 這 樣觀測(cè)方程中會(huì)增加大量與定位無(wú)直接關(guān)系的未知參數(shù) 大量的多余未知參數(shù)不 但增加了平差計(jì)算的工作量 而且影響定位未知參數(shù)的可靠性 由于上述 GPS 觀測(cè)誤差對(duì)兩個(gè)或多個(gè)觀測(cè)站同步觀測(cè)相同的衛(wèi)星具有較強(qiáng) 10 的相關(guān)性 因此 將這些觀測(cè)量進(jìn)行不同的線性組合可以簡(jiǎn)單有效地消除或削弱 誤差影響 在 GPS 相對(duì)定位中 通常采用單差 雙差和三差三種組合方式 1 單差觀測(cè)模型 所謂單差是指不同觀測(cè)站 同步觀測(cè)相同衛(wèi)星所得觀測(cè)量之差 單差觀測(cè)值是把求差后的線性組合當(dāng)作虛擬觀測(cè)值參與計(jì)算 這種求差可以 在衛(wèi)星間 測(cè)站間 也可以在歷元 時(shí)刻 間進(jìn)行 這種求差稱為求單差或一次 差 可以看出 觀測(cè)值間有三種求單差的形式 分別為測(cè)站間求差 衛(wèi)星間求差 歷元間求差 求差后的虛擬觀測(cè)值可以組成各自的線性模型 一般的計(jì)算中多使 用測(cè)站間求差方法 可以將星歷誤差對(duì)測(cè)距的影響減降低到原誤差的千分之一 測(cè)站間求差的虛擬觀測(cè)模型具有以下優(yōu)點(diǎn) 1 消除了衛(wèi)星鐘差的影響 2 大大削弱了衛(wèi)星星歷誤差的影響 3 大大削弱了對(duì)流層折射和電離層折射誤差的影響 在短距離內(nèi)幾乎可 能完全消除其影響 2 雙差模型 所謂雙差即不同觀測(cè)站 同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星 所得單差觀測(cè)量之差 在不 同的測(cè)站同一時(shí)刻觀測(cè)兩顆衛(wèi)星 忽略大氣折射殘差的影響 在衛(wèi)星間求差 可 以消除觀測(cè)方程中的鐘差參數(shù) 因此在雙差模型中可以消除鐘差影響 3 三差模型 所謂的三差即在不同歷元 同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星所得雙差觀測(cè)量之差 在不同測(cè)站上分別在兩個(gè)不同歷元同時(shí)觀測(cè)兩顆衛(wèi)星 可以得到兩個(gè)雙差觀 測(cè)方程式 再對(duì)兩個(gè)雙差觀測(cè)方程式求三次差 由于整周未知數(shù)與觀測(cè)歷元無(wú)關(guān) 在相減時(shí)被消去 從而得到不含整周未知數(shù)的三差觀測(cè)方程 此時(shí)三差模型中的 未知參數(shù)僅包含待定點(diǎn)的坐標(biāo) 根據(jù)最小二乘法列出法方程 即可對(duì)三差模型進(jìn) 行求解 靜態(tài)相對(duì)定位可以獲得很高的定位精度 但是存在定位時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題 它 要求至少同步跟蹤 4 顆衛(wèi)星 觀測(cè)時(shí)間 1 小時(shí)以上 為了保證成果精度 對(duì)于長(zhǎng) 基線觀測(cè) 需要更長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間 而實(shí)際生產(chǎn)中很多任務(wù)要求實(shí)時(shí) 快速 高精 度的定位 靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)無(wú)法滿足這個(gè)要求 2 2 3 動(dòng)態(tài)相對(duì)定位 動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位作業(yè)簡(jiǎn)單 易于快速實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位 但是定位中受到衛(wèi)星星歷 誤差 鐘差及信號(hào)傳播誤差等諸多因素的影響 定位精度不高 只能達(dá)到 10 50m 即使目前取消 SA 政策的情況下 也只達(dá)到 5 10m 的定位精度 很難滿足高精度 11 動(dòng)態(tài)定位的要求 而靜態(tài)相對(duì)定位雖然可以達(dá)到精度要求 但無(wú)法實(shí)時(shí)快速地得 到成果 根據(jù) GPS 測(cè)量誤差的相關(guān)性 可在 GPS 動(dòng)態(tài)定位中采用相對(duì)作業(yè)方法 即 GPS 動(dòng)態(tài)相對(duì)定位 該作業(yè)方法是用兩臺(tái) GPS 接收機(jī) 其中一臺(tái)接收機(jī)安置在基 準(zhǔn)站上固定不動(dòng) 另一臺(tái)接收機(jī)安置在運(yùn)動(dòng)的載體上 兩臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)相同 的衛(wèi)星 并在觀測(cè)值之間求差 以消除具有相關(guān)性的誤差 提高定位精度 而運(yùn) 動(dòng)點(diǎn)位置是通過(guò)確定該點(diǎn)的相對(duì)基準(zhǔn)站的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的 這種定位方法亦可稱為 差分 GPS 定位 動(dòng)態(tài)相對(duì)定位可分為兩類(lèi) 一類(lèi)為測(cè)碼偽距動(dòng)態(tài)相對(duì)定位 另一類(lèi)為測(cè)相偽 距動(dòng)態(tài)相對(duì)定位 測(cè)碼偽距動(dòng)態(tài)相對(duì)定位 是由安置在基準(zhǔn)點(diǎn)的接收機(jī)測(cè)量該點(diǎn)到 GPS 衛(wèi)星的 偽距 該偽距中包含了衛(wèi)星星歷誤差 鐘差 大氣折射誤差等誤差影響 而基準(zhǔn) 站接收機(jī)位置已知 利用衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)可以計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離 用戶接 收機(jī)包含有相同的衛(wèi)星星歷誤差 當(dāng)運(yùn)動(dòng)的用戶接收機(jī)與基準(zhǔn)站相距不太遠(yuǎn) 90 observations used 3 整周模糊度解算比 50 ambiguities fixed 4 RMS Static overall RMS 3 cm 5 Peak to Peak errors Easting Northing Hor Err Elevation 0 000 7206 95 25 6126 80 98 5726 75 69 5319 70 31 0 050 359 4 75 1301 17 20 1839 24 31 1927 25 47 0 100 0 0 00 138 1 82 219 2 89 291 3 85 0 150 0 0 00 0 0 00 1 0 01 28 0 37 Max Error 0 078 0 142 0 153 0 200 45 圖 4 2 各分量的誤差分布統(tǒng)計(jì) Position Error 5726 1839 219 1 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 000 0 050 0 100 0 150 圖 4 3 平面位置誤差統(tǒng)計(jì) 圖 4 4 平面位置圖 46 結(jié)果結(jié)果分析 分析 表 4 1 各觀測(cè)值與均值的差值數(shù)量統(tǒng)計(jì)和所占比例 其中平面位置大于 0 15m 的觀測(cè)值為 1 個(gè) 小于 0 01 高程較差最大為 0 20m 全部小于 2 倍的 中誤差 水平 0 20m 和垂直 0 30m 圖 4 2 分別為在東坐標(biāo) 北坐標(biāo)和橢球高方向上的差值統(tǒng)計(jì) 圖 4 3 為平面 較差的分布統(tǒng)計(jì) 圖 4 4 為觀測(cè)值的平面位置圖 格網(wǎng)為 0 10m 圖 4 5 4 6 4 7 是差值在東 北 高三個(gè)方向上的分布情況 圖 4 5 差值在東坐標(biāo)方向分布 圖 4 6 差值在北坐標(biāo)方向分布 47 圖 4 7 差值在垂直方向分布 2 實(shí)驗(yàn)觀測(cè) 2 觀測(cè)時(shí)段為 2007 年 12 月 31 日 19 06 06 至 22 36 16 總計(jì) 3 30 10 采用 5 秒采樣率 總共記錄 2499 條 GGA 格式位置信息 表 4 2 觀測(cè)值與均值的較差數(shù)量統(tǒng)計(jì) Easting Northing Hor Err Elevation 0 2104 84 19 2407 96 32 1922 76 91 1015 40 62 0 05 324 12 97 91 3 64 502 20 09 963 38 54 0 1 67 2 68 1 0 04 71 2 84 323 12 93 0 15 4 0 16 0 4 0 16 131 5 24 0 2 52 2 08 0 25 13 0 52 0 3 2 0 08 Max Error 0 16 0 11 0 16 0 33 圖 4 8 差值在各方向上的統(tǒng)計(jì) 48 Position Error 1922 502 71 4 0 500 1000 1500 2000 2500 0 000 0 050 0 100 0 150 0 200 0 250 0 300 圖 4 9 平面差值分布統(tǒng)計(jì) 圖 4 10 平面位置散點(diǎn)分布圖 結(jié)果結(jié)果分析 分析 表 4 2 為各位置坐標(biāo)與均值的差值數(shù)量統(tǒng)計(jì)及其所占比例 其中平面位置較 差大于 0 15m 的觀測(cè)值為 4 個(gè) 占 0 16 高程較差最大為 0 33 米 99 92 小 于 2 倍的中誤差 0 30m 綜合圖 4 8 的東坐標(biāo) 北坐標(biāo)和橢球高方向上的差值統(tǒng)計(jì)圖表 圖 4 9 的 平面差值分布統(tǒng)計(jì)和圖 4 10 格網(wǎng)為 0 05 米的平面位置離散圖 可以表明 OmniStar XP 具有很高的定位精度 完全滿足標(biāo)稱的水平 15cm 和垂直 30cm 誤差 水平 49 3 實(shí)驗(yàn)觀測(cè) 3 北京采集的 OminiSTAR 數(shù)據(jù)和分析 2008 年 3 月 28 日 測(cè)試在北京市海淀區(qū)城區(qū)進(jìn)行 采用 1 秒采樣率 共記 錄 39693 個(gè)位置數(shù)據(jù) 測(cè)試 OmniStar XP 服務(wù)在不同區(qū)域 不同環(huán)境的可靠性 圖 4 11 平面位置收斂情況 圖 4 12 高程收斂情況 50 結(jié)果結(jié)果分析分析 通過(guò)對(duì)北京城區(qū)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 可得出這樣的結(jié)論 1 在成果重復(fù)性 穩(wěn)定性測(cè)試方面 相對(duì)于均值 99 84 的水平誤差小 于 15 厘米的標(biāo)稱精度 99 92 的垂直誤差小于 30 厘米的標(biāo)稱精度 達(dá)到 了標(biāo)稱的 95 的置信水平 具有很高的可靠性 完全可以滿足地震勘探對(duì)測(cè)量的 精度要求 2 從數(shù)據(jù)分析可以看出 北京市城區(qū)采集的數(shù)據(jù)高程方面有明顯的干擾 綜合以上兩地三組測(cè)試數(shù)據(jù) 可以得出這樣的結(jié)論 OmniStar XP 差分服務(wù) 位置誤差在特定時(shí)段內(nèi)存在一定的方向性 平面精度可以達(dá)到標(biāo)稱的 15 厘米 垂直精度優(yōu)于標(biāo)稱的 2 倍平面精度 在離 OmniStar 參考基站較遠(yuǎn)的地區(qū) 如中國(guó)西北 中亞地區(qū)和俄羅斯 如 果使用這項(xiàng)目技術(shù)還得做進(jìn)一步和論證 4 實(shí)驗(yàn)觀測(cè) 4 測(cè)試目的 檢驗(yàn) OmniStar 差分系統(tǒng)的基準(zhǔn)與 ITRF2000 框架的符合性 OmniStar 在美國(guó)之外提供的參考站的差分改正值都是基于 ITRF2000 基準(zhǔn) 的 ITRF2000 與 GPS 所采用的 1984 世界橢球只有微小的差別 一般情況可以忽 略不計(jì) 假設(shè)使用 OmniStar XP 差分改正服務(wù)得到的定位成果與 ITRF2000 具有 很好的符合性 那么就可以考慮通過(guò)這種方法的長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)求均值方法取得未知 點(diǎn)的 ITRF2000 成果 這樣可以提高控制網(wǎng)建網(wǎng)速度 控制成本 測(cè)試方案 測(cè)試方案 選取一測(cè)試站點(diǎn) 進(jìn)行 24 小時(shí)的靜態(tài)觀測(cè) 與 IGS 跟蹤站聯(lián)測(cè)得到精確的 ITRF2000 坐標(biāo) 在同一個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行幾個(gè)小時(shí)的連續(xù) OmniStar XP 星站差分定位 觀測(cè) 求取平均位置 比較兩種觀測(cè)方法的差值 以確定星站差分的精度是否在 接受的范圍 是否可用于獲得高精度 WGS84 成果 測(cè)試結(jié)果分析 測(cè)試結(jié)果分析 IGS 聯(lián)測(cè) GPS 靜態(tài)觀測(cè) 15 秒采樣率 15 度截止高度角 數(shù)據(jù)處理使用澳 大利亞在線 GPS 數(shù)據(jù)處理服務(wù) AUSPOS 處理信息和結(jié)果如下 表 4 3 觀測(cè)信息 User File Antenna Type Antenna Height m Start Time End Time 01210010 08o LEIAX1202GG NONE 0 0000 2008 1 1 5 51 2008 1 2 7 12 表 4 4 參考站信息 51 Date IGS Data User Data Orbit Type 2008 01 01 Mate cagz nico 0121 IGS Rapid 2008 01 02 Mate mate cagz 0121 IGS Rapid 表 4 5 計(jì)算結(jié)果及 RMS Latitude DMS Longitude DMS Ellipsoidal Height m Above Geoid Height m Mate 40 38 56 8753 16 42 16 0570 535 651 490 025 Nico 35 8 27 5517 33 23 47 2076 190 015 162 019 Cagz 39 8 9 2046 8 58 21 9329 237 971 191 410 0121 29 26 14 8949 17 56 10 0894 353 155 324 473 0121 0 003m 0 004m 0 034m RMS 星站差分定位觀測(cè) 采用 5 秒采樣率 記錄 3 小時(shí) 30 分 共獲取 2499 個(gè)位 置坐標(biāo) 分析結(jié)果見(jiàn)表 4 6 圖 4 13 4 14 4 15 表 4 6 星站差分?jǐn)?shù)據(jù)誤差統(tǒng)計(jì)表 Easting Northing Hor Err Elevation 0 1613 64 55 2283 91 36 1275 51 02 551 22 05 0 05 859 34 37 215 8 6 1178 47 14 1261 50 46 0 10 27 1 08 1 0 04 46 1 84 459 18 37 0 15 0 0 0 0 0 126 5 04 0 20 0 61 2 44 0 25 30 1 2 0 30 11 0 44 Max Error 0 129 0 109 0 135 0 366 52 Ell H 551 1261 459 126 61 30 11 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 000 0 050 0 100 0 150 0 200 0 250 0 300 圖 4 13 高程誤差統(tǒng)計(jì) Position Error 1275 1178 46 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 000 0 050 0 100 0 150 0 200 0 250 0 300 圖 4 14 平面誤差統(tǒng)計(jì) 表 4 6 為星站差分單點(diǎn)定位結(jié)果相對(duì)于 IGS 聯(lián)測(cè)結(jié)果為真值的誤差分布統(tǒng) 計(jì) 平面最大為 0 135 米 高程最大為 0 366 米 圖 4 13 4 14 為高程和平面 誤差分布統(tǒng)計(jì) 結(jié)果表明星站差分單點(diǎn)定位精度無(wú)法滿足獲得精確 WGS1984 起算 坐標(biāo)的要求 圖 4 15 為星站差分單點(diǎn)定位結(jié)果的分段 360 個(gè)記錄為一個(gè)段 均值與 IGS 聯(lián)測(cè)結(jié)果的差值比較 可以看出第一的均值和第二段的均值由于初始 化成功后初期 誤差較大 所以均值的誤差也較大 以后的每個(gè)段均值都小于 3cm 完全可以滿足起算坐標(biāo)的精度 53 圖 4 15 差分單點(diǎn)定位坐標(biāo)與 IGS 聯(lián)測(cè)結(jié)果分段比較 表 4 7 IGS 聯(lián)測(cè)結(jié)果與星站差分結(jié)果均值比較 測(cè)量方法 東坐標(biāo) m 北坐標(biāo) m 橢球高 m 平面 m 星站差分均值 202771 281 3260363 379 353 195 與 IGS 靜態(tài)聯(lián)測(cè) 202771 313 3260363 364 353 155 較差 0 032 0 015 0 040 0 035 表 4 7 的中的星差分均值為所有觀測(cè)數(shù)據(jù)的均值 比較結(jié)果可以看出 3 個(gè)多 小時(shí)的星站差分靜態(tài)單點(diǎn)定位坐標(biāo)均值與 IGS 聯(lián)測(cè)坐標(biāo)的平面和橢球高比較差 值均優(yōu)于 5cm 結(jié)合圖 4 15 可以得出這樣的結(jié)論 1 采樣率小于 5 秒 觀測(cè)時(shí)長(zhǎng) 1 小時(shí)以上星站差分靜態(tài)單點(diǎn)定位坐標(biāo)的 均值在平面和高程方向均優(yōu)于 5cm 精度水平完全可以達(dá)到石油勘探測(cè)量起算點(diǎn) 的精度要求 因此這種辦法可以考慮在無(wú) WGS84 起算點(diǎn)地區(qū) 作為快速得到精確 的 WGS84 坐標(biāo)的一個(gè)途徑 2 此時(shí) 星站差分靜態(tài)單點(diǎn)定位采樣率應(yīng)該不大于 5 秒 用于計(jì)算平均 位置的觀測(cè)記錄 應(yīng)該是接收機(jī)初始化成功 坐標(biāo)穩(wěn)定后的觀測(cè)記錄 這里建議 選取觀測(cè)開(kāi)始 1 小時(shí)以后的記錄參與計(jì)算 54 4 3 3 移動(dòng)基準(zhǔn)站測(cè)試 移動(dòng)基準(zhǔn)站 指的是在進(jìn)行載波相位相對(duì)定位時(shí) 將基準(zhǔn)站也設(shè)置在運(yùn)動(dòng)的 載體上 用戶定位是通過(guò)解算其到移動(dòng)基準(zhǔn)站的相對(duì)位置來(lái)獲得 也被稱為移動(dòng) 基準(zhǔn)站 GPS 載波相位差分技術(shù) 由于 Trimble DSM232 沒(méi)有移動(dòng)基準(zhǔn)站 Moving Base 功能 還有本身作為 基準(zhǔn)站要求參考點(diǎn)坐標(biāo)差值的限制 參考點(diǎn)的已知坐標(biāo)與準(zhǔn)確 WGS84 坐標(biāo)差值不 得大于 5 米 移動(dòng)基準(zhǔn)站測(cè)試研究的 GPS 接收機(jī)采用 Trimble SPS551 進(jìn)行 2008 年 4 月 23 日 北京通縣郊區(qū) OmniStar 經(jīng) SPS551 轉(zhuǎn)發(fā)差分信號(hào)給流 動(dòng)站 流動(dòng)站以 RTK 方式接收 流動(dòng)站做靜態(tài)單點(diǎn)定位 圖 4 16 流動(dòng)站數(shù)據(jù)情況 由圖 4 16 可以看出 流動(dòng)站使用移動(dòng)基準(zhǔn)站發(fā)送的差分改正信號(hào)計(jì)算出的 位置相互最大差值東坐標(biāo)小于 5cm 北坐標(biāo)小于 11cm 高程小 10cm 收斂精度 55 要好于 OminiStar XP 本身的精度 這與廠家提供理論參考相符 移動(dòng)基準(zhǔn)站測(cè)試也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題 在 2008 年 4 月 23 日做移動(dòng)基站測(cè)試過(guò) 程中出現(xiàn)一次數(shù)據(jù)丟失情況 在后面的測(cè)試中又出現(xiàn)了相同的情況 說(shuō)明儀器的 運(yùn)行還不足夠穩(wěn)定 紅顏色標(biāo)記的數(shù)據(jù) 為單機(jī)固定解數(shù)據(jù) 說(shuō)明差分信號(hào)丟失 數(shù)據(jù)偏移 1 米 左右 針對(duì)這個(gè)問(wèn)題 分析原因做了以下幾個(gè)方案的測(cè)試 1 改變差分信號(hào)輸出頻率 因?yàn)楫?dāng)輸出頻率為 10Hz 時(shí) 傳輸數(shù)據(jù)量較大 因此將基準(zhǔn)站輸出頻率從 10Hz 改為 5Hz 發(fā)送 5Hz 是 Trimble 為了解決客戶遇到的問(wèn)題在新版本里增加的選項(xiàng) 但結(jié)果還有數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象 2 改變電臺(tái)設(shè)置 基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)丟失還有一個(gè)可能原因是數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)傳輸問(wèn)題 所以將電臺(tái)空中 傳送速率從 19200 改為 9600 但測(cè)試中還有數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象 移動(dòng)基準(zhǔn)站移動(dòng)基準(zhǔn)站實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1 精度方面 當(dāng)差分改正信號(hào)正常發(fā)送時(shí) 移動(dòng)基準(zhǔn)站方法的定位精度 可以達(dá)到平面 10cm 高程 10cm 說(shuō)明定位精度是可以滿足物探測(cè)量的精度要求 的 2 移動(dòng)基準(zhǔn)站設(shè)備工作不夠穩(wěn)定 當(dāng)衛(wèi)星變換時(shí)基準(zhǔn)站發(fā)生差分?jǐn)?shù)據(jù)丟 失情況 進(jìn)而造成流動(dòng)站定位結(jié)果錯(cuò)誤 通過(guò)反復(fù)測(cè)試和大量的數(shù)據(jù)分析 產(chǎn)生 的問(wèn)題與移動(dòng)基準(zhǔn)站 Tri