赖允斌,赵春梅,李子申

(1.山东科技大学测绘科学与工程学院,山东 青岛 266590;

2.中国测绘科学研究院大地测量与地球动力学研究所,北京 100830;

3.中国科学院光电研究院,北京 100094)

数据中断对实时精密单点定位的影响分析

赖允斌1, 2,赵春梅1,2,李子申3

(1.山东科技大学测绘科学与工程学院,山东 青岛 266590;

2.中国测绘科学研究院大地测量与地球动力学研究所,北京 100830;

3.中国科学院光电研究院,北京 100094)

摘要：实时精密单点定位的应用日趋广泛,而收敛速度是其优劣的一个重要指标,在定位作业时要尽量避免多次重新收敛。利用自主研发的软件,分析了实时观测数据中断对实时精密单点定位的影响。采用基于广播星历的实时SSR改正数据的精密轨道和钟差进行实时精密单点定位。结果表明:连续60 s的数据中断会导致实时精密单点定位需要重新收敛;而频繁短时间中断但不连续中断的数据对实时精密单点定位影响不明显,不会导致重新收敛。

关键词：实时精密单点定位;SSR改正信息;收敛

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.03.005

中图分类号：P228.4

文献标志码：A

文章编号：号： 1008-9268(2015)03-0021-04

收稿日期：2015-03-13

作者简介

Abstract:The application of real-time precise point positioning is becoming more and more widely, and the convergence speed is an important index of its quality. People should try to avoid multiple re-convergence in the positioning work.Utilizing the self-developed software,The paper analyzed the effect on real-time precise point positioning when the real-time data were disrupted.The precise orbit and clock in real-time precise point positioning were SSR correction data which were based on broadcast ephemeris.The results show that the disruption of continuous 60 s data would lead to real-time precise point positioning converge again,but,disrupted frequently but discontinuously data had no obvious effect on real-time precise point positioning,it needs no once more convergence.

0引言

目前,实时精密单点定位(RT-PPP)的应用越来越广泛。实时精密单点定位具有实时性、单台接收机实现点位的三维位置的确定、定位不受距离限制、作业灵活等优点[1],许多学者和研究机构对其进行了相关的研究,取得了一系列成果[2]。武汉大学尹倩倩等通过PANDA软件,利用国际GNSS服务(IGS)组织实时精密轨道钟差产品进行实时静态模拟动态精密单点定位,取得了厘米级的实验结果[3]。李星星,葛茂荣等实现了优于3 cm的实时定位精度[4]。但是精密单点定位(PPP)收敛都需要一段时间,数据的中断可能会导致定位需要重新收敛,从而降低实时精密单点定位的实用性。

基于自主研发的软件,采用基于广播星历的实时“国家空间表示(SSR)”改正信息的精密轨道和钟差进行实时精密单点定位,分析了数据中断对定位的影响,为进一步的研究提供参考。

1实时精密单点定位

1.1　实时精密轨道和钟差

本文进行实时定位采用的是IGS播发的实时精密轨道钟差产品,此产品是基于广播星历改正的实时SSR改正信息,具体信息格式参见文献[5]。实时轨道改正数据是星固系下在轨道的径向、切向、法向三个方向的改正数,因此,需要将此改正信息转换到地固系下再对广播星历进行改正[6],改正按公式(1)计算

(1)

式中: [X,Y,Z]T为改正后地固系下的精密轨道;[xB,yB,zB]T为由广播星历计算的卫星坐标;[eR,eA,eC为卫星轨道径向、切向和法向的单位向量;[δR,δA,δC]T是由SSR改正信息计算的轨道改正数并且由式(2)计算

(2)

t时刻的卫星精密钟差dts由式(3)计算

(3)

式中:dt为由广播星历计算的t时刻的卫星钟差;

--------------------

联系人： 赖允斌 E-mail: benlaigeomatics@163.com

c0为真空中的光速; ΔC由实时SSR改正数据按照式(4)计算,其中,C0,C1,C2是由改正数据给出的多项式系数。

ΔC=C0+C1(t-t0)+C2(t-t0)2

(4)

此实时SSR改正数据与IGS事后精密轨道钟差产品对比,轨道精度优于7 cm,钟差优于0.3 ns,可以满足厘米级精度的动态定位[3]。需要注意的是:不同的分析中心,SSR改正信息中的改正值参考点有两种情况:卫星质心(CoM)和天线相位中心(APC).

1.2　实时精密单点定位数学模型

本文采用作者自主开发的PPP软件进行模拟实时精密单点定位实验。采用双频GPS无电离层组合[7],观测方程为

cδtr-cδts+λNIF+δtrop+δrel+δtide+

δmul+εLIF,

(5)

cδtr-cδts+δtrop+δrel+δtide+δmul+εPIF,

(6)

其中:LIF、PIF为双频无电离层组合观测值;XS,YS,ZS和X,Y,Z分别为卫星和接收机的坐标;δtr,δts分别为接收机和卫星的钟差;δtrop,δrel,δtide,δmul分别为对流层,相对论效应,固体潮,多路径效应引起的误差;εLIF,εPIF分别为载波相位和伪距的测量噪声。

PPP参数估计采用卡尔曼滤波算法[8],参数有接收机位置,接收机钟差,一个对流层参数以及N个模糊度参数共N+5个参数。本文并不把实时轨道钟差数据生成SP3格式的文件再内插,而是把一个历元恢复得到精密轨道钟差直接进行PPP定位,然后再计算下一个历元。这样更能反映实时定位的真实情况。具体处理流程如图1所示。

图1　RT-PPP定位计算流程

2模拟实时定位实验

本文分析了实时数据中断对实时精密单点定位的影响。分别进行了两种实验方案:1) 分析数据连续中断对定位的影响; 2) 分析数据的频繁短时间中断对定位的影响。实验采用的数据为2015年1月2日8:00:00-11:00:00AREV观测站的码和相位观测数据,数据采样间隔为1s,以及由CLK80播发的实时轨道钟差改正数据。

2.1　数据连续中断对定位的影响

此方案分析数据连续中断对定位的影响。在第5 000个历元后,分别删除连续1,10,20,30,40,50,60,70,80,90个历元,分别进行实时静态定位实验。实验结果如图2～图6所示。

图2　数据无中断的定位过程

图3　数据中断1 s的定位过程

图4　数据中断50 s的定位过程

图5　数据中断60 s的定位过程

图6　数据中断70 s的定位过程

由图2～6所示可得,连续60个历元,即连续60s的数据中断会对定位造成极大的影响,导致实时PPP需要重新收敛,而低于50s的连续中断对定位影响不明显。原因是在PPP滤波估计参数时,相邻历元是相关的,当数据中断时间长时,历元间的相关性减弱,模糊度需要重置,导致定位不准确。由于篇幅有限,只展现数据没有中断,中断1s,连续中断50s,60s,70s的定位过程。

2.2　数据频繁不连续中断对定位的影响

此方案分析数据的频繁短时间中断,但不连续中断对定位的影响。在第5000个历元后,每隔一个历元删除一个历元和50个历元,进行实时静态定位实验。实验结果如图7～图8所示。由图7～图8可得,数据频繁但不连续的中断对定位的影响不明显,删除50个历元时,精度稍微变差。原因是数据短时间的中断对相邻历元间的相关性影响不大。

图7　数据频繁但不连续中断1 s的定位过程

图8　数据频繁但不连续中断50 s的定位过程

3结束语

精密单点定位收敛都需要一定的时间,如果数据中断造成PPP频繁地重新收敛将会极大地降低实时精密单点定位的实用性。通过本文的分析得出:数据的连续中断会导致PPP需要重新收敛,而相邻历元时间间隔不大,频繁但不连续的中断对定位影响不明显。原因是在PPP滤波估计参数时,相邻历元是相关的,数据的中断会降低历元间的相关性。因此,进行实时PPP定位时,应尽量避免超过60s的长时间信号遮挡;尽量降低由于网络等因素造成数据中断;在定位作业时不要采用采集频率过低的数据,并且发现数据中断时,不能马上接着进行定位作业。此外,本文的分析结果也可以供其他学者的进一步研究提供参考。

参考文献

[1]李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉:武汉大学出版社, 2010.

[2]李征航,张小红. 卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M].武汉:武汉大学出版社, 2009.

[3]尹倩倩,楼益栋,易文婷.实时产品比较与分析[J].大地测量与地球动力学, 2012, 32(6):123-128.

[4]LIXingxing,GEMaorong,JANDousa, et al.Real-timeprecisepointpositioningregionalaugmentationforlargeGPSreferencenetworks[J].GPSSolutions, 2014, 18(1):61-71.

[5]FederalAgencyforCartographyandGeodesy(BK-G).BKGNtriPClient(BNC)Version2.7manual[R].2012.

[6]刘志强,王解先.广播星历改正的实时精密单点定位及精度分析[J].测绘科学, 2014, 39(1):15-19.

[7]张小红.动态精度单点定位(PPP)的精度分析[J].全球定位系统, 2006,31(1):7-11.

[8]易重海.实时精密单点定位理论与应用研究[D].长沙：中南大学,2011.

赖允斌(1989-),男,江西赣州人,硕士生,主要研究方向为实时精密单点定位。

赵春梅(1971-),女,山东临沂人,博士,研究员,主要从事卫星精密定位与定轨研究。

李子申(1984-),男,河北石家庄人,博士,助理研究员,主要研究方向为GNSS/BDS精密定位与电离层。

The Influence Analysis of Real Time Precise Point

Positioning Based on Data Disruption

LAI Yunbin1,2,ZHAO Chunmei1,2,LI Zishen3

(1.CollegeofGeomatics,ShandongUniversityofScienceand

Technology,Qingdao266590,China;

2.InstituteofGeodesyandGeodynamics,ChinseseAcademyofSurveying

andMapping,Beijing100830,China;

3.AcademyofOpto-Electronics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100094,China)

Key words: Real-time precise point positioning; SSR correction data; convergence