化希凤+张宏强

摘要：本文主要介绍GPS单点定位原理、GPS精密单点定位中误差模型的改正，重点研究了对流层、电离层延迟改正。利用VC++程序实现了霍普费尔德（Hopfield）、萨斯塔莫宁（Sasstamoinen）对流层误差改正模型程序、无电离层延迟组合改正模型程序，为开发一个可以利用广播星历文件或者精密星历文件与观测文件进行单点定位的软件提供了参考。

利用霍普费尔德（Hopfield）改正模型加上Davis映射函数以及萨斯塔莫宁（Sasstamoinen）改正模型加上大部分区域的NMF映射函数两者之间的精度对比，得出在大部分连续历元中萨斯塔莫宁（Sasstamoinen）改正模型要优于霍普费尔德（Hopfield）改正模型，运用克罗布歇模型（Klobuchar）和无电离层延迟组合两种方法，通过实测数据进行比较，得出无电离层延迟的改正要优于克罗布歇模型（Klobuchar）的改正。

关键词：精密单点定位（PPP）；对流层改正；电离层改正

1. 引言

GPS精密单点定位就是利用精密卫星星历和钟差数据，以及单台双频接收机采集的码和相位观测值，采用非差模型进行单点定位。非差观测模型可用观测值多，保留了所有的观测信息，可以直接测得测站坐标，不同测站的观测值不相关，测站与测站之间无距离限制；但同时它的未知参数也比较多，并且无法采用站间或者星间差分的方法消除误差影响，必须利用完善的模型改正。

许多学者对精密单点定位技术的理论和方法进行了深入研究，尤其是在卫星钟差估计和误差模型改正方面，取得了大量的科研成果，但对静态精密单点定位能够达到的精度以及一定精度下的收敛时间并没有准确数据。精密单点定位的关键之处就在于设法消除或减弱系统潜在的所有误差。由于PPP利用单台接收机的非差观测数据定位，其误差不能利用差分方法消除，只能通过建立误差改正模型，参数估计、组合观测值等方法减弱。

2. 精密单点定位与传统单点定位对比分析

传统GPS单点定位是指利用伪距及广播星历，采用距离交会法解算接收机天线所在点的三维坐标，又称伪距单点定位。伪距单点定位的数据采集和数据处理简单，定位速度快，用户在任一时刻只需使用一台GPS接收机就能获得测点在WGS-84坐标系中的三维坐标。但由于伪距（即使是P码伪距）的观测噪声至少也有几十厘米，广播星历的轨道精度为几米，卫星钟差改正精度为几十纳秒，这种单点定位的坐标分量精度只能达到十米级（P码单点定位精度约为3m），只能满足资源调查勘探等一些低精度导航定位领域的需求。

受到伪距单点定位精度的限制，GPS导航定位技术通过几十年的变化发展，提出了许多获得厘米级精度的定位方法。目前广泛使用的是差分GPS定位方法，通过组成双差观测值消除接收机钟差、卫星钟差等公共误差，削弱对流层延迟、电离层延迟等相关性强的误差影响，达到提高精度的目的。差分GPS无需考虑复杂的误差模型，解算模型简单、待估参数少、定位精度高，同时利用了双差模糊度的整数特征，因而得到广泛使用。其不足之处在于：（1）需要在参考站和移动站之间进行同步观测（2）需要在参考站附近工作（3）参考框架间的矛盾。

针对差分GPS的不足和传统GPS单点定位的低精度，1997年，JPL的Zumbeger等人首先提出了非差精密单点定位方法，即利用高精度的GPS卫星星历和卫星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。GPS精密单点定位使用非差观测值，GPS观测值中的誤差不能通过差分的方式消除或削弱，只能通过不同频率观测值间的组合，用模型改正或加参数来估计。GPS定位的主要误差源可以分为：和测站有关；和卫星有关；和信号传播路径有关等。