GPS 精密单点定位1.doc

GPS精密单点定位（PPP）技术在测量中的应用

[摘要]PPP是一种技术，是相对应单点定位（SPP)提出来的。PPP利用精密轨道和时钟来消除卫星轨道和时钟误差，利用双频观测值来消除电离层的影响，通过相位观测值来估计对流层延迟，由于上述误差都可以削弱到厘米级左右，PPP利用单站GPS观测值就可以达到几个厘米的定位精度，即传统RTK的精度，这无疑大大提高了高精度定位作业的灵活性，降低了作业成本，而且PPP可以精确地估计对流层的延迟和接收机钟差,这些信息广泛用于气象和授时守时服务，这些优点都是差分定位技术无可比拟的。
本文主要介绍利用精密单点定位技术及TRIP软件进行动态数据后处理，提高双频GPS接收机的利用效率及提高生产功效。

一、精密单点定位技术的定位原理
精密单点定位(PrecisePointPositioning,PPP)技术由美国喷气推进实验室(JPL)的Zumberge于1997年提出。该技术的思路非常简单,在GPS定位中,主要的误差来源于三类,即轨道误差、卫星钟差和电离层延时。如果采用双频接收机,可以利用LC相位组合,消除电离层延时的影响。如果选择地心地固系表示卫星轨道,计算的参考框架同为地心地固系,可以消去观测方程中的地球自转参数。于是,只要给定卫星的轨道和精密钟差,采用精密的观测模型,就能像伪距一样,单站计算出接收机的精确位置、钟差、模糊度以及对流层延迟参数。随着高精度的精密卫星轨道和时钟的出现。利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GPS定位观测值方程中的卫星钟差参数；用户利用单台GPS双频双码接收机的观测数据在数千公里乃至全球范围内的任意位置都可以分米级的精度进行实时动态定位或以厘米级的精度进行较快速的静态定位，这一导航定位方法称为精密单点定位（PrecisePointPositioning），简称为（PPP）。
在精密单点定位中，一般是利用IGS的精密卫星钟差估计值消去卫星钟差项，并且采用双频观测值消除电离层影响，其观测值误差方程如下：

线性化：

式中：A为相应的设计矩阵，L（i）为相应的观测值减去概略理论计算值得到的常数项，为待估计参数，其中x、y、z为三维位置参数，为接收机钟差参数、为对流层延迟参数、为整周未知数参数。
利用上述推导的观测模型，即可采用卡尔曼滤波的方法或最小二乘法进行非差精密单点定位计算，在解算时，位置参数在静态情况下可以作为常未知数处理；在未发生周跳或修复周跳的情况下，整周未知数当作常数处理，在发生周跳的情况下，整周未知数当作一个新的常数参数进行处理；由于接收机钟较不稳定，且存在着明显的随机抖动，因此将接收机钟差参数当作白噪声处理；而对流层影响变化较为平缓，可以先利用Saastamonen或其他模型改正，再利用随机游走的方法估计其残余影响。的卫星钟差和测站

三、精密单点定位与RTK比较
精密单点定位采用非差观测值模型，可用观测值多，保留了所有观测信息；能直接得到测站坐标；不同测站的观测值不相关，显然误差也不相关，测站与测站之间无距离限制
其不利之处是未知参数多；无法采用站间或星间差分的方法消除误差影响，必须利用完善的改正模型加以改正。整周未知数不具有整数特性。
RTK采用双差模型观测模型，其重要优点是消除卫星钟差、接收机钟差的影响。对于短基线情况，可以进一步消除电离层和对流层延迟的影响，整周未知数具有整数特性。缺点是观测值减少且相关必须至少在一个已知站上进行同步观测才能求解测站坐标。
精密单点定位优点：
处理非差伪距和相位观测值
估计位置、接收机钟差、对流层延迟
支持静态和动态定位
支持全球定位
与坐标框架直接联系
无需基准站支持即可实现厘米级到分米级定位
提高效益，降低成本

四、精密单点定位应用实例
1、静态定位
观测数据采用我院2006年5月至6月部分GPS静态控制网的观测数据（仪器采用TopconHiper、Trimble5800双频GPS接收机按10秒采样率观测1小时），将观测数据转为标准RINEX格式的数据文件，利用对应的事后精密星历文件与精密钟差文件，采用武汉大学研制的TriP（1.0）软件进行精密单点定位计算，结果如下：
点号观测日期历元（GPS周秒）精度指标（m）坐标系统开始结束加权均方根误差未加权均方根误差245-194371704432200.0280.098ITRF2000245-194511504554650.0360.0653215-194372454432550.0170.0473215-194511554555400.0190.056165-21430092300.0150.028195-194395604432900.0160.0333275-194509154570700.0170.032215-194510204555500.0170