GPS手持机时间序列差分技术研究

郭金雨 蒋盛吉

(北京交通大学海滨学院，河北 黄骅 061100)



GPS手持机时间序列差分技术研究

郭金雨 蒋盛吉

(北京交通大学海滨学院，河北 黄骅 061100)

针对大部分GPS手持机处理程序进行相位差分比较困难的问题，提出基于时间序列的位置差分方法提高手持GPS接收机定位精度，并利用天宝手持机GeoExplorer系列中的GeoXT手持机，对基于时间序列的位置差分方法进行了实验验证，实验结果表明，在观测条件良好情况下，经过基于时间序列的位置差分方法的后处理可以使GeoXT手持机定位精度达到亚米级。

差分GPS，时间序列差分，位置差分

0 引言

由于GPS手持接收机具有机身体积小，携带方便，操作简单，定位迅速且仪器价格便宜等优势，对于精度要求较低的测量工程，如工程初勘、选线、找点以及地形图测绘等应用来说GPS手持机不失为一种较好的选择。但由于其精度一般在20 m～50 m之间，使其应用范围受到限制。笔者对GeoXT手持机采集的数据进行剖析，使用简单有效的位置差分方法，明显地提高了手持机的定位精度，并对时间序列差分[4-6]改正值的有效性进行了研究。

1 时间序列的位置差分模型

因为手持机单点定位采用的观测量是伪距观测值，位置差分从根本上来讲亦是伪距差分的应用，在基准站上利用已知坐标求出测站至卫星的距离，并将其与接收机观测伪距进行比较，求出所有卫星的伪距改正数，用户站利用此伪距改正数改正所测量的伪距，实现用户站自身定位[1,2]。测站i与卫星j之间在t时刻的伪距观测值为：

(1)

(2)

用户接收机将其伪距观测值加上此项距离改正，便可得改正后的伪距：

(3)

若考虑伪距改正数的信号传输时间变化率，改正后的伪距为：

(4)

改正后的伪距观测值是消除了电离层和对流层影响后的伪距观测值，由此解算出的用户测站坐标相比采用原始伪距观测量解算出的坐标精度会有很大提高。

采用位置差分的时候，对不少于4颗卫星进行GPS观测，求出基准站的坐标(X′，Y′，Z′)，由于卫星星历误差、时钟误差、大气折射等误差的影响，该坐标与已知坐标(X，Y，Z)之间存在误差(ΔX，ΔY，ΔZ)[3]，即:

(5)

用户站接收到此坐标改正数并对其坐标进行改正，即：

(6)

考虑到传送时间差引起用户站位置的瞬间变化，有:

(7)

其中，t为用户站定位时刻；t0为基准站校正时刻。考虑到手持机操作灵活，易于移动，反应快速的特点，以及要求精度有限，因此，与通常的位置的差分有所不同，基于时间序列的位置差分采用非同步的后差分技术研究时间序列差分的定位精度。

2 数据采集和时间序列差分后处理

由于本次实验目的是为了研究基于时间序列差分的位置差分精度，故采集过程中对每个采集的点位数据都应有明确的时间先后记录，以便都取到不同时间的差分值对差分结果的影响，考虑到空间误差相关性，避免时间过长导致卫星轨道、大气压、延迟等误差，使相关性减弱，本实验采集时间为上午8：30～10：30。通过观测初期、中期和后期的改正值进行差分改正并研究分析差分改正效果，以点位的平面位置精度因子作为评价标准。按照坐标采集的时间先后顺序将坐标数据转换到北京54坐标系以后，剔除粗差，观测数据与点位真值的比较如表1所示。

表1 观测值与真值的比较

表2 经过前期改正值改正后的坐标和误差

为了能够研究所取差分改正值的时间先后对差分效果的影响，继而选取了位于观测时段中期和后期的、已知点位精度较高的k02和k03改正值对其他点位进行改正。以k02和k03坐标差分值即选择观测时段中期和后期的改正值对剩余的点位进行差分改正，结果如表3所示。

表3 经过中、后期改正值改正后的坐标误差

去除粗差的点位后经过计算，利用观测时段始端的0620进行差分改正得到的平均点位精度为0.36 m；利用接近观测时段中间的点位k02进行差分改正得到的平均点位精度为0.47 m；利用观测时段最后时刻点位k03进行差分改正得到的点位平均精度为0.51 m。

3 结语

利用基于位置差分的时间序列后差分技术，剔除粗差后可以使手持机的定位精度明显提高，达到亚米级。在观测时间不长的观测时段内，选取的差分值在观测时段中的前后时间对后差分精度没有太大影响，不过考虑到差分定位提高定位精度的原理是利用观测误差的空间相关性，建议利用观测时段中期的差分值进行差分改正。

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Time difference technology of handheld GPS receiver

Guo Jinyu Jiang Shengji

(BeijingJiaotongUniversity,HaibinCollege,Huanghua061100,China)

Since most of the procedure of handheld GPS receiver is solidified in the machine, it is difficult to do phase difference, we use a simple location differential method based on time series to improve handheld GPS receiver positioning accuracy, we use Trimble GeoXT handheld GPS receiver to carry out the experiment using the method of location difference method based on the time series. Experimental results show that after location difference based on time series, the accuracy of GeoXT handheld receiver can come up to less meter standards, when the observation condition is well.

differential GPS， time difference， location difference

1009-6825(2016)10-0221-03

2016-01-27

郭金雨(1992- )，男，在读本科生

TU198

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