精密星历类型对实时长距离差分动态定位的影响分析

郭敏

(河南理工大学 测绘与国土信息工程学院,河南 焦作 454003)

精密星历类型对实时长距离差分动态定位的影响分析

郭敏

(河南理工大学 测绘与国土信息工程学院,河南 焦作 454003)

随着流动站远离基准的距离,其间的距离超过30 km,流动站往往无法获得固定解,为实现实时远距离动态差分的实时处理,往往选择GAMIT软件中的实时运动学处理模块TRACK,获得实时位移序列。为解算流动站的坐标并提高其精度,测绘工作者几乎选择事后精密星历(IGS)。但IGS星历时延迟很长(一般12 h),为提高时间效率,本文在处理流动站的数据时,分别使用了快速星历(IGR)和事后精密星历(IGS),通过比较两者结果高度吻合。研究结果表明GAMIT软件解算GNSS站的测站坐标、天顶延迟、钟差等的数据精度与选择精密星历的类型几乎无关,对测绘人员选择星历具有重要的参考价值。

GAMIT;TRACK;精密星历;动态差分定位

0 引 言

GAMIT是GNSS高精度数据后处理软件,主要是应用于GNSS高精度数据处理研究、分析等,它是由美国麻省理工学院和斯克利普斯海洋研究所开发的GNSS处理软件[1]。通过GAMIT可以解算卫星轨道、钟差、整周模糊度、大气延迟、测站坐标等。GAMIT使用最小二乘估算GNSS站的相对位置、天顶延迟参数及轨道和地球自转参数,并通过使用相位观测的双差值来解算整周模糊[2-3]。GAMIT用户可根据需要进行人工干预数据处理,短基线精度可达1～3 mm,成为目前最优秀的GNSS定位和定轨数据处理分析软件之一,在全球范围得到了广泛的应用[4-5]。它采用的双差处理模式,双差模式可以有效消除接收机和卫星钟差引起的相位误差变化,对于测站之间双差模型也有效的消除了卫星轨道误差,还可以消除接收机和卫星之间初始相位偏差,使模糊度具有整周性。但是选择星历计算坐标时,往往选择是事后精密星历(IGS),事后精密星历“时延”时间长。为了提高时间效率,本文用GAMIT软件中的TRACK模块分别选择快速星历(IGR)和事后精密星历(IGS)进行计算比较。

1 TRACK实时处理原理及实时解算的流程

1.1TRACK实时处理原理

TRACK是GAMIT的一个动态定位程序模块,能够处理GNSS实时数据流中的伪距和相位观测值,能实现实时处理流动数据,TRACK通过参数估计,可以处理GNSS动态单历元数据,并且可以通过上个历元的解算结果和参数估计结果就可以确定本历元的结果[6],对于短基线而言(lt;10 km)电离层延迟可以认为为“零”,随着站间距增大,电离层延迟差异大增大,对流层也是如此,TRACK利用组合技术很难分别确定L1和L2整周数。使用消电离组合LC、观测值宽巷(NWL)组合和超宽巷(NEWL)组合观测值来解算整周模糊度,解算结果为整周模糊度的浮点解[7-8]。用TRACK模块解算出流动站坐标,为了提高流动站的坐标精度,用IGS还是用IGR星历一直是大地测量工作者关心的热点

(φL1-φL2) ，

(1)

其中,fL1、fL2分别为 L1、L2载波的频率；φL1、φL2分别为载波L1、L2的相位观测值；ρL1、ρL2分别为 L1、L2载波的伪距观测值。

(2)

LC=2.546NL1-1.98NL2.

(3)

宽巷组合观测值是相位和伪距组合观测值对NL1-NL2的估计。测距的精度对宽巷组合NWL的影响不大,但对流层、电离层延迟对其影响很明显。TRACK利用卡尔曼滤波估计参数,设各整周模糊度参数为-1,随滤波逐步推进,整周模糊度参数会逐步收敛稳定,通过观测值宽巷(NWL)组合和超宽巷(NEWL)组合观测值和当前值比较,并判断周跳,重新进行模糊度固定[9]。

1.2实时解算的流程

德国大地测量局开发了基于Internet的Ntrip协议,并开发了相关软件(BNC),解决了GNSS观测数据实时传输和解码的问题,BNC软件通过TCP/IP端口和GNSS接收机的IP地址,接收RTCM3.0格式的GNSS实时数据流并进行解码。图1为TRACK实时解算的流程图[4],有了流程和原理,接下来进行数据处理。

图1 TRACK实时解算的流程图

2 数据的解算分析

掌握了TRACK原理及解算流程,用其解算流动站坐标之前,先了解卫星精密星历的情况,精密星历又分为最终精密星历(IGS)、快速精密星历(IGR)及预报精密星历(IGU)。卫星轨道及卫星钟差更新时间与质量指标如表1所示[4-5]:这里采用最终精密星历(IGS)、快速精密星历(IGR),用TRACK软件分别求出流动站所对应历元的坐标,进而分析它们的差别。

表1 IGS卫星轨道及钟差产品

1) 数据准备:动态差分定位得到是动态观测站相对于参考站的三维坐标差及其单位权中误差,从而得到观测站的真实坐标。工程算例:“2012年7月21日,1基准站+1流动站数据,采样间隔1 s,流动站qxja;观测时间:2012年7月21日0～1时,流动站与基准站之间的距离超过52 km。基准站:选用IGS站LHAZ,精密星历:igr16976.sp3和igs16976.sp3”.

2) 选择 IRS和IGR星历分别进行数据处理:首先用igs精密星历进行计算,在Linux系统用户目录下准备好文件:igs16976.sp3,lhzz203-12.12o,qxja203-12.12o,track.cmd,track.txt 根据实际观测情况对track.cmd控制文件进行修改,然后在终端输入命令,计算得出了流动坐标的结果文件 TRAK203-12.NEU.qxja.LC,图2示出了流动站在平面方向的运动轨迹。横坐标历元是以“ s”为单位,纵坐标分别是北方向和东方向的坐标以“m”为单位。

同理,用igr精密星历进行计算,只是把文件igs16976.sp3换为文件igr16976.sp3,在控制文件track.cmd进行修改,仅把精密星历igs改为igr设置,如图3所示,然后进行计算,计算结果TRAK203-12.NEU.qxja.LC,图4示出了流动站在平面方向的运动轨迹。

图2 坐标分量

图3 TRACK控制文件修改

图4 坐标分量

从以上图与数据可知,Track进行动态差分是选择精密星历的类型对定位精度影响甚小。但是随着基准站与流动之间基线的增加,流动的定位误差有所增加,对于高度方向的影响也是如此[10]。

3 结束语

从原理及流程上对GAMIT软件的TRACK模块进行分析,并用该模块对获得的流动站数据进行处理,分别选用两种不同精密星历类型对计算出的流站坐标进行比较分析,试验结果表明两种星历对流动站的坐标差别甚小。人们往往选择最终精密星历,通过试验数据证明,IGS比IGR在TACK模块差分定提高1～3 cm,所以满足定位精度要求的同时,可以选择IGS或IGR星历。当然对于非差模型,两种星历定位的差别甚大。

[1] 鄂栋臣,詹必伟,姜卫平,等. 应用GAMIT/GLOBK软件进行高精度GPS数据处理[J]. 极地研究, 2005,17(3):173-182.

[2] 徐杰,任超,孟黎. 使用GAMIT进行高精度基线向量解算的方法与实践[J]. 海洋测绘, 2007, 27(6):29-32.

[3] 薛骐熊,永良刘, 惠涛. GPS动态水汽反演对对流层天顶延迟解算精度分析[J]. 测绘科学, 2017(1):38-42.

[4] 杨晨,云鹂. GNSS在地震矩阵反演中的应用研究[D].成都:西南交通大学, 2015.

[5] 沈忱. 高频GNSS定位技术及其在地震反演中的应用研究[D].阜新:辽宁工程技术大学, 2014.

[6] 王俊,谭凯,杨少敏,等. 用trackRT进行实时GPS数据处理[J]. 大地测量与地球动力学, 2013,33(增1):156-159.

[7] HERRING T. TrackRT tutorial[S]. 2012.

[8] 李克昭,杨力，柴霖，等. GNSS定位原理.[M].北京:煤炭工业出版社,2014.

[9] 牛犇,黄勇,赵斌,等.利用TrackRT进行GPS实时动态变形监测研究[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2014,39(1):60-64.

[10] 苏小宁,孟国杰,胡从玮,等. 基于TRACK进行GNSS单历元定位.[J].大地测量与地球动力学,2009, 29(3):100-103.

ImpactAnalysisofLong-distanceReal-timeDynamicDifferentialPositioningBasedonEphemerisType

GUOMin

(SchoolofSurveyingamp;LandInformationEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China)

The roving station often can’t obtain the fixed solution when it is more than 30 km between the distance of them with distance away from the reference station. To achieve the real-time processing of the real-time dynamic difference over a long distance, the choice of the GAMIT software almost real-time kinematic TRACK processing module, real-time deformation sequence. TRACK module of GAMIT software is almost chosen to process real-time dynamic difference data over a long distance to achieve real-time deformation sequence. Surveying and mapping workers almost all choose IGS to calculate the of coordinates of roving station and improve the precision of coordinates,but time delay of IGS ephemeris is very long (generally 12 hours), the efficiency of time is low. To solve the problem, the authors do experiments that using the rapid ephemeris (IGR) and precise ephemeris afterwards (IGS) are respectively process the data of roving station. The results of experiments are highly. corresponding. Research results show that has very little to do with choosing the type of precise ephemeris which is used the TRACK module of GAMIT software is used to process data accuracy of station-coordinates, zenith delay and clock error etc. The conclusion has important reference value to surveying and mapping workers in the aspect of improving the time-efficiency.

GAMIT; TRACK; precise ephemeris

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.05.010

P228.4

A

1008-9268(2017)05-0049-04

2017-04-14

国家自然科学基金(批准号:41474021); 校青年基金项目(编号：Q014-02A)

联系人: 郭敏 E-mail: guominsj@126.com

郭敏(1980-),女,讲师,硕士,主要从事GNSS技术方面的教学与科研工作。