基于伪距单点定位的基线解算方法的实验分析

张宇 南京邮电大学

基于伪距单点定位的基线解算方法的实验分析

张宇 南京邮电大学

本文根据中海达的卫星接收机接收到的数据，先进行伪距单点定位计算，得到一条基线上的两端点的WGS-84三维坐标，然后直接根据这两点坐标计算这两点间的基线长度，最终得到的基线长度与真实测量距离之间的准确度达到93.5%。将这种方法得到结果作为较长距离基线其长度的预估值，有助于验证利用双差解等常用计算方法得到结果的正确性。

GPS 伪距单点定位 基线解算

随着GPS技术的飞速发展，GPS测量方法已经逐步替代传统的测绘方法，应用到各种各样的工程建设中，极大地节省了人力物力。根据GPS接收机采集到的数据，利用多样化的数据处理方法，可以获取各种高精度的测量数据，满足不同层次的用户需求。对GPS数据进行处理，首先需要进行基线向量解算，再评定基线精度，最后进行网平差得到定位数据，其中基线处理部分很关键，其处理精度会直接影响到后面的网平差结果。我们这里选用的基线处理方法不同于三差解、双差解、整数解等常用的基线处理方法，而是先求定位坐标，后利用定位坐标求基线长度，也就是先利用伪距单点定位方法计算基线端点的三维坐标，再求基线长度，这种方法求得的基线长度也可以达到一定的准确度。

1 基线选取

本次实验是在南京邮电大学仙林校区进行的，我们在南京邮电大学文科楼前面的观测条件较好的空旷地上选取了一条长度约为23m的基线，分别在基线的两端架设中海达的GPS接收机，同时开机测量30分钟。此外我们还用皮尺量对仪器架设的两点间距离进行了测量，测量到的基线长度为22．906m。

2 伪距单点定位坐标计算

所谓“单点定位”是用户只用一台GPS信号接收机，测得自己的现势位置。一般采用GPS卫星所发送的C/A码或P码作测距信号，测得用户至GPS卫星的距离，进而解算出用户的三维坐标。

根据刘基余等人总结的GPS伪距单点被动式定位三维位置方程，进行若干次迭代计算可以解算出用户在时元t的三维坐标和用户的时钟偏差，在进行迭代时选择较好的初值可以有效地减少迭代次数。在选取好刘基余等人总结的进行伪距单点定位计算的算法后，我们需要提取GPS接收机中观测文件的数据，并将数据代入Matlab中进行编程计算基线端点的坐标。在提取接收机的观测数据部分，分别提取每个基线端点对应接收机中的O文件的数据，选取中间20分钟内的历元数据，这20分钟内每分钟选取一历元数据作为已知数据，分别按照刘基余等人总结的最小二乘迭代方法求解对应基线端点的三维坐标值，然后将这20组坐标值取平均值作为该基线端点的三维坐标值，最后可以得到两个基线端点的WGS-84三维坐标值。这里需要注意的是在O观测文件中选取历元数据时要注意在每个历元数据中选取两个接收机都共有的可见卫星对应的历元数据，这里主要是考虑到卫星分布的不对称性及Matlab中输入矩阵维数的不等性会给基线计算带来较大误差，这时我们可以通过人为地选择特定的卫星及观测条件好的历元数据来提高单点定位精度从而提高基线计算精度。在Matlab中编写算法和输入提取的数据，运行程序，我们发现在程序中无论运用最小二乘计算方法迭代多少次，最终这两端点的三维坐标总趋于固定值，分别为：

P1 点：X=-2615097．4983m、Y=4732677．2910m、Z=3371558．4773m

P2 点：X=-2615115．9289m、Y=4732657．5597m、Z=3371550．4177m

3 基线长度计算

根据伪距单点定位计算得到的两点的坐标数据，按照两点间距离公式计算得到这个基线的长度为：P1P2=21．39538004764381m。

将两个GPS接收机的接收数据代入HDS2003数据处理软件中进行GPS网平差处理，三差解得到的基线长度为23．1101m、双差解得到的基线长度为22．9100m、整数解得到的基线长度为22．8731m。

4 结论

通过基于伪距单点定位计算得出的基线距离和实测距离相差了1．5m左右，和商用软件计算出的距离相差1．6m至1．7m左右。实验方法得到的基线长度的准确度在93%左右，具有较高的准确度，这是在没有考虑电离层、对流层改正以及周跳、整周模糊度等噪声误差的条件下取得的结果，还是具有不错的精度的。总而言之，这种实验方法计算基线长度还是具有一定的可行性的，在一定的误差范围内基本上可以作为较长基线长度的预估值。

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[2]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].北京：科学出版社，2008：230-235.

[3]谢邵峰.观测卫星选择对GPS基线解算质量的影响[J].海洋测绘，2005，25(5)：10-12.

张宇，出生年月：1995年10月，性别：男，民族：汉，籍贯：江苏南京，学历：本科，作者单位：南京邮电大学。