1、8測繪通報1999年第4期GPS GLO NASS單點定位的數(shù)據(jù)處理高星偉葛茂榮（中國測繪科學(xué)研究院 100039）（清華大學(xué)土木工程系 100084）【摘 要本文討論了 GPS、GLONA SS及GPS GLONA SS偽距單點定位的數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)處理方法，分析了定位結(jié)果的精度。? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.#測繪通報1999年第4期? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House

2、. All rights reserved.9測繪通報1999年第4期0.0+2. 5PZ2900.0yzGPS和GLONA SS分別是美國和前蘇聯(lián)（現(xiàn)由 俄羅斯負(fù)責(zé)）研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)的 構(gòu)成、定位原理很相似。目前GPS系統(tǒng)已進(jìn)入正常 工作階段，而GLONA SS系統(tǒng)的可用性則有待于進(jìn) 一步完善。但是GPS的SA和A S措施，使民用用戶 的實時定位精度降低到100m,同時GPS系統(tǒng)的21個衛(wèi)星覆蓋并不能保證在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)用戶定位 的自主完備性監(jiān)測RA M。因此,基于GPS和 GLONA SS兩個衛(wèi)星定位系統(tǒng)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) GNSS是現(xiàn)代定位技術(shù)的一個發(fā)展方向。與單獨(dú)的 G

3、PS或GLONA SS系統(tǒng)相比，雙衛(wèi)星定位系統(tǒng)的可 用性、自主完備性和精度都有明顯地提高。不管將GLONA SS作為一個單獨(dú)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，還是與 GPS聯(lián)合構(gòu)成雙衛(wèi)星定位系統(tǒng)，研究GLONA SS定 位方法，開發(fā) GLONA SS或 GPS GLONA SS數(shù)據(jù) 處理軟件都是必要的。本文主要討論 GLONA SS及 GPS GLONA SS偽距單點定位問題。通過實際觀測 數(shù)據(jù)的處理，分析和比較了 GPS和GLONA SS及 GPS GLONA SS定位的精度。一、數(shù)學(xué)模型盡管GLONA SS與GPS的系統(tǒng)構(gòu)成、定位原 理相類似，但在具體實現(xiàn)和數(shù)據(jù)處理上存在一定的 區(qū)別。就聯(lián)合定位的數(shù)據(jù)處理而

4、言 ，應(yīng)考慮兩個系統(tǒng) 的坐標(biāo)系統(tǒng)和時間系統(tǒng)差異，衛(wèi)星星歷表示的差異 和兩個系統(tǒng)偽距觀測值的精度差異。GPS系統(tǒng)中使用的是W GS284坐標(biāo)系統(tǒng)， GLONA SS系統(tǒng)使用的是 PZ290坐標(biāo)系統(tǒng)，進(jìn)行聯(lián) 合數(shù)據(jù)處理時，必須進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式 為1x1. 0-1. 9 x 10 600y=-61. 9X 101. 000LzW gs284L0. 00 01.dx(1)GPS 系統(tǒng)采用的是 GPS 時間（GPST ）， GLONA SS系統(tǒng)采用的是 GLONA SS時間 （GLONA SST）。GPST與U TC相差為整數(shù)跳秒 ， GLONA SST與U TC相差3 h。聯(lián)合數(shù)據(jù)處理時，除

5、 了要做上述時間系統(tǒng)轉(zhuǎn)換外，還要考慮兩個時間系統(tǒng)可能存在的同步誤差。GPS星歷給出的是衛(wèi)星軌道的Kep ler根數(shù)及其變化參數(shù),GLONA SS星歷給出的是衛(wèi)星在 PZ2 90坐標(biāo)系中給定時刻的位置和速度及日月引力攝 動加速度。GLONA SS衛(wèi)星坐標(biāo)要根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)動方 程用數(shù)值積分方法得出。由于在單點定位中一般把SA的影響作為觀測噪聲，所以GPS觀測模型的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 GLONA SS的觀測模型，必須考慮兩個觀測值隨機(jī) 模型的差異。根據(jù)以上討論，GPS和GLONA SS單點定位的 觀測方程為vg= （x- Xg）2+ （y- Yg）2+ （z- Zg）212 + c?Tg- Og, pg（2）

6、式中，上標(biāo)g表示GPS或GLONA SS,下標(biāo)i為觀 測值序號；（x,y,z）為測站的 WGS284坐標(biāo)；（X g, Yg, Zg）為衛(wèi)星在WGS284坐標(biāo)系中的坐標(biāo)， GLONA SS衛(wèi)星的坐標(biāo)要用公式 （1）轉(zhuǎn)換到 WGS2 84坐標(biāo)系中；？3 gps為接收機(jī)鐘差，?3glonass為接收機(jī) 鐘差加 GPST與GLONA SST的同步誤差；Og為加 上衛(wèi)星鐘差、大氣折射、相對論效應(yīng)和地球自轉(zhuǎn)改正 的偽距觀測值；vg為觀測值噪聲；pg為觀測值的權(quán)。將觀測方程（2）線性化，得出用于參數(shù)估計的線 性觀測方程。觀測方程中包括測站坐標(biāo)和接收機(jī)鐘 差及兩個時間系統(tǒng)同步誤差五個未知參數(shù)，用最小二乘或濾波

7、方法進(jìn)行參數(shù)估計 。二、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析在清華大學(xué)主樓的已知點上用A STECH公司的GG24型單頻接收機(jī)記錄了1. 5 h的觀測數(shù)據(jù)，采樣率設(shè)為1& GG24接收機(jī)有24個通道，可同時 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.1999年第4期測繪通報10跟蹤12顆GPS衛(wèi)星和12顆GLONA SS衛(wèi)星。整個 觀測過程中，最多可跟蹤 7顆GPS衛(wèi)星和6顆 GLONA SS衛(wèi)星。根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型，作者開發(fā)了相應(yīng)的雙衛(wèi)星 單點定位軟件。軟件功能包括：將GG24觀

8、測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換為R N EX文件,GLONA SS衛(wèi)星軌道的數(shù)值積 分，GPS、GLONA SS 和 GPS GLONA SS 聯(lián)合單點 定位等功能。就本次試驗的觀測數(shù)據(jù) ，用上述軟件進(jìn)行了 GPS單點定位、GLONA SS單點定位和取不同觀測 值權(quán)的GPS GLONA SS聯(lián)合定位計算。圖1,圖2為GPS單點定位結(jié)果與真值的平面 位置偏差和高程偏差。從圖1,圖2可以看出，平面 位置和高程精度大約為31m和42m，這主要是由于圖1 GPS單點定位的平面偏差圖2 GPS單點定位的咼程偏差圖3,圖4為GLONA SS單點定位結(jié)果與真值 的平面位置偏差和高程偏差。從圖3,圖4可以看出，平面位置和高程精

9、度大約為13m和12m,定位精度與沒有SA影響時的GPS單點定位精度相當(dāng)。 在1 612s和3 124s處的斷點是由于 GLONA SS觀 測衛(wèi)星數(shù)變化引起的，第一段為6顆GLONA SS衛(wèi) 星的結(jié)果，第二段為5顆GLONA SS衛(wèi)星的結(jié)果， 第三段是4顆GLONA SS衛(wèi)星的結(jié)果。GLONA SS 的X方向定位結(jié)果與坐標(biāo)真值之間還有微小的系 統(tǒng)偏差，我們認(rèn)為，可能是由于 GLONA SS與GPS之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式不夠精確造成的 ，原因是此坐 標(biāo)轉(zhuǎn)換公式并不是在世界范圍內(nèi)得出的 ，它只對某圖3 GLONA SS單點定位的平面偏差圖4 GLONA SS單點定位的咼程偏差圖5- 8為GPS GLO

10、NA SS單點定位結(jié)果與真值的平面位置偏差和高程偏差。圖5,圖6中,GPS與GLONA SS觀測值的權(quán)比為1 ： 1。可以看 出,此組解的平面位置和高程精度大約為17m和25m ,高于GPS解的精度，但低于GLONA SS解的 精度。在圖7,圖8中,GPS與GLONA SS觀測值的 權(quán)比為0 04 ： 1,此組解的平面位置和高程精度大 約為12m和11m。圖6 GPS GLONA SS(1 : 1)單點定位的高程偏差(下轉(zhuǎn)第13頁)1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

11、 1999年第4期測繪通報13咼,所以，在選擇相關(guān)點時,般先考慮鄰近點,且一一 般同類觀測量的相關(guān)程度高于其他類型的觀測量，所以，應(yīng)選擇鄰近的同類型測點作為相關(guān)檢驗測點。3實例分析結(jié)果表明，關(guān)聯(lián)模型分析結(jié)果與關(guān) 聯(lián)度分析結(jié)果是完全一致的，但測點間關(guān)聯(lián)模型的相關(guān)程度與灰色關(guān)聯(lián)度在數(shù)值上有一定差別，前者在數(shù)量上表現(xiàn)得更為明顯，因此，用關(guān)聯(lián)度進(jìn)行相關(guān) 分析，測點間相關(guān)程度的相對關(guān)系是正確的，但其絕對關(guān)系并不一定可靠。4各測點的擬合中誤差大多與觀測精度接近，復(fù)相關(guān)系數(shù)也較高，說明所選擇的擬合模型是合理 有效的。在安全監(jiān)測過程中，如果某個測點的監(jiān)測數(shù) 據(jù)發(fā)生異常，可以通過相關(guān)監(jiān)測量的檢驗，初步判定 異常

12、發(fā)生的原因，從而提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性，也為 監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時評判提供了一種有效的方法。參考文獻(xiàn)1吳中如.水工建筑物安全監(jiān)控理論及其應(yīng)用 .南京：河海大 學(xué)出版社，19902李德仁.誤差處理和可靠性理論.北京:測繪出版社，19881994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 1999年第4期測繪通報#1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 1999年第4期

13、測繪通報14圖8 GPS GLONA SS (0 04 : 1)單點定位的高程偏差三、結(jié)論通過上面的分析比較，可以得出如下結(jié)論： GLONA SS單點定位的精度大大高于有SA影響時的GPS的單點定位精度；選擇合理的觀測值權(quán)后，GPS GLONA SS單點定位精度比 GLONA SS的精 度有所提高，但提高的幅度不明顯；選擇不合理的觀 測值權(quán)后，GPS GLONA SS定位精度反而低于 GLONA SS定位精度?？傊?，雙衛(wèi)星系統(tǒng)大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可用性和自 主完備性，合理聯(lián)合兩個系統(tǒng)的觀測值可以顯著提高 GPS系統(tǒng)的定位精度。參考文獻(xiàn)1高星偉，李毓麟.PZ290與WGS284之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換.測繪科

14、技動態(tài)，1998 (3)中國測繪學(xué)會團(tuán)體會員會議在桂林召開【本刊訊】3月27日至30日中國測繪學(xué)會1999年度團(tuán)體會員會議在桂林召開。來自全國各行業(yè)測繪單位的團(tuán)體會員代表約50余人參加了會議。開幕式上，中國測繪學(xué)會常務(wù)副理事長兼秘書長馮孟華作了主題發(fā)言，介紹了中國測繪學(xué)會1998年的工作情況及1999年的工作要點。本次會議的目的是總結(jié)過去的工作，繼續(xù)開展以科技發(fā)展和科學(xué)管理為中心的經(jīng)驗交流。會上，中國工程院院士劉先林先生介紹了我國攝影測量學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r及達(dá)到國際先進(jìn)水平的JX24A DPW全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站的情況；中國測繪科學(xué)研究院院長林宗堅教授介紹了“數(shù)字地球”的概念、我國在這方面的所做的工作及今后的努力方向；中國測繪學(xué)會副秘書長、工程測量分會會長洪立波教授作了我國工程測量現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的報告；中國測繪學(xué)會金伯勛高級工程師