接收机天线相位中心变化对G...S精密单点定位性能影响评估_项翩.pdf

第 卷 第 期 年 月 北京测绘 引文格式：项翩，吴星，万爱龙接收机天线相位中心变化对 精密单点定位性能影响评估北京测绘，（）：，（）：收稿日期 作者简介 项翩（），女，浙江杭州人，大学本科，工程师，注册测绘师，研究方向为测绘与地理信息系统应用。：接收机天线相位中心变化对 精密单点定位性能影响评估项 翩 吴 星 万爱龙（浙江天图地理信息科技有限公司，浙江 杭州）摘 要 研究接收机天线相位中心变化（）对俄罗斯全球卫星导航系统（）定位和对流层估计的影响分析。定位方面，分析接收机 改正与否对单 静态精密单点定位（）三维坐标精度的影响，同时探讨将全球定位系统（）和 系统对应的接收机 改正用于 的定位研究的可行性与可用性。对流层估计方面，综合研究了在静态 和固定坐标 两种解算模式中接收机 改正对对流层延迟估计精度的影响。选取全球均匀分布的 个 站一个月（年 月份）的数据进行处理，结果表明，采用 或 系统对应的接收机 改正均可明显提升 垂向坐标和对流层延迟估计精度。相比于采用 系统接收机，系统对应的接收机 改正对 垂向坐标和对流层延迟估计精度有进一步的提升。关键词 俄罗斯全球卫星导航系统；精密单点定位；天线相位中心变化改正；定位性能；对流层延迟中图分类号.文献标识码 文章编号（）引言精密 单 点 定 位（，）是一种独立于网络实时动态载波相位差分技术（，）的高精度定位技术，通过国际 服务组织（，）提供的高精度卫星轨道和钟差信息，结合各项误差改正，仅需单个全球导航卫星系统（，）测站的观测数据，即可获得全球范围内静态测站毫米厘米级或运动载体厘米分米级的绝对位置信息。凭借其高精度、高效率的特性，广泛应用于定位、导航、授时（，）、大气环境监测、地理灾害监测等领域。鉴于 定位性能受各项误差影响较大，目前国内外学者对误差改正模型和定位结果影响展开相关研究 。其中，随着天线相位中心改正模型（如 模型）的更新完善，相关学者开始对接收机天线相 位 中 心 变 化（，）对 定位影响展开分析 。国外文献针对接收机 改正对定位结果的影响做了充分的研究，国内文献则重点研究从天线相对相位中心转到绝对相位中心对 定位的影响，但综合研究接收机 改正对 定位结果和对流层延迟结果的影响的研究较少，有必要进行深入研究。第 卷 第 期项翩，吴星，万爱龙接收机天线相位中心变化对 精密单点定位性能影响评估接收机 改正不仅与接收机天线类型有关，还与不同卫星系统不同频率的信号有关。目前 模型并没有提供针对北斗和 系统的接收机天线相位中心改正，且有少量的接收机天线没有相应的俄罗斯全球卫星导航 系 统（，）对应的天线相位中心改正。本文旨在分析接收机 改正对单 定位和对流层估计的影响。一是定位方面，分析接收机 改正与否对静态 定位结果的影响。二是对流层估计方面，在静态 和固定坐标 两种解算模式下，分析接收机 改正与否对对流层延迟估计精度的影响。本文首先提出了常用的无电离层组合 定位模型，并给出了静态和固定坐标 两种定位模型，然后结合 年 月 个全球均匀分布的 测站数据，研究接收机 改正对定位和对流层估计的综合影响，最后得出本文的结论。无电离层组合精密单点定位模型 观测方程线性化后的无电离层组合伪距和载波观测方程分别为，g ，（），g ，（）其中，（，），（，）（，）（，）（），|（）式中，上标、下标、分别表示卫星、接收机、无电离层组合标识符；，和，分别表示伪距和载波的观测量减去计算量（，），需要说明的是，卫星钟差改正、卫星天线相位中心改正、相对论效应、潮汐负荷形变（固体潮、极潮和海潮）、萨奈克效应（）、卫星天线相位缠绕（仅对载波观测值）等改正已包含在 观测量中；g为接收机和卫星视线的方向余弦；为三维坐标改正量；为接收机钟差，而，为无电离层组合接收机钟差，其包含了接收机伪距硬件延迟，和，的无电离层组合观测量；和为卫星端伪距硬件延迟；为对流层湿延迟投影函数；为接收机天顶湿延迟；为原始载波相位整周模糊度，为无电离层组合载波相位模糊度；和分别表示接收机和卫星端载波相位硬件延迟；为载波相位频率，为载波相位波长；和 为无电离层组合放大系数，满足 ；，和，表示无电离层组合的观测噪声、多路径效应和其他非模型化误差。解算模式主要研究了静态和固定坐标，两种定位模式的唯一区别是对三维坐标参数的处理方式不同，本节给出了两种定位模式下对坐标参数的模型化策略。静态 静态 采用常数估计坐标参数，即k（k，k）（）式中，k为第 k 历元坐标初值；k为第 k 历元坐标估计值；k为第 k 历元坐标参数的估计方差，其作为第 k 历元坐标初始坐标。需要指出，第一个历元的坐标初值通过伪距单点定位计算得到，初始方差可取为。固定坐标 固定坐标 解算模式中，每个历元的坐标值固定为外部提供的参考坐标，因此估计参数向量中将不包括位置参数，即k（）结果分析 实验设计为了研究接收机 改正对 定位和对流层估计的影响分析，选取了一个月（年 月）的全球均匀分布的 个 测站 采样间隔的观测数据，测站分布如图 所示。本实验采用静态和固定坐标 两种解算模式，所有 数据处理均采用开源 软件。鉴于 最终精密产品不含 系统，本 文 采 用 欧 洲 航 天 局（，）提供的最终精密轨道和钟差产品。北京测绘第 卷 第 期图 选取的 个 测站分布卫星和接收机天线相位中心改正则采用 模型，接收机钟差均作为白噪声估计，参考坐标采用 周解。采用 模型校正对流层延迟的干延迟部分，采用随机游走过程估计校正湿延迟部分，过程噪声取 。载波相位模糊度采用常数估计模式，模糊度不固定。本文采用三种不同的策略来综合评估接收机 改正对单 定位和对流层延迟估计的综合影响。、分别表示不进行接收机 改正、基于 接收机 改正 观测值、基于 接收机 改正 观测值。定位性能分析图 为三种不同处理策略下 测站单 的定位误差，其中接收机天线类型为 。当忽略接收机 改正（即 解）时，垂向定位误差表现出明显的系统性偏差，约为.。当采用 对应的接收机 改正（即 解）后，垂向定位误差的平均偏差缩小为.。在采用 对应的接收机 改正（即 解）后，该平均偏差进一步缩小为.。由此可见，接收机 改正优先选择观测值对应的卫星系统，若没有，可选择 系统对应的接收机 改正。同时，可以看到接收机 改正与否对收敛后的水平方向的定位误差基本不会产生影响。图 为三种不同处理策略下所有测站一个月的单 结果的平均定位精度。可以看出，改正接收机 与否对坐标的水平分量（和 分量）的精度影响很小，定位精度改善小于.。而垂向 分量定位精度提图 接收机 不同处理策略下的单 的定位误差升明显，相比，垂向解的精度从.减小到.，提高了.，而 相比 则改善了.。可见，接收机 改正对改善坐标垂向分量的精度作用明显，因此针对缺失某些 卫 星 系 统（如、北 斗 或）对应的接收机 改正时，可考虑采用 系统对应的 改正加以替代。EastNorthUp位置分量00.20.40.60.81.01.21.41.6PCV0PCV1PCV2定位精度/cm图 接收机 不同处理策略下的单 结果的平均定位精度 对流层延迟估计分析图 为不同处理策略下接收机 改正时，测站单 对流层延迟误差（，）。在静态 模式下，解存在明显的系统差.，其 估计精度为.，而 和 解的估计精度相当，约为.。在固定坐标 模式下，解的系统性偏差得到了有效的削弱，减小为.，其 估计精度为.，相比第 卷 第 期项翩，吴星，万爱龙接收机天线相位中心变化对 精密单点定位性能影响评估静态，估计精度提升了.。和 解的估计精度约为.，相比静态，估计精度降低了，这主要是因为垂向坐标与对流层延迟参数高度相关，固定坐标后，垂向坐标的误差会被对流层延迟部分吸收。04812162024-30-25-20-15-10-5051015202530PCV0PCV1PCV2GPS时/hZTD误差/mm-（）静态 04812162024-30-25-20-15-10-5051015202530PCV0PCV1PCV2GPS时/hZTD误差/mm（）固定坐标 图 接收机 不同处理策略下单 对流层延迟误差图 为三种不同处理策略下所有测站一个月的单 平均对流层延迟精度。可以看出，固定坐标 可显著减小未改正接收机 对对流层延迟估计的负面影响，平均精度从.减小到.。此外，在改正接收机 的情况下，静态 的对流层延迟估计精度要优于坐标固定。在两种定位模式下，采用 系统对应的接收机 改正获取的对流层延迟估计精度要优于采用 系统对应的改正。估计模式024681012PCV0PCV1PCV2坐标固定PPP静态PPPZTD精度/mm图 接收机 不同处理策略下的单 平均对流层延迟精度 结束语本文系统地研究了接收机 改正与否对单 定位和对流层估计的影响，一是定位方面，接收机 改正与否对水平方向影响不大，但对垂向定位影响显著，建议采用不同卫星系统对应的接收机 改正用于相应卫星系统的观测值改正，若该系统没有对应的接收机，则可用 系统对应的接收机 改正。二是对流层估计方面，在静态 和固定坐标 两种解算模式下，分析接收机 改正与否对对流层延迟估计精度的影响，在未考虑接收机 改正时，固定坐标 可显著抵消其对对流层延迟估计的不利影响，但在施加接收机 改正后，对于单 对流层延迟估计利用静态坐标模式解算的效果更佳。参考文献 ，（）：肖浩威，王江林郭海荣，等 服务的实时精密单点定位精度分析测绘通报，（）：张小红，李星星，郭斐，等基于服务系统的实时精密单点定位技术及其应用研究 地球物理学报，（）：张宝成，欧吉坤，李子申，等利用精密单点定位求解电离层延迟地球物理学报，（）：方荣新，施闯，辜声峰 基于 动态定位技术的同震地表形变分析武汉大学学报（信息科学版），（）：北京测绘第 卷 第 期 张宝成，欧吉坤，袁运斌，等 卫星姿态异常及其对精密单点定位估值的影响 科学通报，（）：杨艳红基于 精密产品的 单双频动态精密单点定位精度分析北京测绘，（）：，（）：，：，（）：，（）：徐夏炎 卫星星载 天线相位中心估计及对卫星定轨的影响 北京测绘，（）：，：，尹潇，柴洪洲，齐文龙，等 校正卫星天线参数特性及对 定位的影响武汉大学学报（信息科学版），（）：张小红，李盼，李星星天线相位中心改正对 参数估计的影响武汉大学学报（信息科学版），（）：，（）：，：，（，）：（）（）（），（），（），：（）；（）；（）；