GPS手持機時間序列差分技術研究

郭金雨 蔣盛吉

(北京交通大學海濱學院，河北 黃驊 061100)

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GPS手持機時間序列差分技術研究

郭金雨 蔣盛吉

(北京交通大學海濱學院，河北 黃驊 061100)

針對大部分GPS手持機處理程序進行相位差分比較困難的問題，提出基于時間序列的位置差分方法提高手持GPS接收機定位精度，并利用天寶手持機GeoExplorer系列中的GeoXT手持機，對基于時間序列的位置差分方法進行了實驗驗證，實驗結果表明，在觀測條件良好情況下，經過基于時間序列的位置差分方法的后處理可以使GeoXT手持機定位精度達到亞米級。

差分GPS，時間序列差分，位置差分

0 引言

由于GPS手持接收機具有機身體積小，攜帶方便，操作簡單，定位迅速且儀器價格便宜等優勢，對于精度要求較低的測量工程，如工程初勘、選線、找點以及地形圖測繪等應用來說GPS手持機不失為一種較好的選擇。但由于其精度一般在20 m～50 m之間，使其應用范圍受到限制。筆者對GeoXT手持機采集的數據進行剖析，使用簡單有效的位置差分方法，明顯地提高了手持機的定位精度，并對時間序列差分[4-6]改正值的有效性進行了研究。

1 時間序列的位置差分模型

因為手持機單點定位采用的觀測量是偽距觀測值，位置差分從根本上來講亦是偽距差分的應用，在基準站上利用已知坐標求出測站至衛星的距離，并將其與接收機觀測偽距進行比較，求出所有衛星的偽距改正數，用戶站利用此偽距改正數改正所測量的偽距，實現用戶站自身定位[1,2]。測站i與衛星j之間在t時刻的偽距觀測值為：

(1)

(2)

用戶接收機將其偽距觀測值加上此項距離改正，便可得改正后的偽距：

(3)

若考慮偽距改正數的信號傳輸時間變化率，改正后的偽距為：

(4)

改正后的偽距觀測值是消除了電離層和對流層影響后的偽距觀測值，由此解算出的用戶測站坐標相比采用原始偽距觀測量解算出的坐標精度會有很大提高。

采用位置差分的時候，對不少于4顆衛星進行GPS觀測，求出基準站的坐標(X′，Y′，Z′)，由于衛星星歷誤差、時鐘誤差、大氣折射等誤差的影響，該坐標與已知坐標(X，Y，Z)之間存在誤差(ΔX，ΔY，ΔZ)[3]，即:

(5)

用戶站接收到此坐標改正數并對其坐標進行改正，即：

(6)

考慮到傳送時間差引起用戶站位置的瞬間變化，有:

(7)

其中，t為用戶站定位時刻；t0為基準站校正時刻?？紤]到手持機操作靈活，易于移動，反應快速的特點，以及要求精度有限，因此，與通常的位置的差分有所不同，基于時間序列的位置差分采用非同步的后差分技術研究時間序列差分的定位精度。

2 數據采集和時間序列差分后處理

由于本次實驗目的是為了研究基于時間序列差分的位置差分精度，故采集過程中對每個采集的點位數據都應有明確的時間先后記錄，以便都取到不同時間的差分值對差分結果的影響，考慮到空間誤差相關性，避免時間過長導致衛星軌道、大氣壓、延遲等誤差，使相關性減弱，本實驗采集時間為上午8：30～10：30。通過觀測初期、中期和后期的改正值進行差分改正并研究分析差分改正效果，以點位的平面位置精度因子作為評價標準。按照坐標采集的時間先后順序將坐標數據轉換到北京54坐標系以后，剔除粗差，觀測數據與點位真值的比較如表1所示。

表1 觀測值與真值的比較

表2 經過前期改正值改正后的坐標和誤差

為了能夠研究所取差分改正值的時間先后對差分效果的影響，繼而選取了位于觀測時段中期和后期的、已知點位精度較高的k02和k03改正值對其他點位進行改正。以k02和k03坐標差分值即選擇觀測時段中期和后期的改正值對剩余的點位進行差分改正，結果如表3所示。

表3 經過中、后期改正值改正后的坐標誤差

去除粗差的點位后經過計算，利用觀測時段始端的0620進行差分改正得到的平均點位精度為0.36 m；利用接近觀測時段中間的點位k02進行差分改正得到的平均點位精度為0.47 m；利用觀測時段最后時刻點位k03進行差分改正得到的點位平均精度為0.51 m。

3 結語

利用基于位置差分的時間序列后差分技術，剔除粗差后可以使手持機的定位精度明顯提高，達到亞米級。在觀測時間不長的觀測時段內，選取的差分值在觀測時段中的前后時間對后差分精度沒有太大影響，不過考慮到差分定位提高定位精度的原理是利用觀測誤差的空間相關性，建議利用觀測時段中期的差分值進行差分改正。

[1] 張 勤，李家權.GPS測量原理與應用[M].北京：測繪出版社，2008:87-95.

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[6] 李傳華,孫禮軍,陸林濤.GPS手持機的差分定位系統研究[J].測繪科學,2012(3):50-51，28.

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，在讀本科生

TU198

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