星基增强差分系统在物探测量中的应用

李连江 鞠立华 梁延强 迟凤静

(胜利油田物探公司 山东东营)

星基增强差分系统在物探测量中的应用

李连江 鞠立华 梁延强 迟凤静

(胜利油田物探公司 山东东营)

阐述了星基增强差分系统的核心原理和技术,介绍了StarFire星基增强差分系统的组成、定位原理和技术特点,及其在物探测量中的应用范围和前景。

星基增强差分系统;PPP;StarFire;RTG

0 引 言

随着油气勘探技术发展,对物探测量的定位精度的要求也越来越高,要求能够达到厘米级的定位精度,而采用伪距差分定位只能提供米级的定位精度,如果使用RTK功能,作用距离又不能达到;对于这部分定位需求,现有的定位手段无法满足要求,需要寻求新的定位方式或技术[1、2]。

而基于精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)技术的星基增强差分系统能够很好地满足这部分定位需求。本文介绍了StarFire星基增强差分系统的组成、定位原理和技术特点,及其在物探测量中的应用范围和前景。

1 精密单点定位(PPP)技术的概念及原理[3、4]

精密单点定位技术是由美国喷气推进实验室(JPL)的Zumberge于1997年提出的。该技术的思路非常简单,在GPS定位中,主要的误差来源于三类,即轨道误差、卫星钟差和电离层延时。如果采用双频接收机,可以利用LC相位组合,消除电离层延时的影响。如果选择地心地固系表示卫星轨道,计算的参考框架同为地心地固系,可以消去观测方程中的地球自转参数。于是,只要给定卫星的轨道和精密钟差,采用精密的观测模型,就能像伪距一样,单站计算出接收机的精确位置、钟差、模糊度以及对流层延时参数。

根据PPP技术的要求,定位中需要系统提供卫星的精密轨道和钟差。目前,国际GPS服务组织(IGS)的几个数据分析中心具备这个能力提供卫星的精密轨道和钟差,但是,这些都是后处理结果。

由于IGS现在不能提供实时和外推的精密卫星钟差,制约了实时PPP技术的应用;国外有许多主要研究机构,专门从事PPP技术的实际应用研究,主要有JPL、NRCAN、CALGARY大学、NAVCOM公司等。他们的主要研究进展主要包括实时分米级定位和事后厘米级定位。StarFire就是建立在研究成果基础上的一个可以提供分米级实时精度的星基增强差分系统。

2 StarFire星基增强差分系统介绍

StarFire星基增强差分系统是由美国 NavCom Technology INC和AG Management Solutions(AMS)共同开发的利用全球GPS跟踪站数据,采用NASA Jet Propulsion lob—oratory(JPL)授权且基于 Real Time Gipsy(RTG)软件的处理技术建立起来的全球性差分GPS服务,用户利用这钟差分服务可以全球北纬76°～南纬76°范围内实时连续动态目标dm级的定位精度。

2.1 系统组成

StarFire星基增强差分系统主要由以下几部分组成:

1)基准网络,由分布在全球的参考站接收机连续观测并将原始观测记录提供给中心数据处理站处理,形成完整的数据处理和传输网络。

2)数据网络中心,也是数据控制中心,负责处理GPS观测数据并提供差分数据,将差分数据发送到卫星注入站。

3)通讯链路,提供数据传输设备,并将 GPS观测数据传输到数据网络中心,同时把数据差分结果传至地面中心站。

4)全球地面站,负责将数据网络中心处理的数据传给同步卫星。

5)同步卫星,主要由三颗Inmarsat卫星组成,负责将差分数据传回地面站。

6)监控站,使用广播的改正信息,并实时卫星导航信息提供给数据处理中心。自动反馈系统出现的各种问题。

7)用户设备,用户使用广播信息和当地双频观测数据,剔除电离层折射影响以后,经过卡尔漫滤波后的定位设备。

2.2 定位原理

StarFire星基增强差分系统由构成地面参考站网络的双频接收机对GPS卫星信号进行解码,并将高质量的双频伪距和载波相位观测值发送至两个处理中心。在处理中心,利用RTG软件的处理技术,演算出实时的高精度卫星轨道和时钟改正数据。并将这些数据由数据处理中心发送到地面注入站(LandEarth Station),再由地面注入站上传至INMARSAT同步卫星,由这些卫星将差分改正信号发送给全球的用户,进行实时动态定位。

用户设备实际上同时有两个接收部分,一个是GPS接收机,一个是L波段的通信接收器。GPS接收机跟踪所有可见的卫星然后获得GPS卫星的测量值。同时,L波段的接收器通过L波段的卫星接收改正数据。当这些改正数据被应用在GPS测量中时,一个实时的高精度的点位就确定了。

2.3 定位模式

StarFire系统从建立至今,曾先后采用或研究几种差分定位模式。一是WCT,这是过去老的服务模式;二是RTG,这是现在的服务模式;三是RTG与RTK组合模式,这是当前推出的一种新的服务模式。

它可以发挥各自的优点,克服各自的缺点。如用RTK进行RTG初始化,可以克服RTG初始化时间过长的缺点,且达到高精度(厘米级)定位。而当RTK整周模糊度失锁或通信线路不能保障时,可利用RTG继续提供定位服务,通过这段“停止期”。其定位精度仍可达到厘米级。当RTK恢复跟踪或恢复通信线路后,则可用RTG定位结果作为起始点,进行整周模糊搜索、求解。

3 StarFire在物探测量中的应用[5]

多数勘探区域位于荒漠、戈壁、荒原、丘陵、山岭、近海等环境,高等级控制点由于各种原因不能够满足物探测量的需求,常规GPS动态、静态测量也因为数据连接和地形条件等原因,使用效果不够理想,这就给StarFire系统在物探测量中的应用带来了机会。

目前,物探测量主要包括控制测量、施工过程中的放样测量等,采用的测量方法一般包括:静态GPS测量、动态GPS测量、全站仪导线测量等。根据物探测量的实际需求和StarFire系统的精度,它主要被用于施工过程中放样测量,特别是在起伏较大的地形或近海区域。

基于StarFire星基增强差分系统测量现场不需要无线电台、GPRS或者CDMA等通讯工具的特点,在无地面干扰的情况下,只要初始化仪器后,一般很少失锁,能够连续完成数据采集,这就大大地节约时间和人力,提高了效益。StarFire星基增强差分系统也可以与仪器以组合的方式进行施工。

4 结论与建议

随着星基增强差分系统在物探测量中的深入应用、系统的不断升级和软件处理能力的不断提高,以及和其它仪器组合方式的不断出现,星基增强差分系统将在物探测量应用的越来越广泛。

根据实际工作经验和星基增强差分系统特点,提出以下几点建议:

1)要确保探区内WGS-84坐标系与实际采用坐标系的转换参数的准确;

2)有加强施工过程中的复测检核,以确保施工质量;

3)在与其它仪器组合使用的过程中,要注意仪器的接口程序和软件的适用范围。

[1] 张小红.动态精度单点定位(PPP)的精度分析[J].全球定位系统,2006,31(1)

[2] 刘经南,叶世榕.GPS非差相位精密单点定位技术探讨[J].武汉大学学报(信息科学版),2002,45(3)

[3] 杨怀春.星站差分GPS定位技术介绍 [J].物探装备,2004,14(3)

[4] 翟清斌,张 锐,张 莉.StarFire差分GPS服务介绍[J].测绘科学,2004,29(2)

[5] 熊 刚,束焕然,廖七一,等.StarFireTM-RTG星基差分实时精密单点定位原理、测试与应用[J].全球定位系统,2006,31(5)

Application of Global Satellite Based Augmentation System in Geophysical Surveying.

Li Lianjiang,Ju Lihua,Liang Yanqiang and Chi Fengjing.

This paper describes the principle and the technical advantage of Global Satellite Based Augmentation System,detail explains the parts,positioning principle and technical characters of Star-Fire,and introduces the prospect and limitation of usage of Star-Fire in geophysical surveying.

Global Satellite Based Augmentation System;PPP;StarFire;RTG

P631.4+3

B

1004-9134(2010)01-0026-02

李连江,男,1973年生,工程师,1998年毕业于桂林工学院工程测量专业,现任胜利油田物探公司滩海设备队副队长。邮编:257086

2009-06-06编辑梁保江)

PI,2010,24(1):26～27

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