GPS不同测量模式的应用及精度分析

史先领

（江苏安全技术职业学院，江苏 徐州 221011）

GPS不同测量模式的应用及精度分析

史先领

（江苏安全技术职业学院，江苏 徐州 221011）

文章在GPS静态测量和RTK两种方法的基础上，概述GPS准动态测量的原理和操作步骤，讨论其适用性和所能达到的精度。在反复实验的基础上对GPS准动态测量的优越性和适用条件做出分析和讨论，指出在工作效率和精度方面的优缺点。

GPS；RTK；精度；基准站；流动站

进行GPS后处理测量，首先是采集数据，然后用计算机对数据进行处理以获取测点的定位成果。这种方法相当于使用传统的经纬仪和光电测距仪采集点之间的角度和距离，再推算出各测点坐标一样。九十年代中期以前，后处理GPS测量（动态测量很少采用）是等级测量定位首选方法。其后出现并采用RTK方法，测点坐标可在数据采集的同时立即获得。该方法相当于用常规仪器在同一个测站上，依次观测与若干测点之间的角度和距离，按辐射导线计算测点坐标一样。与此同时，准动态测量也得到广泛应用。

1 GPS准动态测量方法简述

流动站接收机的数据采集间隔应设置为与基准站一致，这是在整个观测过程的前提。在GPS准动态测量作业之前要进行系统的初始化，可采用在已知点上重新初始化的方法，也可以使用静态测量进行初始化。当完成初始化工作之后，无论是在流动过程中采集数据还是把接收机安置于测点之上采集数据，流动站所采集存储于内存的每一组坐标数据都能达到厘米级水平的定位精度。通常情况下，流动站系统的测量员会在侧电上采集卫星数据时进行短暂的停留，停留时间一般会在6秒至60秒钟不等。每点测量完成，测量员就会转移到下一个测量点上进行继续作业。在整个测量过程中，接收机和所有可见卫星必须是相关联，能够实现连续跟踪的，流动接收机对所接收卫星信号数据的也需要连续跟踪不失锁，并且在各待测点上依次停留数秒来进行数据采集。如果所跟踪卫星发生失锁，必须重新进行系统初始化，否则测量工作将无法进行下去。

2 GPS准动态测量原理及实验操作

本次实验过程采用ASHTECH双频GPS接收机，这里仅对静态相对定位中广泛使用的测相伪距动态相对定位法，即载波相位求差法作简要介绍，假如在基准站上，用户GPS接收机G0和Gi，同时于历元T1和T2观测两颗卫星Vj和Vk，根据GPS测量原理可得8个载波相位观测方程，在历元T1对卫星Vj的观测方程为：

同理可得其余7个观测方程，限于篇幅不全列出。将两台GPS接收机G0、Gi在同一历元观测同一颗卫星的载波相位观测值求差，可消去卫星钟钟差δtj、δtk；同时可得4个单差观测量方程。两台接收机在历元t1对卫星Sj的单差观测量方程为：

同理可得其余3个单差方程。再将两台接收机G0、Gi同时观测两颗卫星Vj、Vk的载波相位观测量测站间单差相减，可得两个双差观测量方程：

3 数据处理与精度分析

3.1 数据处理及成果对比

本次试验选用双频GPS接收机三台，一台设为基准站，一台进行准动态测量，另外一台进行RTK，且初始化后准动态测量和RTK同时进行，用随机软件进行数据处理，所有测量成果都转换为西安-80坐标，把准动态测量与RTK、静态测量成果相比较，对准动态测量精度进行分析。对测区中10个点在不同时间测得成果对比，为了验证结论的可靠性，在相同的点上重复六次试验，把测量成果进行对比。

3.2 测量成果的精度分析

从六次试验成果分析得到，每次在相同条件下准动态测量优于RTK成果是可以肯定的。但也能看出几次成果有明显的不稳定性，且精度相差还比较大。由于试验是用相同的仪器在相同的地点，时间段也都是在下午三点到五点、天气晴朗时进行的，仪器由相同的人操作，准动态测量中采用固定高的三脚架以便减小天线高的量取误差。经过对以上影响精度的条件排除分析，发现精度相差较大的主要原因是卫星分布条件的不同。在GPS相对定位中，可求得法方程权系数阵QΔX，该矩阵主对角线上的元素QΔXii可构成空间位置精度因子RDOP为：

经分析得出，空间位置精度因子（RDOP）值的大小与卫星空间几何分布存在着一定的关系：①在一个观测时段中包含多个历元的观测值，在此过程中GPS卫星空间分布也有一定的变化；②在整个观测时段中，RDOP值的大小是变化的，对应基线的精度应当是多个RDOP值所产生的综合影响；③RDOP值的大小随着卫星个数增多及几何分布情况而减少：卫星空间几何分布均匀时，三个坐标分量的精度因子接近一致；当卫星空间几何分布条件不好时，三个坐标分量的精度因子相差较大，此时卫星几何分布精度因子对三个坐标分量的影响程度是不一致的。总之，若观测过程中有五颗及以上的卫星且分布均匀（天顶方向和四周都有卫星分布）时，经计算所得空间位置精度因子（RDOP）值都在0.6以下，这样解算出的基线精度也比较高。如果观测过程中卫星数较少且分布不均匀，例如有其中三颗卫星近似排列成一直线，第四颗卫星高度较低，若只用三颗排成直线的卫星计算空间位置精度因子（RDOP）值，这时的权系数阵QΔX几乎成奇异阵，空间位置精度因子（RDOP）值就会较大，使得解算的基线精度较差。一般RDOP值在1.0以内可认为是较好的卫星几何分布。同一基线不同时段卫星几何分布条件不同，所得测量成果的精度就不同。而准动态测量在每个测站上有多个历元的观测值，其精度显然要比RTK测量成果精度高。

4 结束语

综合以上对GPS准动态测量的精度分析，可以看出GPS准动态测量在相同的观测条件下具有比RTK更高的精度，在卫星分布条件并且观测条件都较好的情况下，它的精度接近静态测量的精度。况且准动态测量同样具有速度快、点位精度均匀的优点，但是在进行准动态测量之前为了能得到较高的精度，最好查看卫星星历选择卫星分布条件较好的时间段进行测量，这样就可以充分体现出准动态测量的优越性。在精度允许的条件下，可考虑用准动态测量代替静态测量，这样可以显著的提高测量工作效率及GPS测量设备的利用率。

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[4]李天文.GPS原理及应用[M].北京:科学出版社.2003.

P228.4

A

2096-2789（2016）12-0126-02

史先领（1973-），男，江苏丰县人，副教授，研究方向：工程测量及GPS应用方面。