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测绘科学Vol132No14第32卷第4期ScienceofSurveyingandMapping2007年7月Jul1
TEQC单点定位的系统性偏差分析
???范士杰,郭际明,孔祥元
()?中国石油大学资信学院,山东东营257061;?武汉大学测绘学院,武汉430079【摘要】TEQC是由UNAVCOFacility研制的GPS数据预处理软件,可进行单历元C/A码伪距单点定位的计算,获得各历元GPS接收机的WGS84坐标。利用TEQC对大量GPS观测数据的计算表明:TEQC软件的单点定位结果在东坐标和高程方向上带有明显的系统性偏差。作者研制的单点定位软件GPP,由于考虑了地球自转、对流层折射和电离层折射等误差对GPS定位的影响,因此单点定位的结果较为准确,而且对上述系统性偏差产生的原因进行了分析和探讨。
【关键词】TEQC;C/A码伪距;单点定位
()【文章编号】1009Ο2307200704Ο0027Ο03【中图分类号】P228【文献标识码】A
jjjjjjj()()()式中,为信号发射时刻t,Xt,Yt,Zt1引言卫星在WGS84地固坐标系中的三维空间直角坐标,可根据[1,2]()TEQCTranslation,Editing,andQualityChecking是()()()GPS广播星历参数计算得到;Xt,Yt,Zt为rrrrrr由UNAVCOFacility研制的为地学研究GPS监测站数据管理信号接收时刻t,接收机在WGS84地固坐标系中的未知坐服务的GPS/GLONASS数据预处理软件,具有格式转换、r[3]标参数。由于GPS单点定位一般是在WGS84地固坐标系中数据编辑和质量检核等功能。同时该软件还可以进行基
于C/A码伪距观测值的单点定位计算,得到各历元GPS接进行平差解算的,因此必须考虑地球自转的影响,将信号j收机的WGS84地心空间直角坐标或地理坐标。但是,TE2发射时刻t的卫星坐标变换到信号接收时刻t的地固坐标r[4]jQC软件的单点定位结果带有系统性偏差。系下。因为信号发射时刻t的地固坐标系与信号接收时刻本文利用TEQC软件对大量IGS跟踪站观测数据进行t的地固坐标系是不相同的。r了计算和分析,结果表明:TEQC软件的单点定位结果在东ωτ设地球自转的角速度为,卫星信号的传播时间为,j坐标和高程方向上存在明显的系统性偏差。借助作者研制则考虑地球自转的影响,卫星坐标由信号发射时刻t变换[5][8,9]的单点定位软件GPP对TEQC软件单点定位结果的系统到信号接收时刻t的坐标转换公式为:r性偏差进行了较详细地分析和探讨,指出了其主要原因,jjj)(Xtr()ωτXωτtsin0cos并给出了GPP软件计算的较为精确的定位结果。jjj()3=)(ωτωτYt-cos()0sinYtrjj2C/A码伪距单点定位的数学模型j001()Zt()ZtrC/A码伪距观测值的观测方程为:()由观测方程1建立误差方程,组成法方程并进行最
小二乘平差计算,即可得到GPS接收机的WGS84坐标。jjjρ()ρ()(δδ())()`t=t+ctt-ttr
()δρ()δρ()δρ()ε1单点定位的计算和分析TEQCt+t+t++3tropionoreljjρρ式中,`为接收机对卫星j的C/A码伪距观测值;利用TEQC软件计算各历元C/A码伪距单点定位坐标
δ[1,4]为卫星至接收机间的几何距离;t为接收机钟差,作为未r)(x,y,z的指令为:jδ知参数与接收机坐标参数一起进行平差解算;t为卫星钟>teqc+qc+eepxfile1>31xyz差,利用导航电文提供的3个钟差改正参数,进行二次多其中file1为标准RINEX观测值文件31yyo,而31xyzδρ项式的改正计算;为对流层折射所引起的距离延迟,trop()为输出的各历元单点定位坐标x,y,z的文本文件。[6]δρHopfield、Saastamoinen或UNB3等模型计算;为利用iono本文采用TEQC软件对GOLD、KOKB、PRDS、UNB1、电离层折射所引起的距离延迟,由于在定位中只利用了C/YELL等IGS跟踪站的C/A码伪距观测值,进行了大量的单[7]δρA码伪距,故可采用Klobuchar模型进行估算;为相rel点定位计算和结果分析。以UNB1、PRDS跟踪站第1243对论效应而引起的距离误差,主要考虑由于卫星轨道偏心()GPS周2003年11月02,08日每天24小时的观测数据[8]ε率而产生的周期性误差改正;为测量噪声。为例,说明如下:jρ卫星至接收机间的几何距离可表示为:为了分析TEQC单点定位结果的精度,将TEQC各历元jjj2jj2jj2ρ++=()()()()()()单点定位结果与UNB1、PRDS跟踪站的已知坐标进行比较,Xt-XtYt-YtZt-Ztrrrrrr
(并把比较结果由WGS84地球坐标系转换到站心坐标系N,E,()2)U,更加直观地反映定位结果的平面和高程精度。如图1为
TEQC各历元单点定位坐标的真误差随观测时间的变化。对()作者简介:范士杰1969-,男,于跟踪站每天24小时的观测数据,将TEQC各历元单硕士,主要从事GPS测量数据处理点定位坐标的真误差求取平均值,则基本反映了TEQC单历元的教学与研究工作。单点定位结果相对于跟踪站已知坐标的系统性偏差。于是EΟmail:fsj_******@1631comUNB1和PRDS跟踪站第1243GPS周7天的处理结果汇总如表1。
由图1和表1可知:TEQC软件单点定位结果在东坐标收稿日期:2006Ο05Ο21()()E和高程U方向上存在明显的系统性偏差。以UNB1跟
()()踪站为例,东坐标E和高程U方向的系统性偏差约为
25m和15m。
()由图3可知:方案二的处理结果中,消除了东坐标E表1TEQC单点定位结果的坐标偏差(单位:m)
坐标偏差()方向的系统偏差;而高程U方向的系统性偏差基本没有UNB1PRDS
变化,同方案一。ΔΔΔΔΔΔNEUNEU年积日)3方案三0151111491529192910441806306261602112在单点定位的数学模型中,考虑对流层折射和电离层11325241359141891-01382211631101639307折射影响,而忽略地球自转的影响,GPPC/A码伪距单点
01203241438161653-01406211365111481308定位坐标与跟踪站已知坐标进行比较的结果,如图4所示。
0144824159415157601317221050101721309由图4可知:方案三的处理结果中,基本消除了高程
()-0144624133617106701127221047111996U方向的系统偏差,只是受到电离层延迟改正模型精度310
()的影响,而残余部分系统性误差影响;东坐标E方向的-010712418551419540146422120391862311
系统性偏差基本没有变化,同方案一。为了提高电离层延31201435251016151040-01619221128121705迟改正的精度,更好地分析单点定位mean01344241821151816010612**********()结果在高程U方向的系统性偏差,在单点定位的数学模型
中,采用C/A码伪距和P2码伪距的消电离层组合观测值,4GPP单点定位的计算和比较考虑对流层折射改正而忽略地球自转的影响,GPP单点定位[5]借助作者研制的单点定位软件GPP,采用不同的数坐标与跟踪站已知坐标进行比较的结果,如图5所示。
据处理方案,对上述IGS跟踪站的C/A码伪距观测值进行)4方案四单点定位计算,并把GPP处理结果与TEQC处理结果进行在单点定位的数学模型中,采用C/A码伪距和P2码伪
距的消电离层组合观测值,同时考虑对流层折射改正和地比较,从而研究和分析TEQC单点定位结果产生系统性偏()()球自转的影响,则定位结果在东坐标E和高程U方向均差的原因。不会存在明显的系统性偏差,从而得到较准确的单点定位)1方案一坐标。方案四GPP单点定位坐标与跟踪站已知坐标进行比在单点定位的数学模型中,忽略对流层折射、电离层较的结果,如图6所示。折射以及地球自转对GPS定位的影响,GPPC/A码伪距单
点定位坐标与跟踪站已知坐标进行比较的结果,如图2
所示。
5结论
综合分析上述方案一、二、三、四的处理结果,可得2可知:采用方案一GPP单点定位的结果与TEQC由图()出如下结论:TEQC软件单点定位结果在东坐标E方向的软件单点定位结果基本一致。由此推断TEQC单点定位结系统性偏差主要源于地球自转对GPS定位的影响;而在高
()程U方向的系统性偏差主要源于对流层折射、电离层折果产生系统性偏差的原因,主要是在定位模型中没有考虑射等的综合影响。作者研制的GPP软件考虑了地球自转、对流层折射、电离层折射以及地球自转等对GPS定位的影对流层折射和电离层折射等多项误差对GPS定位的影响,响。下面通过方案二、方案三和方案四进一步地验证。因此单点定位的结果较为准确,不存在明显的系统性偏差。)2方案二