GPS精密单点定位技术
当今和未来精密单点定位技术创新应用
当今和未来精密单点定位技术创新应用摘要：精密单点定位技术是当前研究热点。
本文首先介绍国内外精密单点定位测量发展现状；其次对精密单点定位原理和误差来源进行了分析，然后列举精密单点定位技术在具体领域中应用；最后对未来发展做了展望。
关键词：精密单点定位；误差；具体应用0引言GPS精密单点定位一直是一个热门话题，PPP需用户自己设置地面基准站、单机作业、定位不受作用距离的限制、作业机动灵活、成本低。
PPP一般采用非差观测模型，能同时精确估计测站在ITRF框架下的绝对坐标、接收机钟差以及绝对天顶对流层延迟及其水平梯度、信号传播路径上的电离层延迟等参数，与相对定位的双差模型相比，PPP在广域精密定位、地震监测、水汽反演和电离层监测等方面应用具有突出优势。
因此，PPP在低轨卫星定轨、精密授时、大气科学、地球动力学等诸多方面具有独特的应用价值。
1精密单点定位测量发展早在20世纪70年代初，Anderle首次提出利用固定已知的卫星轨道和多普勒卫星观测值信息来确定单站位置，并将这种定位方式命名为 Precise Point Positioning（PPP）。
Kouba利用消电离层组合模型，加入各种误差改正项，获得厘米级的精密单点定位精度。
JPL的Muellerschoen 等提出全球实时动态精密单点定位技术，利用非差双频载波相位观测值，在经过一段时间初始化后进行单历元实时动态精密单点定位。
实验结果表明，平面位置定位精度为10～20cm。
Colombo使用自主研发的PPP软件IT对动态精密单点定位的精度做了详细分析，该软件使用了卡尔曼滤波和平滑技术，获取了静态厘米级和动态优于10cm的定位精度，收敛时间为30min。
NAVCOM的Hatch提出了利用JPL实时定轨软件RTG实现全球RTK计划，其目标是实现水平方向 10cm定位精度的全球实时动态定位。
国内学者对精密单点定位技术也做了比较深入的研究。
武汉大学的叶世荣深入地探讨了非差参数估计模型、非差数据预处理、精密卫星钟差估计等关键问题，并且研发了GPS定位软件，其单天解算精度为纬度方向优于1cm，经度方向优于2cm，高程方向优于3cm；同时利用精密单点定位技术进行动态单点定位，其初始化时间大约是15min，单历元解算精度在3个方向上均优于20cm，大多数解的精度优于10cm；采用GPS精密星历和实时钟差计算出的实时动态精密单点定位的精度为40cm。
精密单点定位技术的应用研究
精密单点定位技术的应用研究
摘要
精密单点定位技术是一种利用多普勒效应来定位和导航的技术。
它利用一种可靠的接收机，可以在远程接收GPS系统的信号并将其转换为实时位置，从而获得精确的定位和导航信息。
它可以提供更精确的定位和导航信息，为用户提供更精确的定位结果。
本文综述了现代精密单点定位技术在多个领域的应用，这些领域包括：海洋科学/防浪应用、林业应用、军事方面的应用、航空应用以及未来的应用等。
针对这些应用，进行了技术分析和技术发展预测。
本文结合实际情况，探讨了精密单点定位技术的发展趋势，以及如何发挥其在实际应用中的最大价值。
关键词：精密单点定位；多普勒效应；海洋科学；林业；航空
Research on the Application of Precision Single Point Positioning Technology
Abstract。
GPS精密单点定位技术 PPP
5.2 I(Identification)诊断一维模型诊断
构造统计量：tk
T 1 CK VK Vk T 1 CK VK k CK 1 2
T CK 0
0 1 0
0
若������������ > ������������ (0,1 ，则表明相应观测值最可能存在异
常 若认为只有观测模型,则用残差向量来诊断
IGS 是对上述加权平均
8
3.1.1 IGS产品基准统一
卫星星历和卫星钟差共同决定PPP的基准， 而非测站点决定。
广播星历坐标（即通过n文件中参数计算） WGS-84 精密星历（SP3文件 获取） ITRF05 ITRF08
SP3文件:
clk文件:
并且，选取一个处理中心的产品，因为各个中心的处理方式和软件有所不同！
IF
4
2、1卫星信号发射时刻计算
在GPS定位计算中，需要计算卫星在信号发射时刻的位 置，根据信号的接收时刻即观测数据的记录时间，通 过迭代方式计算信号的发射时刻。 信号发射时刻ts与信号的接收时刻tr之间有下列关系：
t s tr X s (ts ) X r (tr ) c
取信号传播时间近似值为0.075s，经过迭代，当差值小 于10−7 ������时结束。 Tion _ trop 30 / (3 108 ) 1107 s 计算时忽略大气延迟，因为
[ X , Y , Z , N1 , N 2 ... N n , trop, c R ]
相应的状态噪声矩阵 状态转移矩阵
0 k 0 0
0
2 trop
0
0 1 k / k 1 0 0 2 clock 0
GPS精密单点定位数据处理分析
GPS精密单点定位数据处理分析在信息技术快速发展的过程中，GPS研究领域中的GPS精密单点定位技术是當前一项研究的热点。
本文就GPS精密单点定位数据处理进行简单分析。
标签：GPS精密单点定位数据处理0前言在过去的GPS应用中，采用都是相对定位的操作方式进行应用。
在使用的过程中通过组成观察两者之间出现的数值，消除各部分之间产生的差值影响，以此来达到高精度的目的。
在使用这种方式的过程中，不会将复杂的误差模型应用在内。
通常指需要采用简单的模型进行精度定位就可以。
但是，相较于目前应用GPS的实际情况来看，依然存在着不少的问题。
在作业的过程中之应用一台接收装置尽心观测，对作业的效率造成影响，同时还使得作业才成本相应增加。
在条件不同的情况，影响也各不相同。
GPS精密单点定位能够有效克服这方面的问题。
同时还能够直接应用，有效解决问题，使得其应用范围前景非常可观。
1 GPS精密单点定位原理与数学模型了解GPS精密单点定位原理与数学模型。
这两方面的认识是开展相关研究活动的前提。
1.1 GPS精密单点定位原理精密单点定位（PrecisePointPositioning）研发的起源是绝对定位思想[1]。
但是精密单点定位相较于常规的绝对定位具有一定的不同之处。
精密单点定位进行定位计算的坐标与钟差主要来源于国际GNSS服务机构IGS提供的相对精度较高的卫星轨道信息与钟差信息。
在使用的过程中出需要应用到观测值，还需要使用载波相位观测值。
与此同时，在误差处理的过程中相较于其他的绝对定位思想存在一定的不同之处。
在误差数据处理的过程中，精密单点定位利用各种模型将观测值进行组合，进而小若或者完善其中产生的误差。
1.2 GPS精密单点定位数学模型首先，传统模型。
在GPS精密单点定位过程中所应用到的传统模型主要采用的载波相位与双频GPS观测点离层，进行组合观测模型。
传统模型组成的共识公示通常是该领域最有名的公式。
将这种模型的公式进行简化如下所示：其次，UofC 模型。
实时精密单点定位研究综述
实时精密单点定位研究综述摘要：GPS精密单点定位（PPP）是一种利用高精度的GPS卫星星历和卫星钟差以及双频载波相位观测值，并采用非差模型进行高精度单点定位的方法。
实时精密单点定位技术（RT-PPP）已成为当前GNSS领域的研究热点，也将是目前乃至未来实时高精度动态定位的主要技术手段之一。
本文对其从研究背景、国内外研究现状，以及发展前景等方面进行了综述。
关键词：GPS；实时精密单点定位；研究背景；发展现状；前景1 研究背景全球定位系统GPS（Global Positioning System）是美国从上世纪70年代开始研制，于1994年全面建成的新一代卫星导航定位系统。
目前，GPS以全天候、高精度、自动亿、高效益等显著特点，诸多领域得到了广泛应用。
GPS的出现，给测绘领域带来了一场深刻的技术革命。
传统的GPS单点定位是指利用单台接收机的测码伪距及广播星历的卫星轨道参数和卫星钟差改正进行定位，因其较低的定位精度已不能满足精密导航、大地测量、变形监测、精密工程测量等的要求。
为了提高精度，出现了GPS相对定位，它是用两台以上接收机同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。
GPS相对定位通过组成差分观测值来消除接收机钟差、卫星钟差等公共钟差以及减弱对流层延迟、电流层延迟等相关性的影响，因此，它是目前GPS定位中精度最好的一种方法。
PPP技术作为一种最近十几年发展起来的一项GPS定位新技术，在低轨卫星精密定轨、高精度坐标框架维持、区域或全球性科学考察、航空动态测量和海洋测绘等方面具有不可估量的应用前景，目前己经成为GPS导航和定位界的研究热点。
经过近十几年国内外学者的研究，精密单点定位的事后处理算法及应用已经比较成熟。
与相对定位中的实时定位技术RTK相对应，在实时GPS卫星轨道和钟差产品的支持下，精密单点定位的数据处理可以在实时情况下进行，得到实时定位结果，称之为实时PPP技术。
实时PPP定位技术与目前已有两种GPS实时定位服务系统（基于单基准站RTK技术系统和基于多基准站的CORS系统）相比具有以下显著优点：1.系统服务覆盖区域大；2.总投资和运营成本低。
精密单点定位的技术原理
精密单点定位的技术原理
精密单点定位是一种利用卫星导航系统（如GPS）进行精确定位的技术。
其原理主要包括两个方面：距离测量和位置解算。
1. 距离测量：精密单点定位利用接收来自卫星的多个信号并计算其到达时间差来测量距离。
每个卫星向接收器发送带有时间信号的电波，接收器通过测量这些电波的到达时间并将其转换为距离值。
由于电波传播速度的恒定，可以通过信号的到达时间差计算出接收器与卫星的距离。
2. 位置解算：在测量到足够数量的卫星距离后，可以使用三角测量原理来解算接收器的位置。
具体来说，通过在三维空间中使用至少三个卫星的距离测量结果，可以获得接收器所在的三个球面的交点。
由于接收器实际上位于这些球面的交点处，因此可以通过解算这些交点来确定接收器的位置。
在实际应用中，精密单点定位还需要考虑一些因素，如钟差校正、信号传播误差等。
同时，对于更高精度的定位，还可能使用相位差测量等更精细的技术来提高定位精度。
精密单点定位
精密单点定位ppp精密单点定位(precise point positioning ，缩写PPP，指的是利用全球若干地面跟踪站的GPS观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差对单台GPS接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算。
在卫星导航应用之中，GPS作为定位的意义越来越重要，不论是军事上还是工程等方面上，导航定位的研究依然是一个不老的研究主题。
精密单点定位更是导航定位中的一个很值得研究的问题。
PPP根本上讲属于单点定位范畴，那么单点定位又是怎样进行测量定位的呢？单点定位是利用卫星星历和一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法，其优点：一台接收机单独定位，观测组织和实施方便，数据处理简单；缺点：精度主要受系统性偏差(卫星轨道、卫星钟差、大气传播延迟等)的影响，定位精度低。
应用领域：低精度导航、资源普查、军事等。
对于单点定位的几何描述，三个站星距离，作三个球面三个球面两两相交于两点，如下图所示：站星距离的测定：保持GPS卫星钟同GPS接收机钟同步；GPS卫星和接收机同时产生相同的信号；采用相关技术获得信号传播时间；GPS卫星钟和GPS接收机钟难以保持严格同步，用相关技术获得的信号传播时间含有卫星钟和接收机钟同步误差的影响。
单点定位虽然是只需要一台接收机即可，但是单点定位的结果受卫星星历误差、卫星钟差以及卫星信号传播过程中的大气延迟误差的影响较为显著，故定位精度一般较差。
PPP针对单点定位中的影响，采用了精密星历和精密卫星钟差、高精度的载波相位观测值以及较严密的数学模型的技术，如用户利用单台GPS双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内，点位平面位置精度可达1~3cm,咼程精度可达2~4cm,实时定位的精度可达分米级。
精密单点定位的数学模型，对于伪距：—(X -X)2 (y i -Y)2 (z -Z)2 -V ion -V trop c V t S -C V t R误差方程为：V i =Ti dX —m i dY—ndz+c V t S —c V t R+(P°)i — (V i。
BDSGPS组合精密单点定位关键技术研究
BDS/GPS组合精密单点定位关键技术研究全球导航卫星系统深刻地改变了人们的生活方式,极大地促进了社会进步,在民用和军事领域都发挥着至关重要的作用。
精密单点定位技术仅需单台接收机便可以完成定位任务,具有机动灵活、不受作业距离限制、使用成本低等特点。
PPP技术最早用于高精度坐标参考框架的维持,此后扩展至大地测量和地球动力学等诸多领域,在气象研究、形变监测、地震预警、低轨卫星定轨等方面得到了广泛使用,具有重要的应用价值。
随着GNSS的快速发展,卫星星座和导航信号越来越丰富,精密产品的精度也越来越高,多系统PPP实验条件日趋成熟。
在多系统条件下,可用观测量更多、卫星几何构型更强、平差系统冗余程度更高,多系统PPP可以提高定位的精确性、可用性和可靠性,并有效缩短初始化时间,是当前GNSS领域的研究热点。
多系统PPP数据处理方法与单系统PPP相比,既存在相似之处,也有自身特点。
由于不同系统的卫星类型、系统参考时间和硬件延迟存在差异,多系统PPP 受到更多系统性偏差的影响,此类偏差的稳定性分析和处理方法是目前亟待解决的问题,多系统PPP数据融合处理方法还有待进一步研究。
论文围绕BDS/GPS组合PPP关键技术,主要从系统间偏差、硬件延迟偏差、电离层延迟误差和多系统融合4个方面开展研究,主要工作和创新点如下:(1)利用长期数据分析了ISB单天和一周稳定性,探讨了使用不同精密产品和不同类型接收机所得ISB的特性。
试验结果表明:ISB单天稳定性较好,单天标准差约为0.5ns,而不同年份数据ISB周平均值和周标准差的差异较大;同一测站使用不同精密产品计算得到的ISB周平均值之间存在系统性偏差,且不同测站的该系统性偏差大小基本相同;ISB周平均值与接收机类型有关。
(2)针对传统ISB预报方法忽略了拟合数据权重不同的问题,提出一种改进的ISB建模和预报方法。
该方法采用Kalman滤波估计ISB模型参数,并根据ISB拟合数据距离预报时刻的远近调整其方差,充分利用拟合数据的时空相关性,从而提高了ISB预报精度。
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GPS精密单点定位技术初探
摘要：本文简单介绍了gps精密单点定位的技术原理、定位精度及应用情况，同时对精密单点定位（ppp）和rtk的各项技术参数进行了初步的对比分析。
关键词：gps；精密单点定位；原理；精度
1 引言
gps自投入使用以来，其相对定位方式的研究发展迅速，从最先的码相对定位到现在的rtk，使gps的定位精度不断升高；而绝对定位(即单点定位)的发展则相对缓慢。
随着我国海洋战略的实施、区域或全球性的科学考察等活动日益增加，对定位的精度也提出了新的要求，往往要求达到十几或几十厘米的定位精度。
采用伪距差分定位只能提供米级的定位精度；使用rtk技术，作用距离又达不到；对于这部分定位需求，则需要寻求一种新的定位方式或技术。
2 精密单点定位技术
2.1 精密单点定位的思路
精密单点定位(precise point positioning，ppp)技术由美国喷气推进实验室(jpl) 的zumberge于1997年提出。
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，来消除电离层延时的影响。
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、模糊度以及对流层延时参数。
2.2 ppp的误差改正
有别于双差定位模式，非差观测模型是描述非差观测值与其它物理影响因素的函数关系，因此需要精确估计3类误差源的影响：
①与测站相关；②与卫星相关；③与信号传播路径相关。
2.2.1 与测站相关的误差改正
①接收机钟差。
以接收机钟差及其变化量作为待定参数，并认为各历元之间是相互独立的，看成一种白噪声，和测站位置、速度一起进行估计计算。
②地球固体潮改正。
地球固体潮改正由和纬度相关的长期项与周期项组成。
ppp利用单天解消除周期性误差后的残差影响在水平方向可达5cm，在垂直方向可达12cm，还需利用模型加以改正。
③海洋潮汐改正。
当测站离海岸线大于1000km时，其影响可忽略不计；对单历元解的影响可达5cm。
2.2.2 与卫星相关的误差改正
①卫星钟差改正。
可在非差相位精密单点定位基准站上利用相对卫星钟差，基准站数据分析中心将所计算的1s更新率的精密相对卫星钟差传输给用户，用户利用这些数据，计算的定位结果可以满足精度要求。
②卫星轨道误差。
基准站数据分析中心根据igs实时预报精密星历的轨道误差有25-40cm，可以满足实时ppp的0.5m以内的定位精度要求，而事后精密星历的精度更可以达到3-5cm。
③相对论效应。
由于卫星和接收机所在位置的地球引力位及在
惯性空间中的运动速度不同，将导致卫星钟频率产生视漂移。
因此，在gps卫星发射前，有意将卫星钟基准频率降低0.00455hz来解决频率偏差，对于非常数部分，则采用数学模型改正。
④卫星天线相位中心偏差。
ppp单点定位需要预先知道卫星天线相位中心改正和改正向量在卫星围绕地球旋转空间中的旋转量。
2.2.3 与信号传播路径相关的误差改正
①对流层延迟。
niell模型是高精度gps定位中广泛采用的投影函数。
ppp单点定位采用niell模型改正后，一般仍会有数cm的残差，因此还需要一阶高斯马尔可夫过程等方法来进行模拟。
②电离层延迟改正。
对于双频码相位接收机来说，通常利用双频观测值的组合消除电离层影响项。
③多路径效应。
消除此项误差的措施主要有：选择测站位置时注意避开信号反射物；接收机天线配备抑径板或抑径圈。
3 精密单点定位精度分析
根据ppp的技术要求，定位中需要系统提供卫星的精密轨道和钟差，但是igs及数据分析中心仅提供15min和5min间隔的精密卫星钟差参数，而在实际定位中，gps接收机的采样率一般为30s、15s，因此，必须采取一定的措施对精密卫星钟差进行内插。
目前最可靠的方法就是利用全球分布的igs永久站的观测数据估计高采样率卫星钟差参数，不过这种方法的计算量大，而且计算复杂。
另外，在sa政策取消以后，加在卫星钟差上的随机抖动部分也随之被取消，这样，卫星钟差变化趋于平缓，使得卫星钟差的内插成为
可能。
据国家自然科学基金资助项目（40074003）对2001年8月6日武汉、上海、拉萨、乌鲁木齐、昆明5个国内igs站24h的数据研究试验：在采用差分模式定位时，将武汉作为基准站，ppp和dgps 都采用jpl的精密星历及卫星钟差改正信息，同时利用jpl的5min 间隔的精密卫星钟差内插出30s间隔的卫星钟差；在处理精密单点定位和差分定位技术时，都采用消电离层组合l3，以消除电离层影响；两者在处理时都采用相同的初始坐标，把差分定位得到的坐标转换到itrf2000框架下，得到的计算结果如下表：
测站 ppp/dgps两者差值（cm）
δx δyδz
上海 -0.27 -1.98 -1.97
拉萨 2.09 -0.48 2.21
昆明 -0.08 -1.68 -0.21
乌鲁木齐 -0.98 -2.86 -1.57
4 ppp技术的应用
ppp技术在大地测量中已得到了应用。
美国jpl的gipsy软件，瑞士的bernese软件和德国的epos软件都包括了ppp功能。
jpl每日提供的全球igs站的对流层延时，就是采用ppp技术计算的结果。
igs已经决定，各数据分析中心今后提交的对流层延时信息，统一使用ppp技术，替代原有的网解成果，这些都是后处理结果。
5 结束语
借助igs的精密星历和卫星钟差信息，ppp精密单点定位在定位精度上要优于传统单点定位几十倍，甚至几百倍；与差分gps比较而言，便于质量控制、节省作业开支、不受距离限制。
由此可知，gps精密单点定位具有广阔的应用前景，利用单台双频gps接收机在全球范围内进行静态或动态作业，可直接得到高精度的itrf框架坐标，在区域高精度坐标框架的维持、海洋战略的实施、区域或全球性的科学考察、高精度动态导航及低轨卫星的定轨等方面都具有不可估量的应用前景。
参考文献
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