精密单点定位技术应用与软件(张小红)
gLAB精密单点定位软件及应用分析
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｇＬＡＢ；ｐｒｅｃｉｓｅ ｐｏｉｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ；ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｄｅ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｐｒｏｇｒｅｓｓ；ｄａｔａ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ
１ 引 言
精 密 单 点 定 位 （ＰＰＰ）技 术 已 广 泛 应 用 于 ＧＮＳＳ测 量 的各个 领域 ，是 ＧＮＳＳ定 位 的前 沿 研 究 方 向 ¨ 。 目前 ，国 内外 研 究 机构 开 发 了 多个 用 于 精 密单 点 定 位 解 算 的 软 件 ，比 如 提 供 免 费 在 线 ＰＰＰ解 算 服 务 的加 拿 大 的 ＣＳＲＳ—ＰＰＰ、ＧＡＰＳ— ＰＰＰ，美 国 的 ＡＰＰＳ—ＰＰＰ 、ＯＰＵＳ ，还 有 诸 如 ＡＵＳＰＯＳ、ＳＣＯＵＴ、ｍａｇｉｃＧＮＳＳ等 。另 外 ，瑞 士 伯 尔 尼大 学研 制 的 ＢＥＲＮＥＳ软件 ，德 国地 学 研 究 中 心研 制 的 ＥＰＯＳ 软 件 ，武 汉 大 学 的 ＰＡＮＤＡ 和 ＴＲＩＰ软件以及本文介绍的 ｇＬＡＢ软件 ，均包括精 密单点 定 位数 据处 理功 能或 本身 即为 日期 ：２０１６—１０—２４。 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目（４１３７４０４１）。 作者简介 ：杜 莹（１９９ｌ一 ），女，硕 士研 究生，主要从事 ＧＮＳＳ数据处理研 究。
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。
精密单点定位技术原理(张小红)
To ensure GLONASS minimum operational capability (constellation of 18 NSV) by the end of 2007 To ensure GLONASS full operational capability (constellation of 24 NSV) by the end of 2009 To ensure GLONASS performance comparable with that of GPS and GALILEO by 2010
9c49处定a1据s76543210数与pmerusmr用g应sp2g3gps定位技术的发展历程第四代定位技术x第四代非差相位精密单点定位非差相位精密单点定位网络rtk技术第三代网络rtk技术第三代pppppp第二代第二代常规rtk常规rtk广域差分定位广域差分定位第一代第一代伪距单点定位载波静态相对定位伪距差分定位伪距单点定位载波静态相对定位伪距差分定位相对定位绝对定位相对定位绝对定位gps应用与数据处理培训班主讲
Master Control Station Monitor Station Ground Antenna
sites have co-located: • VLBI (very long baseline interferometry); • lunar laser-ranging (from instrument left by Apollo astronauts) …primarily for length of day considerations • satellite laser-ranging 《GPS应用与数据处理》培训班 主讲：张小红
《GPS应用与数据处理》培训班
“中国青年科技奖”武汉大学获奖者张小红教授
(LIDAR) 测量等方面的教学和研究工作。（武汉大学科协
供稿）
责任编辑：王 颂
38 【北斗卫星·科技名词】 历元（epoch）定义：表示一个事件的参考时刻。
责任编辑：龚 俊
“中国青年科技奖”武汉大学获奖者
张小红 教 授
武汉大学测绘学院张小红教授，荣获第十四届中国青
年科技奖。张小红教授长期致力于 GNSS 精密单点定位技术
及应用、北斗卫星导航定位数据处理的理论与方法、GNSS
地学应用等领域的教学和科研工作。主持和承担了包括国
家“863”计划、“973”计划和国家自然科学基金项目等
大学科普·特约专稿 Invited Manuscript
2020 年第 4 期
溶胶异常变化，定量分析各类异常时空演化特征及其与断 裂活动、应力场变化和地震发生的关系。发展复杂环境下 InSAR 稳定目标提取与相位观测量优化技术，提取断层复 杂地形和水汽条件下的 InSAR 大气延迟相位，完善顾及地 应变和断层几何特征的多平台星地联合 InSAR 断层三维形 变速率场测量技术，提出 InSAR 影像序贯处理快速算法， 建立融合 GNSS 和 InSAR 数据估计断层三维形变的稳健函数 模型及随机模型，发展断层大范围、高精度、高时空分辨 率的地表三维形变场测量技术与方法，获得典型断裂带区 域的高精度三维形变场，为大地震危险性预测方法研究提 供数据支撑。
迈向实时位置服务的精密单点定位技术
精 度定 位 的先决 条 件 。 因此 ， 研 究 实 时应 用 条 件 下 的轨 道钟 差数 据解 算 和 分 发 方法 ， 是 实时 精 密 单点
未 知参 数个数 减 少 ， 加 快 了计 算 速度 。但 利 用 历元
速估计算法 与基 于互 联 网 的观测 数 据播 发方 案 是支 持实时定位 应用 的重要 保证 。非差 观 测量 的模糊 度 固定 技术 由于能够加速精 密单 点定 位 的收敛过 程 ， 并
使得解 算结果更 加稳定 ， 也成 为近年来 实 时精密单 点 定位技 术 的研究 热点之一 。另外 ， 越来 越 多在线 精密
迈 向 实 时 位 置 服 务 的 精 密 单 点 定 位 技 术
柴洪洲 ， 王 敏 ， 穆 敬 ， 周艳 霞。
４ ５ ０ ０ ５ ２ ； ３ ０ ０ ４地理空 间信息学 院， 河南 郑州
２ ． 海军大连舰艇学院 海洋测绘系 ， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ １ ８ ； ３ ． 海军 出版社 ， 天津
要 的现 实 意义 和广 泛 的应 用前 景 。
精度 约为 ３ ｎ ｓ ， 等效 距离 误 差约 ０ ． ９ ｍ， 不能 满 足高 精 度定位 的需要 ｕ Ｊ 。因此 ， 高精 度 的实 时钟差 产 品是 进 行实 时精密单点定位 的前提保证 ， 对 于高 动态载 体 的
实 时定 位甚至还要 求钟差产 品有 较高 的采样率 。
一
定 位 系统 两 类 目前 正 在 应 用 的 高 精 度 实 时定 位 技 术， 实 时精 密单 点定 位 技 术 能 够 在仅 建 立 低 密 度 连
[练习]精密单点定位软件rtklib的静态定位测试
![[练习]精密单点定位软件rtklib的静态定位测试](https://img.taocdn.com/s3/m/5579d1ab970590c69ec3d5bbfd0a79563c1ed43b.png)
精密单点定位软件RTKLIB 的静态定位测试摘要：阐述了RTKLIB 精密单点定位中使用的数据预处理方法以及电离层、对流层、频间偏差等误差项的采用的改正方法，设计了精密单点定位的解算策略并配置了RTKLIB 软件界面中的关键参数，采用事后、快速、超快速等四种星历及钟差产品对北京站单天观测值进行解算。
结果表明四种种产品单天误差均在厘米级，其中igs 和igr 误差较小。
1 引言精密单点定位（PPP ），即非差相位单点定位，提出于上世纪七十年代子午卫星时代，九十年代中期国际IGS 组织开始向全球用户提供精密星历和精密钟差产品，为精密单点定位的发展提供了良好的机会。
由于其具有单台接收机实现高精度定位、定位不受作用距离限制、作业机动灵活、成本低效率高、应用广泛等优点，越来越受到人们的重视，相关学者与研究机构也对其进行了深入的研究，取得了一系列成果。
美国喷气推进实验室的Zumberge 等研究人员利用GIPSY 软件和IGS 星历，取得了单天解静态定位精度1到2cm 左右，动态2.3到3.5 dm 左右的实验结果（1997） ；加拿大Calgary 大学的高扬博士对PPP 的理论和算法进行了深入的研究，并开发了相关软件；武汉大学叶世榕博士在其博士论文中对精密单点定位进行了详细的研究（2002） ；武汉大学的张小红教授经过多年理论研究，开发出了精度和可靠性已达国际先进水平的高精度PPP 商业化软件TriP ；武汉大学卫星导航定位中心自主研发的PANDA 软件在精密定轨和PPP 方面也具有很高的精度；此外还有本文使用的日本东京海洋大学的Tomoji Takasu 研发的RTKLIB 软件。
本文简要介绍了精密单点定位的理论基础，采用RTKLIB 软件对IGS 北京站观测数据进行静态精密单点定位实验，利用不同星历钟差产品对其定位精度进行了详细的分析，并将解算结果与准确值对比，为使用该软件提供了参考。
2 精密单点定位数学模型GPS 伪距观测值观测方程如式（1）所示，GPS 载波相位观测值如式（2）所示。
导航工程专业卫星导航数据处理方法课程建设与思考
导航工程专业卫星导航数据处理方法课程建设与思考郭斐;刘万科;楼益栋;张小红【摘要】文章首先简要介绍了武汉大学新增的导航工程专业，然后对导航工程专业下设的一门专业课———卫星导航数据处理方法的建设进行了探讨。
重点围绕该课程的教学目标、课程设置、教学方法与手段进行了一些有益的探索与思考。
%This paper first introduces the newly established specialty of Navigation Engi‐neering in Wuhan University .Then the practice and some reflections on the course construc‐tion of Data Processing Method of Satellite Navigation are discussed from the aspects of teachingobjective ,curriculum contents ,and teaching methods .【期刊名称】《全球定位系统》【年(卷),期】2016(041)004【总页数】3页(P120-122)【关键词】导航工程专业;卫星导航数据处理方法;课程建设【作者】郭斐;刘万科;楼益栋;张小红【作者单位】武汉大学测绘学院，武汉430079;武汉大学测绘学院，武汉430079;武汉大学卫星导航定位技术研究中心，武汉430079;武汉大学测绘学院，武汉430079【正文语种】中文【中图分类】P228.4随着导航技术的快速发展,国民经济及国防安全建设的诸多部门需要一大批能从事导航技术研究、开发、服务的高级专门人才。
为了顺应这一新形势,武汉大学等高校陆续开办了导航工程专业。
作为一门新兴的学科,导航工程专业的培养目标和课程建设正处于探索阶段,是当前导航人才培养面临的一个重要课题[1]。
本文针对我校导航工程专业卫星导航数据处理方法课程的设置与教学方法进行探讨,以供同行参考。
GPS单点定位误差分析
GPS单点定位误差分析刘恩盛【摘要】The paper used PPP and PPP algorithms, to research the relation of observation time and precision, in order to improve the data accuracy to help the practice work. The paper introduced its math model and data-processing scheme, descri.%采用GPS单点定位技术与PPP解算软件，研究在静态GPS单点定位实践过程中，如何处理观测时间与观测误差的关系，以更好地提高数据采集准确度，为实际工作提供帮助。
【期刊名称】《上海计量测试》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】3页(P28-30)【关键词】GPS;精密单点定位;误差分析;误差【作者】刘恩盛【作者单位】井冈山大学建筑工程学院【正文语种】中文GPS经历了传统单点定位、差分GPS定位、RTK技术，发展到了精密单点定位（PPP）。
GPS精密单点定位（PPP），就是采用一台接受机进行定位的模式（图1），接受机天线在WGS-84世界大地坐标系统中的绝对位置，解决了以往GPS 定位观测的距离限制，用户利用单台GPS双频双码接收机的观测数据可以在全球范围内任何卫星进行分米级的动态准确度定位或厘米级的快速静态定位。
这是GPS定位方面的前沿研究方向。
1.1 精密单点定位原理精密单点定位是利用高精度GPS精密卫星星历和卫星钟差，以及单台双拼GPS接收机采集的载波相位观测值，采用非差模型进行精密单点定位（Kouba & Heroux, 2001）。
不同测站的观测值不相关，误差也不相关。
采用GPS接收机便可进行作业，大大提高了作业效率。
精密单点定位的基础是精密卫星星历与钟差，使用最多的是国际GNSS服务组织IGS提供的数据。
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《GPS应用与数据处理》培训班
主讲：张小红
2.2 TriP 功能特征及技术指标
双频非差相位处理技术； 后处理模式/实时处理模式； 残差分析功能； 数据处理的高度智能化； 界面友好； 操作简单，无需人工干预； 静态定位精度：mm~cm； 动态定位精度：cm~dm；
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0.010 0.000 -0.010 -0.020 -0.030 Mean Bias
N E U
0.010 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 Standard deviation
N E U
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3.2 精密单点动态定位应用实例
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1 精密单点定位发展应用现状
NavCom的Hatch提出了利用JPL实时定轨软件RTG实现全球RTK （GLOBAL RTK）计划，通过因特网和地球静止通信卫星向全球用户 发送精密星历和精密卫星钟差修正数据，利用这些修正数据，实现24dm的实时动态定位精度，事后静态定位精度可达2-4cm（Hatch， 2001）。 2007年前后，国外已有数家公司推出了精密单点定位的数据处理软 件，主要包括： GrafNav7.8 版本在原来差分定位的基础上增加了精密单点定位的 解算模块； 加拿大APPLANiX 公司推出了POSPac AIR软件，也具有精密单点 定位的能力； 挪威TerraTec公司推出的TerraPOS软件，也是基于精密单点定位 模式开发出的动态定位软件， 瑞士Leica公式也推出了自己的精密动态单点定位软件IPAS PPP。
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TriP -0.03 0.11 0.11
IT 0.01 0.17 0.17
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利用PPP技术确定南极冰架 系统的运动状态，恢复出大 洋潮汐信号。
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基于PPP技术，利用 船载GPS确定海面地 形和研究海浪。
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《GPS应用与数据 偏差 标准 偏差 RMS 最大 互差 最小 互差
飞机动态数据TriP解 同双差解的比较 N方向 0.033 0.033 E方向 0.038 0.028 U方向 -0.079 0.072
TriP静态模拟动态解 同已知坐标的比较 N方向 -0.022 0.014 E方向 -0.004 0.010 U方向 -0.013 0.029
0.038
0.156 -0.038
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精密单点定位用于航空测量
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2.1 TriP软件介绍
开发平台：VC 6.0； 系统配置 CPU：奔腾4 1.8G Hz 以上； 内存：512M以上。 操作系统 可运行在Microsoft Windows 的各个版本下，包括Windows98、 Windows Me、Windows2000、Windows XP等平台 主要模块
主讲：张小红
移动检测试验
Vertical axes is the NEU epoch-by-epoch variation (solved coordinates minus (B: 71.2397356 L:-53.5488399 H:70.828) and then convert them to NEU). Horizontal axes is the UTC hours. GPS data interval is 15 second. IGS 15min orbit and 30 sec clock are used.
主讲：张小红
1 精密单点定位发展应用现状
1997年，美国喷气推进实验室（JPL）的研究人员Zumberge等提出 了利用GIPSY软件和IGS精密星历，同时利用一个GPS跟踪网的数据 确定5秒间隔的卫星钟差，在单站定位方程式中，只估计测站对流层 参数、接收机钟差和测站3维坐标的精密单点定位研究思路，进行了 实验，取得了24小时连续静态定位精度达1-2cm、事后单历元动态定 位精度达2.3-3.5dm的试验结果，用实测数据证明了利用非差相位观 测值进行精密单点定位是完全可行的（Zumbeger，1997）。 NRCan的Heroux等人也研究了非差精密单点定位方法，他们处理长 时间静态观测数据的结果精度也达到厘米级（Heroux等,2001）。 德国科学院地学研究中心（GFZ）和加拿大的大地测量局（GSD）也 开发了相应的精密单点定位软件系统，取得了同样精度的静态和动态 定位结果。
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1 精密单点定位发展应用现状
国内GPS非差相位精密单点定位的研究起步虽然稍晚，但目前的研究 应用却与国际当前水平相当。 2000年，上海天文台在《测绘学报》上发表文章，阐述了他们应 用JPL的GIPSY软件进行了类似精密单点定位原理的小区域网站的 静态定位试验，数据处理结果表明也可达到cm级定位精度。 武汉大学的叶世榕博士对非差相位精密单点定位技术进行了较为深 入的研究，并以此为主要内容完成其博士论文。 武汉大学的张小红等经过数年对GPS精密单点定位理论与方法的 深入研究，在国内率先开发出了高精度的精密单点定位数据处理商 业化软件TriP。 香港理工大学的陈武博士等也对精密单点定位技术进行了研究，并 将其应用于GPS浮标来监测海面变化。此外，上海同济大学，中 科院测量与地球物理研究所等机构也开展了精密单点定位的研究工 作，取得了一定得研究成果。
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主讲：张小红
1 精密单点定位发展应用现状
美国OSU的Han等人也进行过类似的研究，在固定卫星精密轨道的基 础上，利用IGS站的观测资料先估计出GPS卫星的钟差，然后再利用 估计出的精密钟差及已有的精密卫星轨道求解测站的绝对位置坐标。 Calgary大学的高扬博士先后带领了数名博士和硕士对精密单点定位 的理论和算法进行深入研究，并开发了相应的精密单点定位解算软 件。 著名的GPS数据处理软件BERNESE 4.2版本中也增加了用非差相位 观测值进行精密单点定位处理的功能（U.Hugentobler等,2001）。 精密单点动态定位研究方面，JPL的Muellerschoen等人提出了全球实 时精密单点定位技术。实验结果表明，在全球范围内可望实现水平方 向定位精度为10~20cm的实时动态精密单点定位（Muellerschoen 等，2000）。
《GPS应用与数据处理》培训班 主讲：张小红
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3.TriP软件应用实例分析
《GPS应用与数据处理》培训班
主讲：张小红
3.1 TriP 静态定位实例
0.040 0.020 0.000 -0.020 -0.040 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314
0.047
0.096 -0.024
0.090
0.105 -0.254
0.026
0.064 -0.042
0.011
0.042 -0.033
0.032
0.081 -0.109
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主讲：张小红
课间休息
课间休息
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主讲：张小红
《GPS应用与数据处理》培训班
IGS武汉站TriP单天解坐标同IGS站坐标之间的差异（2005年 114天～127 天）
N E U
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0.010 0.000 -0.010 -0.020 -0.030 Mean Bias
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0.010 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000
精密单点定位软件及应用
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主要内容
1 精密单点定位发展应用现状 2 国内外主要的精密单点定位软件 3 精密单点定位用实例和精度分析 4 精密单点定位应用注意事项 5 全球实时精密单点定位(Global RTK) 6 TriP软件演示
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N E U
Standard deviation
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主讲：张小红
0.030 0.010
N U
-0.010 -0.030 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14
E
IGS武汉站TriP单天解坐标同IGS站坐标之间的差异（2005年 149天～162 天）
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车载动态精密单点定位测试
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