浅谈GPS精密单点定位技术

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·····················浅谈GPS 精密单点定位技术

吉林省基础地理信息中心 刘振宇

摘 要：本文介绍了GPS 精密单点定位技术的概念、产生、主要原理、数学模型

等初步知识，扼要介绍了在应用中应解决的关键技术问题，并展望了该技术的实际应用前景。

关键词：GPS 精密单点定位技术 原理 应用

1 GPS 精密单点定位技术的产生

GPS 空间定位技术以其定位的高度灵活性和常规测量技术无法比拟的高精度成为现阶段常规大地测量的主要技术手段，彻底的改变了传统的野外测量模式，并且在可预见的一个时期内尚无一种技术手段可以代替。

GPS 空间定位技术同所有的新生事物一样，有着发生、发展、成熟的变化过程。随着我们对GPS 空间定位技术本质认识的不断深入，在理论与使用方法上也在不断的进行创新。从第一代的伪距定位、载波相位测量到第二代的实时动态定位、广域差分技术，直至目前第三代的网络实时动态定位、精密单点定位技术，GPS 空间定位技术留下了一条清晰的发展历程。第三代的网络实时动态定位、精密单点定位技术业已发展成熟，正处在面向实用推广的过程。

美国喷气推进实验室 （Jet Propulsion Laboratory，JPL）是美国国家航空和宇宙航行局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）下属的一家科研机构，主要从事空间科学的研究。1997年以来JPL 的研究人员利用该机构研制的GPS 高精度定轨定位软件——GIPSY 的某些功能模块实现了精密单点定位，并发表了多篇文章。由此宣告了一种全新的GPS 定位模式的诞生。

2 GPS 精密单点定位技术的概念

所谓精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）是指利用GPS 卫星的事后精密星历、事后精密卫星钟差作为已知坐标起算数据，用户利用单台GPS 双频全波长接收机在全球范围内的任意位置进行高精度的空间定位。该技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术，也是GPS 定位方面的前沿研究方向。

3 GPS 精密单点定位技术的主要原理

在目前GPS 空间定位技术的各种手段中，除去精密单点定位外，所采用的数学模型均为差分模型。（对应的实现手段是相对定位方法，即要求在作业过程中必须有两台以上的GPS 接收机进行同步观测。）其主要原理是利用差分的方法来消除两个测站公共部分的系统误差，从而达到精确的相对定位。随着我们对GPS 技术本质认识的不断深入，对GPS 测量过程中产生的各种系统性误差有了更细致的了解，因此可以针对各种系统性误差分别建立起相对应的精确的数学模型对系统性误差进行描述、估计和处理，从而可以采用非差分的数学模型来替代差分数学模型来进行数据处理，并利用GPS 卫星的事后精密星历、事后精密卫星钟差作为已知坐标的起算数据，直接获得待定点的三维坐标。简而言之，所谓GPS 精密单点定位技术的实质就是采用经验的公式对GPS 测量过程中产生的系统性误差进行描述，并在数据处理过程中进行误差改正，从而获得精确的测量结果。

在GPS 精密单点定位技术中，利用事后卫星钟差估计值消去卫星钟差项，并且采用双频观测值消除了电离层影响，顾及以上各项则其观测值误差方程如下：

p j j trop j j p i P i i t C i i v εδρδρ+−+⋅+=)()()()()(

Φ

Φ+Φ⋅−⋅++⋅+=ελλδρδρ)()()()()()(i i N i i t C i i v j j j trop j j

式中：

j 为卫星号，i 为相应的观测历元,C 为真空中光速。

)(i t δ为接收机钟差，)(i j

trop δρ为对流层延迟影响。p ε、Φε为多路径、观测噪声等未模型化的误差影响。

)(i P j 、)(i j

Φ为相应卫星i 历元的消除了电离层影响

的组合观测值，而)(i v j p 、 )(i v j

Φ

为其观测误差，λ为相应的波长。

)(i j ρ为信号发射时刻的卫星位置到信号接收时刻接收机位置之间的几何距离。

)(i N j 为消除了电离层影响的组合观测值的整周未知数。

这样精密单点定位的主要工作量即为将p ε、

Φε多路径、观测噪声等未模型化的误差影响采用精确的数学模型或经验的数学模型进行描述，在此就不具体展开讨论了。

待定参数为：[]T j

nsat j zd N t z y x i X ),1()(==δρδ其中x、y、z 为三维位置参数、t δ接收机钟差参数、zd δρ对流层延迟参数、j N 为整周未知数参数。

利用上述观测模型，即可采用序贯最小二乘法或卡尔曼滤波的方法进行非差精密单点定位计算。

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·················随着我们对GPS 空间定位技术的认识不断加深及观测数据的积累，已经可以精确的采用数学模型对p ε、Φε进行描述了。因此可以说采用GPS 精密单点定位技术可以进行高质量的空间定位了。

4 GPS 精密单点定位技术的应用

在实际应用中若要采用GPS 精密单点定位技术，必须解决两个问题，即数据的获取及数据处理。

GPS 精密单点定位需要的数据涉及到两类：GPS 精密星历、精密卫星钟差数据——可通过相关的网站免费获得；GPS 观测数据——GPS 精密单点定位对观测数据要求为码观测值及双频载波相位观测值，这和普通的GPS 测量没有区别。

数据处理应包括两方面的内容：利用GPS 卫星的事后精密星历、事后精密卫星钟差及观测数据解算待定点在ITRF 参考框架瞬时历元下的坐标。然后，将待定点在ITRF 参考框架瞬时历元下的坐标归算到习用的坐标参考框架下。

通过以上步骤即可以完成整个定位过程。

GPS 精密单点定位技术特别适合应用于高山林密、荒原戈壁等交通、通讯等困难地区。因为采用的是单机作业的模式，

测量人员不必考虑同步观测的条件只要到达正确点位即可以

开展作业，可以极大地提高作业效率。GPS 精密单点定位技术在我国西部测图工程中已经有了广泛的应用。使用单位普遍认为该技术具有较高的精度、可靠性及作业效率，实践应用表明在合格的观测条件下，以单台双频测地型GPS 接收机观测40分钟以上，可以获得在ITRF 框架下2cm-4cm 精度的定位结果。这样的测量成果可以满足绝大部分的控制测量要求。

参考文献：

[1] 叶世榕.《精密单点定位技术及应用》交流材料[2] 施闯.《大规模高精度GPS 网平差与分析理论及其应用》［M］.测绘出版社，2002

[3] 刘基余等. 《全球定位系统原理及其应用》［M］.测绘出版社，1993

作者简介：

刘振宇（1976-），男，工程师，现工作于吉林省基础地理信息中心，研究方向为GPS、工程测量等。

浅谈电梯钢丝绳相对张力测量的不确定评定方法

吉林省吉林市特种设备检验中心 张京铁 贺 亮

摘 要：文章介绍了结合电梯检测中钢丝绳检测的实例，详细论述了电梯钢丝绳相对张力测量的不确定度进行评定的方法，步骤。

关键词：钢丝绳 张力 不确定度 检测

一、前言

测量不确定度是测量技术重要概念，也是与测量结果相关联的参数，表征合理地赋予被测量量值的分散性。测量不确定度意味着对测量结果的正确性或准确度的可疑程度，是用于表达测量质量优劣的一个重要指标。采用不确定度评判是我国法制计量管理的必由之路。

测量不确定度与测量的仪器、测量方法以及测量条件有关，为了避免因测量方法和测量条件的不同对测量结果引起争议,对重要数据的测量制订相应的检测规程,要求检测工作的专业人员遵循重复性和复现性原则,对测量结果进行测量不确定度的评定,可以有效地提高效益并降低风险,提高检测数据的确信度，因此对电梯钢丝绳相对张力测量的不确定度进行评定。

二、电梯钢丝绳相对张力测量的不确定度评定

测量不确定度由多种成分生成，根据测量数据的性质分类：符合统计规律的,称为Ａ类不确定度,而不符合统计规律的统称为Ｂ类不确定度。电梯钢丝绳相对张力测量的不确定度按照B 类不确定度评定，其分量的来源主要有：（1）钢丝绳最大张力偏差的标准不确定度，其中包括：测力计读数的重复性标准不确定度、测力计示值误差引起的标准不确定度、测力计测量时不水平引来的标准不确定度、钢丝绳拉伸长度不一致引起的标准不确定度；（2）钢丝绳平均张力，标准不确定度，其中包括：每根钢丝绳引起的标准不确定度、各测量点不在水平直线上引起的标准不确定度。