广播星历与精密星历对GPS基线解算和网平差的影响
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1 卫星星历来源及其精度
G PS卫星星历根 据其 精度 不同 可分 为 广播 星 历和 精密 星 历。广播星历是卫星发 射的含 有轨道 信息的 导航电 文, 通 过接
收机接收后解码获得的星 历推算 得到卫 星位置, 广播 星历主 要 用于导航定位和短基线的工程测量。而精密星历是 由国际 G PS 服务 ( IG S)机构提供的。 IG S的 精密 星历是 通过 7个国 际数 据 处理分析中心所获取 的结 果进行 加权 平均 所得的, 主 要分 为 3 种类型: 最终星 历 ( IGF ) 、快速 星历 ( IGR ) 和预 报 星历 ( IGU )。 与广播星历和精密星历的相关信息, 见表 1。
基线长度 RM S 比率
/m
/mm
精密量历
基线长度 /m
RM S 比率 /mm
边长 互差 /mm
10- 1 914. 176
5 16. 3 914. 176
5 16. 3 0
4- 5 936. 024
5 25. 8 936. 024
5 25. 8 0
4- 3 6 397. 898 9 6. 1 6 397. 898 9 6. 1 0
图 1 GPS 工程网略图 F ig. 1 O utline of G PS eng ineering network
3. 1 广播星历和精密星历对基线解算结果的影响 T rim ble接收机的观测数据直接用 DAT 文件, 灵 锐 S- 82接
收机 的观 测数 据应 转换 为 R inex 格 式。数 据处 理软 件为 TGO 1 63, 在进行基线解算时 , 为 了保证 基线结 果的可 比性, 除 了采
YANG Run shu, ZH OU H ong yun
( Yunnan Institu te of Survey ing and M app ing of G eo logy and M ineral R esources, Kunm ing Yunnan 650218, China)
Abstract: T his paper analyzes the precision of broadcast ephem eris and precise ephem eris. The d ifference betw een baseline processing resu lts and 3D network ad justm ent resu lt is com pared to use both broadcast ephem eris and precise e phem eris on GPS base lines. GPS base lines obtain from TGO softw are. T he netw ork adjustm en t softw are is Cosa GPS pro cessing software. Through the contrast ive analysis o f baseline calcu lation and 3D adjustm ent resul,t the au thors have got ten som e o f the helpful conc lusions.
2 理论基础
2. 1 单点定位
一般来说, 在不顾及其它 各种误 差的影 响以及 观测时 间长 短等因素时, 卫星单点定位 误差的量 级基本 上与卫 星星历 误差 的量级相同 [ 1]。
2. 2 相对定位 卫星星历误差对 相对定位的影响一般可用下式来估计:
b= b
1 4
~
1 10
ss
( 1)
式中: b为卫 星星历误 差所 引起的 基线 误差; b 为基 线长; 为
3- 5 7187. 127 10 8. 4 7 187. 127 10 8. 4 0
2- 1 7 537. 458 12 6. 6 7 537. 458 12 6. 7 0
1- 2 7 537. 459 12 7. 0 7 537. 459 12 7. 0 0
10- 2 7 640. 758 9 4. 3 7 640. 759 9 4. 3 - 1
差约为 0. 5 m。因此在 100 km以 内的基 线, 采用快 速精 密星历, 其星历误差约为 5 cm, 则 基线 的误 差不 会超 过 1 mm, 这 对于 大
量的测量工作精度 已经足 够了。结合 表 1可知: 采用 快速 精密 星历解算的精度就能 达到较高 的精度, 与采 用精密 星历解 算的
表 1 IG S 提供的各种卫星星历相关信息 T ab. 1 Every k inds of sate llite ephem eris in fo rm ation offered by IG S
星历名称
星历精度 / cm 钟差精度 / ns
时延 /d
广播星历
260
7
实时
快速精密星历
5
0. 2
2
精密星历
<5
0. 1
13
从表 1可以看出: IG S精密星历 精度最高, 但时间 延迟约 为 13 d, 这在一定程度上限制了 G PS实时或准实时用户的使用, 而 广播星历能满足用户实时 定位的 要求, 对导航 及实时 定位用 户
* 收稿日期: 2010 - 08- 23
8
地矿测绘
2010年 12月
Байду номын сангаас
非常方便。大量 文献 研究 了快 速精 密星 历和 最终 精密 星历 对 G PS基线解算和定位精度 的影响, 得出 在基线 较短且 点位 精度 要求不高的情况下, 可以 直接使 用快速 星历代 替最终星 历。本 文旨在研究广播 星历 和精 密星历 对 G PS基 线解算 和网 平差 的 结果及定位精度的影 响。
K ey w ord s: broadcast ephem eris; precise ephem eris; TGO softw are; Cosa GPS so ftw are; base line processing; pre cis ion
0 引言
大多数用户一般采用广播 星历来 解算 GPS 基线, 由于 GPS 测量结果的精度与 GPS卫星采用的 星历精度 有关, 对于同 一条 基线, 利用不 同精度的 星历进行解 算, 得 到的结果会 有差异, 因 此对网平差结果及精 度也会产生一定的影响。
(云 南省地矿测绘院, 云南 昆明 650218)
摘要: 在分析广播星历和精密星历的精度基础上, 以 40条基线长度为 0. 9 ~ 78 km的 G PS工程为例, 利用 TGO 软 件分别选用 广
播星历和精密星历对 其进行解算, 并对两种星历解算得到的基线 向量分别 用 Co sa GPS 处理软件进 行网平差, 通过 对基线 解算和 三
精度基本在同一数量 级。
3 应用实例分析
以某 工程 GPS 网的 布设为 例, 该测 区位于 东经 102 48 ~ 103 35, 北纬 24 53 ~ 25 03, 高 程为 1 700~ 2 050 m。 GPS 网 以边连式与网边式两 种方式 混合布 设, 全 网由 10个点 组成, 基 线长度范围 为 0. 9~ 78 km。 GPS 工程控 制网, 如图 1所 示。数 据采集使用美国产 4台 T rim ble 5700双频 GPS接收机和国 内南 方测绘仪器公司生产 的 4台灵锐 S- 82双频 G PS接收机联合作 业, 采用静态观测模 式, 卫星 高度角 均大 于 13 , 数 据采 样率 为 15 s。观测时段长大于 150 m in, 观测有效卫星数均多于 5颗。
在进行 GPS观测时能实时得到 广播星历, 这不 仅对导 航和 实时定位非常方便, 而且对用户进行 高精度的 GPS 静态观 测也 十分便利, 且用户无需专 门下载 星历。而采 用精密 星历进 行基 线解算, 则需要下载 IG S提供的精密星历。
本文根据实际观测数据, 比较两 种星历 对 GPS 基线解 算和 网平差结果的影响。对 40条长度为 0 9~ 78 km的基线, 分别利 用广播星历和精密星历进行解算, 并对两种不同星历解算得到的 基线分别进行网平差, 最后对其结果及精度进行分析和研究。
表 2 广播星历 和精密星历解算的基线结果比较表 T ab. 2 T he comparative sta tem ent of base line resu lts calcu la ted by
broadcast ephem er is and prec ise ephem eris
基线 名称
广播量历
接收机至卫星的距离 ; ss 为卫星星历误差。系 数 1 ~ 1 的 具体 4 10
取值取决于基线向量的位置和 方向、观测时段的长短、观测的卫
星数量及其几何分布 等因素 [ 1]。
卫星的星历误差 是当 前 G PS用 于快 速定 位的 主要 误差 来
源之一。 G PS卫星轨道到地球表面 的平均 距离约为 20 200 km, 当基线测量的允许 误差为 1 cm时, 100 km的基线 充许 的星 历误
用的星历不同外, 基线解算的 参数设置 和软件 运行环 境等均 保 持相同。为了分 析广 播星 历和 最终 精密 星历 对 不同 长度 G PS 基线解算的结果, 从美国 Scripps O rbit and P erm anent A rray Cen ter( sopac) 网站上下 载与 GPS 观 测值 和相 应的 精密 星历 数据。 算例 G PS网中的广播星历和精密星历解算的基线结果, 见表 2。
3- 7 22 190. 590 10 42. 2 22 190. 591 10 50. 4 - 1
7- 3 22 190. 588 10 6. 6 22 190. 589 10 7. 0 - 1
2- 8 22 983. 191 9 23. 5 22 983. 191 9 23. 3 0
10- 8 24 551. 461 8 32. 3 24 551. 461 8 34. 5 0
维平差结果的对比分 析, 得出了一些有益的结论。
关键词: 广播星历; 精密星 历; TGO 软件; Cosa G PS软件; 基线解算; 精度
中图分类号: P 228 4
文献标识码: A
文章编号: 1007- 9394( 2010) 04- 0007- 03
Influence of Broadcast and P recise Ephem eris on GPS Baselines Processing and N etw ork Adjustm ent
8- 1 25 342. 117 10 29. 4 25 342. 117 10 31. 2 0
7- 4 27 236. 767 11 5. 4 27 236. 768 10 5. 5 - 1
7- 5 27 596. 723 12 4. 3 27 596. 724 11 4. 3 - 1
8- 7 29 440. 325 10 26. 3 29 440. 325 10 25. 4 0
9- 8 8 994. 266 7 11. 8 8 994. 267 7 11. 9 - 1
3- 6 10 101. 187 11 4. 6 10 101. 188 11 4. 6 - 1
7- 6 12 620. 323 12 3. 6 12 620. 324 12 3. 6 - 1
4- 6 14 630. 591 12 4. 5 14 630. 592 12 4. 5 - 1
5- 6 14 977. 706 13 3. 6 14 977. 707 12 3. 7 - 1
2- 9 15 299. 454 9 39. 7 15 299. 454 9 38. 5 0
10- 9 15 659. 360 8 45. 3 15 659. 360 8 45. 3 0
9- 1 16 480. 285 10 55. 0 16 480. 285 10 54. 3 0
地矿测绘 2010, 26( 4): 7~ 9 Survey ing andM app ing of G eo logy and M ineral R esources
7 CN 53- 1124 /TD ISSN 1007- 9394
广播星历与精密星历对 GPS基线解算和网平差的影响*
杨润书, 周红云
G PS卫星星历根 据其 精度 不同 可分 为 广播 星 历和 精密 星 历。广播星历是卫星发 射的含 有轨道 信息的 导航电 文, 通 过接
收机接收后解码获得的星 历推算 得到卫 星位置, 广播 星历主 要 用于导航定位和短基线的工程测量。而精密星历是 由国际 G PS 服务 ( IG S)机构提供的。 IG S的 精密 星历是 通过 7个国 际数 据 处理分析中心所获取 的结 果进行 加权 平均 所得的, 主 要分 为 3 种类型: 最终星 历 ( IGF ) 、快速 星历 ( IGR ) 和预 报 星历 ( IGU )。 与广播星历和精密星历的相关信息, 见表 1。
基线长度 RM S 比率
/m
/mm
精密量历
基线长度 /m
RM S 比率 /mm
边长 互差 /mm
10- 1 914. 176
5 16. 3 914. 176
5 16. 3 0
4- 5 936. 024
5 25. 8 936. 024
5 25. 8 0
4- 3 6 397. 898 9 6. 1 6 397. 898 9 6. 1 0
图 1 GPS 工程网略图 F ig. 1 O utline of G PS eng ineering network
3. 1 广播星历和精密星历对基线解算结果的影响 T rim ble接收机的观测数据直接用 DAT 文件, 灵 锐 S- 82接
收机 的观 测数 据应 转换 为 R inex 格 式。数 据处 理软 件为 TGO 1 63, 在进行基线解算时 , 为 了保证 基线结 果的可 比性, 除 了采
YANG Run shu, ZH OU H ong yun
( Yunnan Institu te of Survey ing and M app ing of G eo logy and M ineral R esources, Kunm ing Yunnan 650218, China)
Abstract: T his paper analyzes the precision of broadcast ephem eris and precise ephem eris. The d ifference betw een baseline processing resu lts and 3D network ad justm ent resu lt is com pared to use both broadcast ephem eris and precise e phem eris on GPS base lines. GPS base lines obtain from TGO softw are. T he netw ork adjustm en t softw are is Cosa GPS pro cessing software. Through the contrast ive analysis o f baseline calcu lation and 3D adjustm ent resul,t the au thors have got ten som e o f the helpful conc lusions.
2 理论基础
2. 1 单点定位
一般来说, 在不顾及其它 各种误 差的影 响以及 观测时 间长 短等因素时, 卫星单点定位 误差的量 级基本 上与卫 星星历 误差 的量级相同 [ 1]。
2. 2 相对定位 卫星星历误差对 相对定位的影响一般可用下式来估计:
b= b
1 4
~
1 10
ss
( 1)
式中: b为卫 星星历误 差所 引起的 基线 误差; b 为基 线长; 为
3- 5 7187. 127 10 8. 4 7 187. 127 10 8. 4 0
2- 1 7 537. 458 12 6. 6 7 537. 458 12 6. 7 0
1- 2 7 537. 459 12 7. 0 7 537. 459 12 7. 0 0
10- 2 7 640. 758 9 4. 3 7 640. 759 9 4. 3 - 1
差约为 0. 5 m。因此在 100 km以 内的基 线, 采用快 速精 密星历, 其星历误差约为 5 cm, 则 基线 的误 差不 会超 过 1 mm, 这 对于 大
量的测量工作精度 已经足 够了。结合 表 1可知: 采用 快速 精密 星历解算的精度就能 达到较高 的精度, 与采 用精密 星历解 算的
表 1 IG S 提供的各种卫星星历相关信息 T ab. 1 Every k inds of sate llite ephem eris in fo rm ation offered by IG S
星历名称
星历精度 / cm 钟差精度 / ns
时延 /d
广播星历
260
7
实时
快速精密星历
5
0. 2
2
精密星历
<5
0. 1
13
从表 1可以看出: IG S精密星历 精度最高, 但时间 延迟约 为 13 d, 这在一定程度上限制了 G PS实时或准实时用户的使用, 而 广播星历能满足用户实时 定位的 要求, 对导航 及实时 定位用 户
* 收稿日期: 2010 - 08- 23
8
地矿测绘
2010年 12月
Байду номын сангаас
非常方便。大量 文献 研究 了快 速精 密星 历和 最终 精密 星历 对 G PS基线解算和定位精度 的影响, 得出 在基线 较短且 点位 精度 要求不高的情况下, 可以 直接使 用快速 星历代 替最终星 历。本 文旨在研究广播 星历 和精 密星历 对 G PS基 线解算 和网 平差 的 结果及定位精度的影 响。
K ey w ord s: broadcast ephem eris; precise ephem eris; TGO softw are; Cosa GPS so ftw are; base line processing; pre cis ion
0 引言
大多数用户一般采用广播 星历来 解算 GPS 基线, 由于 GPS 测量结果的精度与 GPS卫星采用的 星历精度 有关, 对于同 一条 基线, 利用不 同精度的 星历进行解 算, 得 到的结果会 有差异, 因 此对网平差结果及精 度也会产生一定的影响。
(云 南省地矿测绘院, 云南 昆明 650218)
摘要: 在分析广播星历和精密星历的精度基础上, 以 40条基线长度为 0. 9 ~ 78 km的 G PS工程为例, 利用 TGO 软 件分别选用 广
播星历和精密星历对 其进行解算, 并对两种星历解算得到的基线 向量分别 用 Co sa GPS 处理软件进 行网平差, 通过 对基线 解算和 三
精度基本在同一数量 级。
3 应用实例分析
以某 工程 GPS 网的 布设为 例, 该测 区位于 东经 102 48 ~ 103 35, 北纬 24 53 ~ 25 03, 高 程为 1 700~ 2 050 m。 GPS 网 以边连式与网边式两 种方式 混合布 设, 全 网由 10个点 组成, 基 线长度范围 为 0. 9~ 78 km。 GPS 工程控 制网, 如图 1所 示。数 据采集使用美国产 4台 T rim ble 5700双频 GPS接收机和国 内南 方测绘仪器公司生产 的 4台灵锐 S- 82双频 G PS接收机联合作 业, 采用静态观测模 式, 卫星 高度角 均大 于 13 , 数 据采 样率 为 15 s。观测时段长大于 150 m in, 观测有效卫星数均多于 5颗。
在进行 GPS观测时能实时得到 广播星历, 这不 仅对导 航和 实时定位非常方便, 而且对用户进行 高精度的 GPS 静态观 测也 十分便利, 且用户无需专 门下载 星历。而采 用精密 星历进 行基 线解算, 则需要下载 IG S提供的精密星历。
本文根据实际观测数据, 比较两 种星历 对 GPS 基线解 算和 网平差结果的影响。对 40条长度为 0 9~ 78 km的基线, 分别利 用广播星历和精密星历进行解算, 并对两种不同星历解算得到的 基线分别进行网平差, 最后对其结果及精度进行分析和研究。
表 2 广播星历 和精密星历解算的基线结果比较表 T ab. 2 T he comparative sta tem ent of base line resu lts calcu la ted by
broadcast ephem er is and prec ise ephem eris
基线 名称
广播量历
接收机至卫星的距离 ; ss 为卫星星历误差。系 数 1 ~ 1 的 具体 4 10
取值取决于基线向量的位置和 方向、观测时段的长短、观测的卫
星数量及其几何分布 等因素 [ 1]。
卫星的星历误差 是当 前 G PS用 于快 速定 位的 主要 误差 来
源之一。 G PS卫星轨道到地球表面 的平均 距离约为 20 200 km, 当基线测量的允许 误差为 1 cm时, 100 km的基线 充许 的星 历误
用的星历不同外, 基线解算的 参数设置 和软件 运行环 境等均 保 持相同。为了分 析广 播星 历和 最终 精密 星历 对 不同 长度 G PS 基线解算的结果, 从美国 Scripps O rbit and P erm anent A rray Cen ter( sopac) 网站上下 载与 GPS 观 测值 和相 应的 精密 星历 数据。 算例 G PS网中的广播星历和精密星历解算的基线结果, 见表 2。
3- 7 22 190. 590 10 42. 2 22 190. 591 10 50. 4 - 1
7- 3 22 190. 588 10 6. 6 22 190. 589 10 7. 0 - 1
2- 8 22 983. 191 9 23. 5 22 983. 191 9 23. 3 0
10- 8 24 551. 461 8 32. 3 24 551. 461 8 34. 5 0
维平差结果的对比分 析, 得出了一些有益的结论。
关键词: 广播星历; 精密星 历; TGO 软件; Cosa G PS软件; 基线解算; 精度
中图分类号: P 228 4
文献标识码: A
文章编号: 1007- 9394( 2010) 04- 0007- 03
Influence of Broadcast and P recise Ephem eris on GPS Baselines Processing and N etw ork Adjustm ent
8- 1 25 342. 117 10 29. 4 25 342. 117 10 31. 2 0
7- 4 27 236. 767 11 5. 4 27 236. 768 10 5. 5 - 1
7- 5 27 596. 723 12 4. 3 27 596. 724 11 4. 3 - 1
8- 7 29 440. 325 10 26. 3 29 440. 325 10 25. 4 0
9- 8 8 994. 266 7 11. 8 8 994. 267 7 11. 9 - 1
3- 6 10 101. 187 11 4. 6 10 101. 188 11 4. 6 - 1
7- 6 12 620. 323 12 3. 6 12 620. 324 12 3. 6 - 1
4- 6 14 630. 591 12 4. 5 14 630. 592 12 4. 5 - 1
5- 6 14 977. 706 13 3. 6 14 977. 707 12 3. 7 - 1
2- 9 15 299. 454 9 39. 7 15 299. 454 9 38. 5 0
10- 9 15 659. 360 8 45. 3 15 659. 360 8 45. 3 0
9- 1 16 480. 285 10 55. 0 16 480. 285 10 54. 3 0
地矿测绘 2010, 26( 4): 7~ 9 Survey ing andM app ing of G eo logy and M ineral R esources
7 CN 53- 1124 /TD ISSN 1007- 9394
广播星历与精密星历对 GPS基线解算和网平差的影响*
杨润书, 周红云