[精密单点定位中卫星星历影响分析] 精密星历
时间：2020-03-07 08:39:55 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：介绍了IGS快速精密星历和最终精密星历的精度和时延性，比较了快速星历IGR与最终星历IGS的坐标和钟差的差异。通过试验分析了利用快速精密星历进行静态精密单点定位的精度，并探讨了用快速星历代替最终星历进行静态精密单点定位的可行性。试验结果表明，在进行静态精密单点定位时，利用IGR星历的定位结果和利用IGS星历定位的结果之差为几个毫米，两种星历的定位结果与真值之差均小于5cm。利用IGR星历进行定位的结果在最终差值和中误差上都与利用IGS星历定位的结果相差很小，用快速星历代替最终星历进行静态精密单点定位是可行的。
关键词：精密单点定位 精密星历 精度
中图分类号：P7 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0196-02
精密单点定位(PPP)技术由于其可单机作业，机动灵活，低成本、高效率，可直接获得ITRF框架下的三维坐标等优点[1]，在低轨卫星精密定轨、海洋测绘、航空测量等领域得到了广泛的应用[2]。精密单点定位的实质就是利用精密卫星轨道和精密卫星钟差，同时应用比较完整的物理改正模型改正定位过程中的各种误差，来实现单站的绝对定位[3,4]。因此，精密轨道和精密卫星钟差在精密单点定位过程中起着至关重要的作用。目前，在精密单点定位中一般采用国际GPS服务(IGS)提供的精密轨道及钟差产品[5]。IGS分析中心提供的精密轨道及钟差产品按其精度、时延性、更新时间、采样间隔可分为超快速产品IGU、快速产品IGR、最终产品IGS[6]。表1给出了各种产品的信息。
不同的精密星历的精度及时延各不相同，在实际应用中应综合考虑这两方面的因素进行选择。IGS最终星历的标称精度最高，但是其时延很长（12～18天），这在对时延要求较高的定位中是无法使用的，而IGS快速星历的标称精度虽较最终星历稍差，但是其时延较短（17～41小时），因此在无法获得最终星历的情况下可以考虑用快速星历代替最终星历进行定位。本文将探讨用快速星历IGR代替最终星历IGS对精密单点定位的影响。
1、快速星历IGR与最终星历IGS的比较
在探讨用快速星历代替最终星历进行精密单点定位的可行性之前，首先将IGR与IGS星历自身进行比较，以确定两者的差异。现以2010年2月25日PRN号为5的卫星为例，比较IGR与IGS的卫星坐标和钟差的差异。其差值如图1、图2所示，两图中横坐标为历元数，历元间隔为15min。图1的纵坐标为IGR与IGS卫星坐标之差，单位为m；图2的纵坐标为IGR与IGS卫星钟差之差，单位为ns。
从图1可以看出，IGR星历与IGS星历坐标上的差异在X、Y、Z方向上均在2cm以内。其中，在X方向上偏差最大值达到-2cm，最小值接近于0；Y方向上的偏差较小，最大偏差不超过7mm，且变化较为稳定；Z方向上的偏差总体上介于X、Y方向上的偏差之间，最大偏差不超过1.8cm。从图2可以看出，卫星钟差的差异变化较为平缓，其变化范围在-0.68～-0.89ns之间。
从以上比较可以看出，IGR与IGS在卫星坐标和钟差上的差异较小，这为用IGR代替IGS进行精密单点定位提供了直观上的可行性。下面将通过试验来分析采用IGR星历进行精密单点定位的精度。
2、试验与分析
为了探讨用IGR星历代替IGS星历进行精密单点定位的可行性，分别采用IGR星历和IGS星历进行静态精密单点定位试验，将两者的定位结果进行比较，并将两者的结果同IGS跟踪站的已知坐标（作为真值）进行比较分析。
2.1 数据来源及解算方案
试验数据采用从IGS网站下载的三个IGS跟踪站BJFS、SHAO、XIAN在2010年2月25日的观测文件，导航文件，以及对应的精密星历文件IGR，IGS及钟差文件。解算软件使用高精度数据处理软件Waypoint GrafNav 8.20。
利用GrafNav软件中的静态精密单点定位功能，分别采用IGR星历和IGS星历对三个IGS跟踪站的数据进行定位解算。解算前的参数设置如下：处理方向设为Forward，处理方式为Automatic，卫星截止高度角为7.5°，精密星历基准为ITRF05，基准转换为Automatic，码观测值的标准差设为7m，载波相位观测值的标准差为0.02m。
2.2 试验结果及分析
将试验的定位结果通过matlab画图，以比较利用IGR星历和IGS星历进行精密单点定位的差异。限于篇幅，仅给出BJFS站利用两种星历进行精密单点定位的坐标差值图，画图过程中删除了少量含有粗差的数据。结果如图3所示，横轴为观测数据历元数（历元间隔为30s），纵轴为坐标在X、Y、Z方向上的差值。
由图3可以看出，在经过一段时间初始化之后，利用IGR星历和IGS星历进行精密单点定位的定位结果之差在X、Y、Z方向上均可达到较小的水平，其中在X方向上经过约20个历元，坐标差已小于1cm，经过70个历元后，坐标差稳定的保持在5mm以下；Y方向上的精度稍差，坐标差达到优于1cm和5mm的水平分别需要约30和250个历元；Z方向上的精度最高，除了开始阶段少数历元的坐标差大于5mm外，其它历元均在4mm以内。这说明，如要求静态精密单点定位的精度为1cm，则用IGR星历代替IGS星历是可行的。
以上是从利用IGR星历的IGS星历进行精密单点定位的差异性进行分析，下面将它们与IGS跟踪站的坐标真值进行比较，以分析用IGR星历代替IGS星历的可行性。利用IGR星历和IGS星历对三个IGS跟踪站进行精密单点定位的定位结果dX，dY，dZ以及中误差，，见表2所示：
从表2可以看出，三个IGS跟踪站利用IGR星历和IGS星历进行精密单点定位的结果与真值之差在X、Y、Z方向上均小于5cm，其中差值最大的在SHAO站的Y方向上，达到4.86cm。利用IGR星历进行定位的结果与利用IGS星历定位的结果的差异很小，其互差均在毫米级。BJFS、SHAO站利用IGR星历定位结果在X、Y方向上稍差于利用IGS星历定位的结果，但在Z方向上反而好于利用IGS星历定位的结果，而在XIAN站三个方向上的差异性也不统一，这说明利用IGR星历进行定位的结果在最终差值上并不比利用IGS星历定位的结果差。
从中误差上看，三个IGS跟踪站利用IGR星历和IGS星历进行定位的结果中误差在X、Y、Z方向上均小于5.7cm。从总体上看，利用IGR星历进行定位的中误差要稍大于IGS星历进行定位的中误差，但是其差值均在3mm以下。因此，利用两种星历进行定位的差异在差值和中误差上都很小。
3、结语
通过以上试验分析可知，在进行静态精密单点定位时，利用IGR星历和IGS星历进行精密单点定位，其结果之差在X、Y、Z方向上均可达到几个mm的水平，两种星历进行定位的结果与真值之差均小于5cm。另外，利用IGR星历进行定位的结果在最终差值上并不比利用IGS星历定位的结果差，只是在中误差上稍差。这说明IGR星历和IGS星历对静态精密单点定位精度的影响是等价的。因此，在实际应用中，完全可以用快速星历代替最终星历进行精密单点定位解算。
参考文献
[1]韦建超.GPS精密单点定位的数据处理研究[D].长沙:中南大学,2007.
[2]张小红,郭斐斐,李星星.IGS卫星钟差产品采样间隔对PPP精度的影响[J].武汉大学学报（信息科学版）,2010,35(2),152-155.
[3]KOUBA.J.,P.HEROUX. Precise point positioning using IGS Orbit and clock products[J].GPS Solutions,2000,5(2):12-28.
[4]Witchayangkoon B. Elements of GPS precise point positioning[D].Orono:College of Engineering Maine,2000.
[5]林晓静,郭斐,吕翠仙 等.IGS卫星钟差产品采样间隔对PPP收敛速度的影响分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2010,35(6),683-686.
[6]http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html.
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