闡述gps精密單點(diǎn)定位技術(shù)在測(cè)量中應(yīng)用

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1、闡述GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)在測(cè)量中應(yīng)用　　摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，GPS技術(shù)在各個(gè)行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)是建立在GPS技術(shù)的基礎(chǔ)上的最新研究成果，是近些年才發(fā)展起來(lái)的，一般是通過(guò)單臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)，利用IGS采集的相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度定位。本文就GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探討，并對(duì)其模型的建立作了簡(jiǎn)要分析。關(guān)鍵詞：GPS；精密單點(diǎn)定位；模型；精度中圖分類號(hào)：P228.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及人們對(duì)于測(cè)量精度的要求不斷提升，傳統(tǒng)的GPS

2、定位技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代測(cè)量工程的需求。傳統(tǒng)的GPS定位坐標(biāo)分量精度僅能達(dá)到10m級(jí)，范圍比較小，只能適用于一些對(duì)精度要求較低的定位測(cè)量，GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)的應(yīng)用大大的解決了這一難題，因此發(fā)展前景十分廣闊。一、GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)的原理和方法7現(xiàn)階段，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展推動(dòng)了GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，并引起了國(guó)內(nèi)外相關(guān)人士的普遍關(guān)注，成為GPS領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)是建立在GPS技術(shù)的基礎(chǔ)上的最新研究成果，利用精密衛(wèi)星星歷和鐘差的相關(guān)信息，運(yùn)用單臺(tái)雙頻接收機(jī)采集的碼和相位觀測(cè)值

3、，采用非差模型進(jìn)行單點(diǎn)定位。非差模型具有明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，一方面，其可用觀測(cè)值較多，保留了所有的觀測(cè)信息，可以直接測(cè)得測(cè)站坐標(biāo)；另一方面，在獲得觀測(cè)值的同時(shí)，內(nèi)部未知參數(shù)也較多，因此測(cè)量時(shí)誤差大有存在。所謂非差觀測(cè)模型是指以非差觀測(cè)值以及其物理影響因素為變量，來(lái)構(gòu)建的函數(shù)關(guān)系。GPS觀測(cè)值由偽距和相位兩類觀測(cè)值組成?？茖W(xué)上所研究出來(lái)的GPS非差觀測(cè)值是一個(gè)理想值，即不考慮衛(wèi)星信號(hào)在傳播過(guò)程中受到的衛(wèi)星鐘和接收機(jī)誤差、對(duì)流層和電離層折射、相對(duì)論延遲等多種因素的影響，僅僅是衛(wèi)星信號(hào)從天線相位中心傳至接收機(jī)天線相位中心的幾

4、何距離。在實(shí)際應(yīng)用中，受到多種因素的影響，不可能達(dá)到一個(gè)理想的觀測(cè)值。因此，我們?cè)诮⒎遣钅Ｐ陀^測(cè)方程時(shí)，必須綜合考慮這些因素，通過(guò)不同的方法來(lái)避免或減小系統(tǒng)內(nèi)部潛在的誤差，以得到更準(zhǔn)確的觀測(cè)值。二、GPS靜態(tài)精密單點(diǎn)定位隨機(jī)模型7由于誤差的存在，所獲得的觀測(cè)值只能作為一種隨機(jī)變量，從這個(gè)角度來(lái)看，可以將精密單點(diǎn)定位的數(shù)學(xué)模型分為函數(shù)模型和隨機(jī)模型。GPS精密單點(diǎn)定位的函數(shù)模型包括線性函數(shù)模型和非線性函數(shù)模型兩種類型。當(dāng)函數(shù)模型為非線性函數(shù)時(shí)，我們一般利用泰勒公式將其展開(kāi)并取其一次項(xiàng)化為線性形式。而隨機(jī)模型是描述

5、隨機(jī)變量及其相互間相關(guān)統(tǒng)計(jì)特性的函數(shù)，在精密單點(diǎn)定位的實(shí)際應(yīng)用中，通常采用卡爾曼濾波和最小二乘法兩種隨機(jī)參數(shù)估計(jì)方法。其中，最小二乘法一般只用于靜態(tài)定位，而卡爾曼濾波適用范圍相對(duì)較廣，可以同時(shí)適用于靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。（一）卡爾曼濾波的參數(shù)估計(jì)方法卡爾曼于上個(gè)世紀(jì)五十年代末六十年代初成功的采用狀態(tài)空間的概念，提出了卡爾曼濾波的參數(shù)估計(jì)方法，將濾波的發(fā)展推上了一個(gè)新的高度。將非平衡向量隨機(jī)過(guò)程與平穩(wěn)的標(biāo)量隨機(jī)過(guò)程相結(jié)合來(lái)研究信號(hào)過(guò)程，改變了傳統(tǒng)的直接給出信號(hào)過(guò)程的二階特性或譜密度函數(shù)，發(fā)展為通過(guò)一個(gè)狀態(tài)方程來(lái)描述線

6、性系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系。此外，卡爾曼還提出了一種線性遞推濾波方法，這種方法的特點(diǎn)是不需要存儲(chǔ)過(guò)去的觀測(cè)資料，可以直接依據(jù)新的數(shù)據(jù)和前一時(shí)刻的估計(jì)量來(lái)算出新的估計(jì)量?？梢?jiàn)，卡爾曼的這種線性遞推濾波方法克服了傳統(tǒng)濾波方法的主要缺點(diǎn)，可以適用于更廣的范圍，并大大減少了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量和計(jì)算量，便于實(shí)時(shí)處理。目前，成功的應(yīng)用于空間技術(shù)、潛艇和飛行的導(dǎo)航定位等高精度的方面，并在工業(yè)系統(tǒng)的自動(dòng)化方面得到廣泛的推廣與應(yīng)用。（二）觀測(cè)值隨機(jī)模型7GPS精密單點(diǎn)定位技術(shù)依據(jù)觀測(cè)精度的不同可以分為多種觀測(cè)值，主要有碼偽距觀測(cè)值、相位觀測(cè)

7、值、相位變化率（多普勒觀測(cè)值）等。因此，在GPS精密單點(diǎn)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，需要依據(jù)對(duì)精度的需求來(lái)選擇觀測(cè)值。目前，相關(guān)學(xué)者從隨機(jī)物理聯(lián)系和隨機(jī)函數(shù)聯(lián)系兩方面對(duì)觀測(cè)值隨機(jī)模型做了深入研究。1、隨機(jī)物理聯(lián)系。首先，GPS接收機(jī)型號(hào)的不同決定了GPS觀測(cè)值的生成方法不同，精密單點(diǎn)定位系統(tǒng)包含交叉關(guān)聯(lián)接收機(jī)和現(xiàn)代無(wú)交叉關(guān)聯(lián)接收機(jī)兩種型號(hào)，這就決定了精密單點(diǎn)定位系統(tǒng)有兩種不同的觀測(cè)值的生成方法。其次，每顆衛(wèi)星都有屬于自己的幾何傳播路徑，也就是說(shuō)，每顆衛(wèi)星的觀測(cè)值精度決定了其傳播路徑的函數(shù)。不難理解，當(dāng)衛(wèi)星的傳播路徑較長(zhǎng)時(shí)，

8、在傳輸過(guò)程中GPS信號(hào)會(huì)受到噪聲干擾而衰弱。對(duì)此，相關(guān)研究表明，可以通過(guò)衛(wèi)星高度角、信噪比或者兩者的組合來(lái)量化GPS信號(hào)干擾程度，以便與采取相應(yīng)的措施來(lái)減少干擾。2、隨機(jī)函數(shù)聯(lián)系。從上文論述可見(jiàn)，兩種GPS精密單點(diǎn)定位系統(tǒng)觀測(cè)模型并不是直接采用觀測(cè)值的，而是采用觀測(cè)值的組合值，這就存在一定的誤差。因此，需要采用誤差傳播理論估計(jì)組合觀測(cè)值的精度來(lái)減小誤差。三、GPS靜態(tài)精密