GPS精密单点定位数据解算的精度对比

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GPS精密单点定位数据解算的精度对比
黄建辉 ，李卫民 ，蔡得罡 ，安敬知
(1．91561部队，广东广州510320；2．武汉大学测绘学院，湖北武汉430079)
摘要：分别采用GAMIT和GrafNav两种不同的软件对南海区域不同时间、不同地点所测得的GPS精密单点定
位数据进行了解算，并对同一数据的解算结果进行了精度分析。研究结果表明：这两种方法解算所得结果互差达
到厘米级，说明GrafNav满足GPS精密单点定位数据解算要求，具有一定的应用参考价值。
关键词：GPS；精密单点定位；GAMIT；GrafNav；精度对比
中图分类号：P228．4 文献标志码：B 文章编号：1671—3044(2013)O1—0015—03
1 引 言
GPS精密单点定位(PPP)是利用国际GNSS服
务机构IGS提供的或其他机构计算的精密星历和精
密钟差文件，以无电离层影响的载波相位和伪距测
值为观测资料，对测站的位置、接收机钟差、对流层
天顶延迟以及组合后的相位模糊度等参数进行估计
解算，从而解算出测站精确的位置坐标 。为此，
可以得出卫星精密星历的精度和卫星钟差的改正精
度及电离层误差改正模型的正确性，决定着最终的
定位精度。由于GPS精密单点定位技术作业方式
高效灵活、精度高，并且可以直接得到高精度的
WGS 84坐标，解决了传统差分GPS相对定位观测
距离的限制、基准站不可获取等问题，成为了GPS
定位发展中的一个重要方向。
2 GAMIT和GrafNav简介
GAMIT主要应用于长基线GPS网的观测数据
处理。GAMIT软件基于UNIX／LINUX操作系统，利
用GPS载波相位观测值进行定位定轨。当它采用
精密星历和高精度起算点时，其处理长基线和连续
时段静态定位相对精度可达10e一～10e 数量级，
处理短基线的精度可达1～3mm 。 。它不仅精度
高、功能强大，而且开放源代码，用户可以根据实际
需要进行人工干预。
GrafNav是可以较好地处理GPS单频、双频和
GLONASS系统的测量数据，它采用了先进的算法，
解算的速度和定位的精度都得到了很大的提高，可
以很快地得到厘米级的定位精度 J。GrafNav使用
OTF算法对GPS单频或双频数据处理时，可提供许
多可靠的选项进行数据处理。用精密星历和双频数
据时，其处理长基线的精度可达到0．1×10～D。
GrafNav软件易于操作，且拥有丰富的图形界面，历
元、静态测量的时间和特征点都可以显示在屏幕上。
它还支持各种常见的坐标系统，用户也可以根据自
身需求自定义坐标系，并且解算操作过程容易且结
果清晰明了，在结果计算完毕后，可输出超过110个
变量的结果。
3 星历及坐标转换
3．1 星历来源及精度
精密卫星星历和钟差是精密单点定位的基础。
目前，能够提供精密卫星星历和钟差的主要有两个
机构：美国地球空间局NGA(National Geospatial—
Intelligence Agency)和国际GNSS服务组织IGS，其
中IGS是使用最多、精度最高、最有权威的数据发布
机构 。
IGS提供的精密星历文件为 ．SP3格式，精密
卫星钟差文件为 ．clk文件，自从2006年12月17
日起，1GS将30s间隔精密钟差作为其正式产品发
布于官方FTP上，精密单点定位时轨道星历误差越
小，钟差改正采样率越高，则精密单点定位精度
越高。
3．2 坐标转换
地球参考框架(international terrestrial reference
flame，ITRF)是国际上公认的精度最高、稳定性最好
的参考框架，它是利用全球测站观测资料成果推算
所得到的一个四维地心坐标参考框架，除了具有空
收稿日期：2012—05—11；修回日期：2012—08—14
作者简介：黄建辉(1972一)，男，江苏大丰人，助理工程师，主要从事海岸带和海岛礁地形测量。
16 海洋测绘 第33卷
间直角坐标形式的坐标外，还给出了台站的漂移速
度，其坐标精度为毫米级至厘米级 。空间地心坐
标框架逐渐取代传统的大地测量坐标框架已成为一
种趋势，GPS技术在各种测量中的应用也越来越广
泛。但是GPS定位结果属协议地球地心坐标系，即
WGS 84坐标系，而常规地面测量成果或是属于国
家的参心大地坐标系，或是属于地方独立坐标
系 J。因此必须实现GPS成果的坐标系转换，才能
得到GPS数据更有效的解算成果。本文采用国际
上常用的BURSA七参数模型作为ITRF2000参考框
架与WGS 84参考框架进行转换的模型。
4 实例分析
IGS在提供精密星历及钟差文件的同时，也提
供加入IGS组织内的GPS连续跟踪站的原始观测
数据。为了验证PPP解算的精度，我们选取多年外
业测量过程中实际采集的、不同时间、不同地点，有
代表性的GPS精密单点定位数据为样本数据，基本
覆盖整个南海区域，以GAMIT组网解算的结果作为
基准与GrafNav软件解算结果进行比较。为较好地
进行数据解算，各样本数据均选取4个IGS站点与
其组网解算，所采用的IGS站点为 rwTF、WUHN、
KUNM、PIMO，分别位于台北、武汉、昆明、马尼拉，
原始数据采样率为30s，其坐标为ITRF2000参考框
架下坐标。本文采用三亚牛王岛、珠江口三角岛、西
沙东岛、阳江闸坡、广州仑头、台山下川I岛的GPS精
密单点定位数据(采用Trimble 5700型双频GPS接
收机以及Choke Ring扼流圈天线进行GPS观测，数
据采样率为1 S，卫星高度截止角为10。)为样本进行
试验分析，每个测点的观测时长都超过23．5h(为排
除钟差干扰)，通过TEQC验证所有数据的合格率都
在90％ 以上，下载这些测点IGS最终的精密星历和
1 s采样率钟差文件，然后分别采用GAMIT和GrafNav
进行解算，并归算至ITIF2000框架下坐标。得到相同
框架下空间直角坐标后，采用海洋测量信息处理工程
软件将空间直角坐标统一转换为平面直角坐标进行
对比，对比情况见表1。
表1 GAMIT和GrafNav解算对比单位：m
由此得出以下结论：
(1)两种解算方法经过对比后的情况为：最大
误差 方向为一0．020 9m，Y方向为0．016 2m；最小
误差 方向为0．007 7m，Y方向为一0．001 8m；平均
误差为 方向一0．0105m，Y方向为0．0067m。分析
可得两种解算软件的最终结果是很接近的。
(2)在数据采样间隔为1 S，卫星高度截止角为
10。，观测时长大于23．5h的条件下，用GrafNav软
件进行精密单点定位解算，所得结果平面精度可达
到厘米级。
(3)在困难测区(如远离大陆较偏远的岛礁)无
GPS基准点时，可利用此类方法进行GPS静态精密
单点定位来快速建立平面精度达厘米级的坐标基
准，以作为首级平面控制。
5 结束语
本文通过利用GPS精密单点定位技术对南海
区域不同时间、不同地点所测得的GPS数据分别采
用GAMIT和GrafNav两种解算软件进行了处理，6
个测点的坐标经过两种方法的解算后在两个平面分
量上的差异都在厘米量级，因此可以认为利用
GrafNav对GPS精密单点定位数据解算的精度是很
高的，其解算精度与GAMIT解算的精度相当，与此
同时，通过对两种解算方法进行比较，发现与
GAMIT基线解算再进行网平差的方法相比，GrafNav
精密单点定位解算方法更简单，实施更方便(尤其
在条件比较艰苦的测区)，仅利用一台接收机进行
作业即可获得高精度定位，无需架设地面基准站，不
受基线条件限制，作业方法更加灵活，在大范围内进
行作业具有很大优势，在高精度GPS数据处理具有
较好的应用前景。
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Precision Contrast of GPS Data Processing by Precise Point Positioning
HUANG Jianhui ，LI W eimin ，CAI Degang ，AN Jingzhi
(1．91561 Troops，Guangzhou 510320，China；
2．School of Geodesy and Geomatics，Wuhan University，Wuhan 430079，China)
Abstract：This paper adopts two different softwares- GAM IT an d GrafNav respectively tO calculate GPS precise
point positioning data，which observed in different time an d different place of South China Sea area，an d
contrasts precision about calculated result of the same data．The final an alysis indicates that the margin of the
results calculated by both of the methods can reach centimeter．So it shows GrafNav software can be used to
calculate GPS data of precise point positioning，an d it also indicates that the method calculated by GrafNav
software is effective and valuable．
Key words：GPS；precise point positioning；GAM IT；GrafNav；precision contrast
(上接第11页)
A Low Dynamic Solution for Precise Point Positioning
WAN G Zhenjie ，WEI Enyue ，FAN Shijie ，QIAO Yongjie
(1．School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao 266555，China；
2．China Petroleum Pipeline Engineering Corporation，Langfang 065000，China)
Abstract：Using the adaptive filtering by selection of the parameter weights method，we study on the low dynamic
precise point positioning solution method，an d compile the precise point positioning program ．Through the
reasonable selection of adaptive factor param eter．the ship dynamic GPS measurements are processed after PPP
treatment．The results showed that：compared to the classical Caiman filter method，the adaptive filtering by
selection of the param eter weights method can greatly improve the accuracy of the solution of low dynamic PPP
with X，Y and Z directional RMS increasing by 79．9％ 、69．7％ an d 92．0％ respectively．
Key words：precise point positioning；adaptive filtering by selection of the param eter weights；low dynamic
solution；adaptive factor
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2014-9-30 07:35 上传

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