浅谈GPS测量技术

2012-03-14 10:06:00    来源:中国勘测联合网

摘要:随着科技的发展,GPS测量技术和方法也在不断的改进和更新,目前用得最多的GPS测量技术方法有如下几种:静态和快速静态定位, RTK,网
   
   随着科技的发展,GPS测量技术和方法也在不断的改进和更新,目前用得最多的GPS测量技术方法有如下几种:静态和快速静态定位, RTK,网络RTK技术等等,下面将逐一介绍:

1.静态与快速静态定位技术

    所谓静态定位,就是在进行 GPS 定位时,认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是保持不变的。也就是说,在数据处理时,将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中,静态定位一般用于高精度的测量定位,其具体观测模式是多台接收机在不同的观测站上进行静止同步观测,观察时间有几分钟、几小时到数十小时不等。

    由于普通的静态定位技术需要的观测时间较长,影响了其在低等级控制测量(如三四等控制测量,I、II级导线等)中的竞争力,从而产生了快速静态定位技术。快速静态利用载波相位观测值本身的具有的毫米级或更好的精度,故只需一个或少数几个历元的观测值就可满足厘米级定位的需求。目前快速静态定位主要有下列两种方法。

⑴go and stop 法

    该法是首先通过初始化来确定基准站和流动站间的双差整周模糊度。然后要求流动站在迁站过程中保持对卫星的连续跟踪。这样我们就利用在连续跟踪过程中整周模糊度保持固定不变的特性将其传递到待定点去。由于在待定点上无需重新确定整周模糊度,故有几个历元的载波相位观测值即可在短基线上获得厘米级精度的相对定位结果。

⑵FARA法

    该法在观测值非常多时,可以大大减少计算工作量。采用这种方法时所需的观测时间稍长,例如双频观测时5-10分钟,单频观测时10-20分钟。但迁站时无需开机,只需像普通静态定位那样组织观测即可。

2.RTK定位技术

RTK定位技术图解
   
   RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时给出厘米级定位结果,历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态;可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业,也可在动态条件下直接开机,并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,则流动站可随时给出厘米级定位结果。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术,RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值,相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机,数据量比较大,一般都要求9600的波特率,但这在无线电上是不难实现的。

3.网络RTK技术

 

网络RTK技术图解

 
    GPS的网络RTK也称基站RTK,它的出现将使一个地区的所有测绘工作成为一个有机的整体,结束了以前GPS作业单打独斗的局面。同时它将大大扩展RTK的作业范围。使GPS的应用更广泛。精度和可靠性将进一步提高,使从前许多GPS无法完成的任务成为可能。最重要的是。在具备了上述优点的同时,建立GPS网络成本得以极大的降低。网络RTK的基本原理是在一个较大的区城内能稀疏地、较均匀地布设多个基准站,构成一个基准站网,然后借鉴广域差分GPS和具有多个基准站的局域差分GPS中的基本原理和方法来设法消除或削弱各种系统误差的影响,获得高精度的定位结果。

    网络RTK是由基淮站网、数据处理中心和数据通信线路组成的。基准站上应配备双频全波长GPS接收机。该接收机最好能同时提供精确的双频伪距观测值。基准站的站坐标应精确已知。其坐标可采用长时间GPS静态相对定位等方法来确定。此外,这些站还应配备数据通信设备及气象仪器等。基准站应按规定的采样率进行连续观测,并通过数据通信链实时将观测资料传送给数据处理中心。数据处理中心根据流动站送来的近似坐标(可据伪距法单点定位求得)判断出该站位于由哪三个基准站所组成的三角形内。然后根据这三个基准站的观测资料求出流动站处所受到的系统误差,并播发给流动用户来进行修正以获得精确的结果。有必要时可将上述过程迭代一次。基准站与数据处理中心间的数据通信可采用数字数据网DON或无线通信等方法进行。流动站和数据处理中心间的双向数据通信则可通过移动电活GSM、GPRS等方式进行。

 

VRS技术图解

 
    其中VRS是网络RTK中一种很好的技术。当流动站离基准站较远时,由于两站间的误差相关性减小,残余的卫星星历误差、电离层延迟、对流层延迟等偏差对相对定位的影响增加,从而使常规RTK的定位精度降低。为解决这一问题,就必须增设一些基准站,以便用户能利用这些基准站所提供的信息采用一定的算法来消除或大幅削弱这些偏差项所造成的影响。VRS则是设法在流动站附近建立一个虚拟的基准站,并根据周围各基准站上的实际观测值算出该虚拟基准站上的虚拟观测值。由于虚拟站离流动站很近。一般仅相距数米至数十米。故动态用户只需采用常规RTK技术就能与虚拟基准站进行实时相对定位,从而获得较准确的定位结果。我国第一个实时型VRS当属于广东省深圳市。深圳VRS又称为szcors,由5个永久基准站组成,基准站分布如下图所示。目前该网已投入与运行,市场反应良好。【中国勘测联合网 何海明】
 

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