GPS精密单点定位测量外文翻译

毕业设计（外文翻译）中文题目：GPS精密单点定位测量英文题目：SurveyingusingGPSPrecisePointPositioning学院测绘与地理信息学院专业测绘工程姓名刘江涛学号201103241指导教师姚德新2015年6月8日兰州交通大学毕业设计（外文翻译）1GPS精密单点定位测量奥拉，席佩尔，乔恩·格伦挪威摘要精密单点定位（PPP）使用全球导航卫星系统（GNSS）精确定位，是一个可行的替代差分定位方法的技术。由于没有必要获取地方或区域基准站的数据，PPP具有高性价比。尤其是在偏远地区的后勤被大大简化。PPP方法具有潜在的静态厘米级精度和动态亚分米级精度。挪威生命科学大学开发的PPP软件经过成功校验后，应用于2003年挪威海底水文调查，基于其操作方便，成本低廉和定位精度高，德国坦克公司开发了商用软件。本文介绍的PPP方法概述重点在动态测量方面。相比差分定位方法在其优点和缺点进行了讨论。关键词：全球导航卫星系统；GPS精密单点定位1绪论在导航、土地测量和一般地理坐标参照系统的应用已简化，由于无线电导航卫星信号的可用性，应用也更精确。全球导航卫星系统（GNSS）包括军事系统。如美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，以及未来欧洲的民用系统Galileo。GPS仍然是卫星定位的基石，该系统已用于民用。1978第一个GPS卫星送入轨道，直到1985年共发射10颗实验卫星。1989年发射了第一个业务二号卫星被推出，于1994年该系统达到了全部工作能力。之后不同代的IIA，IIR和IIRM卫星陆续发射，当时有29颗GPS卫星可用，见图1。兰州交通大学毕业设计（外文翻译）2图1近年来各代GPS卫星服务提供的GPS民用称为标准定位服务（SPS）和基于单频伪距观测采用C/A码和导航电文（ICD，2000）。手持GPS接收机的工作地点良好的卫星的可用性，与约3-5个准确坐标在垂直于水平和6-10米（95%）可以实现。主要错误源在SPS（电离层和对流层大气延迟），在导航误差消息（卫星钟差改正、卫星坐标）和站点相关的影响（多和噪声测量）。需要补充的是，由于微弱的卫星几何例如物理障碍物阻挡卫星信号将进一步降低位置精度。为了减轻这些误差源，微分的方法已被开发其中一个或几个参考接收机在已知坐标的点的操作和在坐标估计相对于参考接收机。依赖于质量该卫星接收机和观测模型的复杂，定位精度在米，亚米，分米，亚分米，厘米，最后亚厘米级可以实现。坐标估计可以采取后处理方式从接收机的观测都汇集到一个单一的计算机处理后调查。另外，从参考接收机的数据可以通过一个通信链路和精确的相对坐标可以实时估计。例如导航和监视，实时测量的先决条件，但由于操作考虑看来，实时系统越来越倾向也为其他调查任务。然而在许多地区，通过提供参考数据的接收通信链路很可能在某些地区没有永久操作参考接收机可以在所有。当使用差分方法，专用本地参考接收机必须进行操作。高精度应用微分法的另一种是利用观测只从一个卫星接收器，但取代导航电文准确处理后的值，例如国际GNSS服务（IGS）。当使用双频率从大地的质量和适当的功能接收器和随机模型，延迟精度在厘米级。精确的方法绝对定位、精密单点定位（PPP）首次推出的静态应用（1998）。但近年来修改以适应运动应用，例如Kouba、Heroux和Ovstedal等。的以下各节介绍PPP相对于差分定位的优缺点，使用PPP时一些特殊的情况需要考虑从最近项目的一些成果。兰州交通大学毕业设计（外文翻译）32精密单点定位PPP模型可以描述为使用GPS提供标准定位服务的可扩展模型。重要的变革包括：更换卫星轨道和更精确估计的卫星钟差改正，例如IGS。载波相位的可观测和卫星姿态建模纳入现场位移的影响，例如Kouba和Heroux。在调整模型下给予足够的几何强度，通过估计剩余的对流层天顶延迟附加参数,也是对流层梯度，可以削弱对流层的影响。影响几何强度因素是数量和可用卫星、高度角、连续载波相位观测长度和动态卫星接收机的的时间间隔的分布。双频动态卫星接收机的相位观测，通过形成对原始观测电离层的线性组合几乎可以消除电离层的影响，例如Hofmann-Wellenhof等。处理单频观测时必须进行电离层效应校正。现有的经验模型包括Klobuchar电离层模型（ICD，2000），后处理Klobuchar电离层模型均由轨道中心和全球电离层地图估算。由于剩余的电离层的影响当处理观察从单频接收机的定位精度，将一般不超过亚米。PPP处理软件处理一整天的高质量静态观察双频接收机的数据在水平和垂直产生的位置精度在厘米级。缩短时间间隔的连续观测和从静态到动态的方式会降低准确度。例如，6个小时的动态观察通常精度在厘米级，观察1小时精度在分米级。3有关PPP的特殊问题3.1连续观察的时间间隔在差分模式下运行时，它是在许多情况下可能修复载波相位模糊到正确的整数值。这可能是由于足够的取消通过差分处理卫星和接收机硬件偏差。然而，工作与非差观测值，如PPP，它是不可能解决载波相位模糊的含义，载波相位模糊度总是要估计在在一个所谓的浮液调整，例如Kouba。一个可视化例子如图2，水平误差微分处理运动模式绘制浮动固定解。在参考距离接收机是本例小于1公里。经过约150秒的处理软件管理解决歧义和后续时代的精度在厘米级。由于较弱的几何比在固定解，浮球的准确性溶液缓慢增加作为时间的函数。由于载波相位模糊度的负担，PPP是一个浮点解，需要一定的时间连续观察跨度满足精度要求高。在一些应用中，例如机载传感器定位，这可以通过被动记录容纳观察一段时间之前和/或之后的调查。兰州交通大学毕业设计（外文翻译）4图2典型的运动精度的浮动和固定的短基线解3.2参考框架坐标估计PPP将在相同的全球参考框架为卫星轨道。当使用轨道的IGS，估计接收机坐标被称为IGS国际地球参考框架的实现（ITRF），目前在ITRF2000，观测时间。然而，在大多数的应用程序映射和导航用户如将ITRF2000坐标转换为本地或区域框架等欧洲地球参考框架1989（ETRF89）。Plag（2002）描述了如何将坐标ITRF转化为ETRF89。类似的有关国家的参考框架ITRF的转换是从大多数国家测绘机构进行的。3.3轨道延迟和卫星钟差改正在处理与IGS轨道，卫星钟差改正和地球定向参数，许多不同的产品都是免费的。IGS产品有不同对于延迟的特点，更新速率，采样间隔和精度。高精度的应用，使延迟。目前PPP后处理选项时使用IGS产品。应当指出，IGS正在向着实时产品发展。4运行PPP软件的开发在挪威生命科学大学（原名挪威农业大学）abspos软件的实施并成功地应用在海底测绘项目与ovstedal等。挪威水文调查对abspos进行广泛的测试。由于实际的考虑，这是决定商业问题及新发展将处理好私营公司，与挪威公司德国坦克选择开发一个专业的软件。新的软件terrapos代表国家的技术在PPP处理和完全兼容IGS和IERS（国际地球旋转服务）模式和惯例。表1概述了一些影响有关PPP处理terrapos表2显示了当使用TerraPos进行高质量的双频率观测时获得的典型的位置精度。表2在用TerraPos进行高质量观测时的真实错误的典型RMS。除了海底测绘,这个软件还被使用于各种应用程序比如作为机载传感器的定位(航空摄影测量和激光扫描)和兰州交通大学毕业设计（外文翻译）5尖端的静态调查中。表1处理terrapos时PPP产生的影响影响方法卫星天线偏移和相位中心变化卫星硬件偏差卫星偏航官方IGS天线校准官方IGS校准，估算系统的具体效果。标称模型，用户可定义在日食和月食的中午轮流，例如编辑或随机校正。电离层延迟对流层延迟无电离层线性组合先验模型，估计残余影响接收天线偏移和相位中心变化系统特定的接收机硬件偏差官方IGS校准估算固体地球潮汐海潮负荷旋转变形，由于极移推荐IERS模型推荐IERS模型推荐IERS模型表2高质量TerraPos观测状态持续时间（时间）水平（米）竖直（米）静态24610.010.020.050.020.040.10动态24610.030.030.150.040.050.204.1动态PPP处理实例机载传感器航空相机的直接介入，GPS已经被惯性导航系统（INS）支持用来获得精确的定位参数（位置和旋转角度）。一种组合相机与GPS和INS校准的首选方法系统开展摄影任务超过testfields精确的地面控制点。用相机和GPS及INS系统和随后的相片校准值差异，通过摄影测量方法估算定向参数仅是相对于方位参数估计兰州交通大学毕业设计（外文翻译）6图3显示了挪威Fredrikstad地面轨迹飞行校准试验。这次航班的参考接收机位于AK06约80公里处。在飞机双频接收机GPS观测结果与1次观测间隔记录。运动通过差分处理使用gpsprog软件估计轨迹和PPP软件。为了提高载波相位模糊度初始化，飞机通过附近的参考接收机在照片与实际任务后。微分处理进行了利用电离层影响的线性组合作为最终处理观察。对于PPP处理，精确的轨道，卫星钟差改正和地球定向下载IGS参数。图3AK06点GPS和INS的相机校准飞行轨迹图4中横坐标的坐标差差估计处理和PPP被绘制成时间的函数。应该指出的是，在这个项目在飞机的GPS接收机记录一些额外的观察后，飞机已降落使得PPP处理可以3小时连续进行观察。观察的时间间隔的进一步扩张会增加购买力平价的计算精度。兰州交通大学毕业设计（外文翻译）7图4水平坐标估计微分处理和PPP差异图这一数据，坐标估计差和PPP的处理是一致的约0.05米。致谢感谢IGS提供全球GNSS的基础设施和使用他们的数据；感谢布洛姆测绘AS公司提供航拍相片的GPS数据。参考文献[1]ICD,(2000),InterfaceControlDocument-NavstarGPSSpaceSegment/NavigationUserInterfaces,ICD-GPS-200C.[2]IGS,(2002),IGSStrategicPlan2002–2007,[3]Hofmann-Wellenhof,B.,Lichtenegger,H.&Collins,J.,(2001),GPS-TheoryandPractice,Fifthedition,Springer,Wien-NewYork.[4]Kjorsvik,N.S.,(2006),TerraPos–User’sManual,TerratecAS–Noray.[5]KoubaJ.andHerouxP.,(2001),GPSPrecisePointPositioningUsingIGSOrbitProducts.GPSSolutions,5(2):12-28.[6]KoubaJ.,(2003),AGuidetoUsingInternationalGPSService(IGS)Products.[7]Ovstedal,O.,(2000),GPSPROG–EnverktøykasseforanalyseavGPS-observasjoner,Maankaytto–NordicEdition,3/2000(inNorwegian).兰州交通大学毕业设计（外文翻译）8[8]Ovstedal,O.,(2002),AbsolutePositioningwithSingleFrequencyGPSReceivers,GPSSolutions,5(4):33-44.[9]Ovstedal,O.,Ofstad,A.E.,Haustveit,K.T.,Kristiansen,O.,(2002)AComparisonbetweenAbsolutePositioningMethodsandDifferentialMethodsinaMaritimeEnvironment.Proceedingsofthe15thInternationalTechnicalMeetingoftheSatelliteDivisionoftheInstituteofNavigation(IONGPS-2002).