GPS连续参考站系统(CORS)定位精度检测方法

GPS连续参考站系统(CORS)定位精度检测方法

摘要:为了检验CORS系统定位精度的可靠性,本文比较系统地介绍了CORS 系统误差源,重点分析和总结了常用的精度检验方法,并对复杂环境中精度检验方法提出了建议。

本文在总结CORS定位精度已有检验方法的基础上,提出了新的检测方法使系统可靠性检测方法更加完备。

关键词:CORS VRS 误差源精度检测

0引言

连续运行参考站系统CORS(Continuously Operational Referenc Stations),是现代GPS的发展热点之一。CORS系统将网络化概念引入到了大地测量应用中,该系统的建立不仅为测绘行业带来深刻的变革,而且也给网络中的空间信息服务带来新的思维和模式。

连续运行参考站系统可以建设一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站,利用计算机、数据通信和互联网(LAN/WAN)技术组成的网络,实时的向不同类型、不同需求、不同层次的用户提供经过检验的不同类型的GPS观测值、各种改正数、状态信息、以及其他有关GPS服务项目的系统。

由于常规RTK技术需要在测区内或附近控制点上架设基准站,需要站点坐标,对流动站的误差改正信息并未包含基线长度影响等各方面的因素,CORS系统有效克服了上述缺陷,不仅提高了基础测绘的精度而且实用经济。网络RTK差分信息的生成方式有虚拟参考站法VRS(Virtual Referenc Station)、区域改正数法FKP(Area Correction Parameter)和主辅站技术,相比较而言,虚拟参考站VRS建站技术更加成熟。虚拟参考站VRS技术就是在一定区域内架设一定数量的基准站,精确测定这些基准站的位置及变化率,基准站连续接收卫星信号,然后将信息传送至信息处理中心,同时接收流动站发送的接收机概略位置信息,数据处理中心会根据移动站的位置,选择与之较近或定位精度较好的基准站信息,“虚拟”出一个参考站,然后根据各基准站上误差信息通过一定的数学模型内插出该虚拟站的误差,将虚拟出的流动站改正数据播发给流动站,这样虚拟参考站的位置通常是在移动站真实位置的周围5米范围内,保证了虚拟参考站与流动站误差的相关性。

1CORS定位中的误差源

CORS定位误差主要是由基准站观测误差、流动站观测误差和差分误差信息的数学内插模型等引起的。其中前两项误差与GPS定位中出现的误差基本等同,以系统误差的危害性为重,并大多有规律可循,因此要提高GPS定位精度是以分析该部分误差源与消除方法为主。

1.1 基准站GPS观测误差

1.1.1基准站点坐标误差

在CORS在建设中基准站点选址的合理性和埋设的稳定性及相应保护措施直接关系到整个系统的精度和稳定性。基准站高精度地心坐标一般都要向当地坐标系统进行转换,约束平差求解的数学模型也关系到转换后基准站坐标的精度。由于地球固体潮的影响,可使地面点在垂直方向上的位移可达80cm左右,应测定基准站点在时间尺度上的变化率。这些因素都影响基准站点坐标的误差。

1.1.2卫星星历误差

某个历元卫星的位置是由卫星星历提供的,与其实际位置之差取决于卫星定轨系统的质量,影响因素有定轨站数量及地理分布、观测值数量及精度、定轨所用的数学力学模型和定轨软件、采用星历的外推时间间隔等。

1.1.3卫星钟差

卫星上的高精度原子钟与理论上GPS时存在着不可避免的偏差和漂移,是由于钟差、钟速和频漂引起的系统误差,总量可达1ms左右,可以通过一定的模型改正,但卫星钟偶然误差是难以消除的。另外不管是码相位观测还是载波相位观测,都要求卫星钟和接收机钟严格同步,但他们所处的重力位和各自运动速度的差异,也会带来相应的误差。

1.1.4电离层延迟误差

电离层是高度在60～1000 Km间的大气层,GPS信号受电离层带电粒子的影响会产生传播速度变化和传播路径弯曲,从而使卫星和接收机之间距离发生变化,即电离层延迟。

1.1.5对流层延迟误差

地表和电离层之间的大气层即为对流层,整个大气层的绝大部分质在该层,GPS卫星信号在对流层会产生大气折射,传播路径产生弯曲,传播速度发生改变。这些因素对距离测量值的影响称层延迟。

1.1.6多路径误差

GPS卫星信号经某些物体表面反射与直接来自卫星的信号进行叠加干扰后进入接收机,使测量值产生系统性偏差,称为多路径误差。多路径误差大小受周围环境环境、接收机性能和卫星高度角等影响,如大面积水域附近、扼流圈天线性能等,多路径误差对测码伪距观测值影响较大。

1.1.7基准站接收机误差

接收机在接收卫星信号时,由于接收机钟差、相位中心误差、测距码匹配、解算的数学模型误差和电子元件老化等多种因素的影响,而引起的通过观测值定位产生的误差。

1.2 流动站GPS观测误差

1.2.1与基准站同性质误差

在流动站上接收与基准站相同卫星信号,因此流动站通过观测值确定的概略坐标同样包含卫星星历误差、卫星钟差、电离层延迟、对流层延迟、多路径误差等,并且这些误差与基准站误差相关。

1.2.2接收机测量噪声影响

接收机在测量时,由于仪器设备元件和外界环境的影响而造成的随机误差,取决于接收机性能和工作环境,一般小于其他系统性偏差,在基准站上因观测条件良好且连续观测而忽略不计,在流动站上因观测时间较短而影响较大。

1.2.3地形条件的影响

在工程建设中,不同点的地形差别很大。在观测点上,接收机上空的净空程度、高度角受限,直接影响GPS信号和卫星分布状况;在高压输电线、无线电发射塔等强电磁干扰区域,对GPS信号的影响很大。大气折射误差也是影响流动站定位精度的一个重要误差源。

1.2.4人为观测误差

在观测过程中,接收机指北标志与北方向的偏差带来的相位中心改正误差,流动站对中杆的对中误差、立直稳定程度、观测时间长短和选择时间段的影响。

1.3差分信息的数学模型误差

VRS技术的数学模型和算法主要是确定基准站间整周模糊度和流动站与虚拟参考站间整周模糊度、内插虚拟参考站间的综合误差改正数、构建虚拟参考站观测值等方面。

2CORS定位可靠性检测方法

由于流动站在定位时,和参考站同样受到诸多不确定因素的影响,诸如流动站高程差异、高度角受限、多路径误差等异常因素,用户实时定位时只能通过内符合精度判断质量的好坏或是否符合要求。在缺乏现场检核条件的情况下,内符合精度的可靠性受到置疑,一般只能依靠事后抽样检查来保证其安全性,在一些工程应用受到制约。