單雙衛星系統差分定位效果比較方案設計與分析

摘 要：當前，CORS系統主要分為GPS單系統以及GPS/GLONASS雙系統兩大類，雙系統下的定位效果是否真正優于GPS單系統一直是用戶關注的問題。在單基準CORS環境下，設計構造了與已知點比較法、反算基線長法、動態同步觀測法、動態規則幾何軌跡法四種方案，比較單（GPS）、雙系統（GPS/GLONASS）的定位效果。實驗分析表明雙系統下的定位效果普遍優于單系統。

關鍵詞：單基站CORS 定位效果 RTK GPS/GLONASS系統

中圖分類號：P228文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0044-04

隨著GPS技術的飛速進步和應用普及，衛星導航定位技術在測量工作中的作用已越來越重要。當前，利用基于連續運行衛星定位服務綜合系統（Continuous Operational Reference System，縮寫為CORS）建立的多基站網絡RTK技術建立已成為城市GPS應用的發展熱點之一。CORS系統集衛星定位技術、數字通訊技術、計算機網絡技術等高新科技為一體，主要由基準站網、數據處理中心、終端用戶應用系統、數據傳輸系統四個部分組成，能夠為終端用戶提供實時厘米級高精度定位服務。當前，CORS系統主要分為GPS單系統以及GPS/GLONASS雙系統兩大類，雙系統下的定位效果是否真正優于GPS單系統一直是用戶關注的問題。為此，該文通過設計不同環境（空曠的地點、周圍建筑物較多的地點）下，基于單系統（GPS）與雙系統（GPS/GLONASS）進行實時定位測量，并采用已知點比較法、反算基線長法、動態同步觀測法、動態規則幾何軌跡法等方法獲取實驗數據，總結比較分析單系統（GPS）與雙系統（GPS/GLONASS）下單基站CORS實時定位效果。

1 單基站CORS的基本原理

單基站CORS，就是只有一個連續運行參考站，類似于常規RTK，所不同的是基準站是固定連續運行的，且系統一般含有數據處理中心服務器。首先，基準站實時接收衛星信號，并把觀測數據通過內網或VPN專網發送至服務器，服務器控制中心軟件接收到數據后進行處理，生成不同類型的差分數據格式。一旦移動用戶通過GPRS＼CDMA網絡向服務器發出請求，服務器通過Internet將差分數據發送給不同需求用戶，輔助用戶實現高精度定位。此外，通過服務器同時也可以實時查看衛星狀態、存儲靜態數據及監控移動站作業情況。

2 單基站CORS下單雙系統定位效果實驗方案設計

2.1 與已知點比較法

與已知點比較法是CORS系統通過實時定位得到的結果進行精度評定最常用的一種方法。在CORS系統所能覆蓋區域內選擇有代表性的、環境因素有一定差異的檢測點。通過實際的需要，運用靜態測量得到各個檢測點的測量值，在采用第三方軟件解算出各點較為準確的坐標，以作為檢測點坐標真值。將移動RTK接收機架設在已知檢測點上分別采用單系統（GPS）和雙系統（GPS/GLONASS）實時定位的功能進行測量并作記錄，要注意的是RTK的架設一定要嚴格對中且在一個已知點上必須完成不同系統下的測量才能轉到另一個檢測點，最終對實時定位結果進行統計分析，得到檢測點上實時定位的內、外符合精度。

2.2 反算基線長比較法

反算基線長法主要是在選定的三個點（A、B、C）上先使用GPS的靜態測量模式，再在不移動儀器的條件下，改用單、雙系統進行實時的動態測量，得到相關數據后，對靜態測量的數據使用第三方軟件解算出三個點兩兩之間的基線長作為基準，在對不同系統下運動兩點間公式進行求解，最終將得到的數據與靜態測量的數據進行比較就得到表2的結果。

2.3 動態同步觀測比較法

動態同步觀測法主要是對相距不遠的、已知坐標的A，B兩點進行同步觀測。具體的是在A點架設GPS接收機使用單系統工作環境，在B點架設GPS接收機使用雙系統的工作環境進行同步觀測2h并記錄下，然后對實時定位結果進行統計分析，得到A，B兩點的測量中誤差以及分別在x，y方向的波動統計圖表。這樣就可以做到盡可能的排除環境因素（衛星分布、數量）等的影響。

2.4 動態軌跡比較法

動態軌跡法基本思想是將RTK接收機沿著固定方向的、有規則的軌跡以一定的速度進行測量，比較RTK定位獲得的軌跡與實際軌跡之間的偏離值，以此來衡量用戶定位精度。動態軌跡法的一種常用方法如圖2所示。

選擇一個規則的矩形軌跡，將不同系統下的兩臺RTK接收機調節到自動測量模式，后讓不同系統的接收機并排的從A出發沿著A-B-C-D的順序運動，在角點A，B，C，D做短暫的停留并記下各自在測量任務中的點號，這樣不僅能檢驗RTK接收機的運動軌跡偏差，而且還檢驗在特征點（A，B，C，D）的定位精度，結合兩者可以反映RTK接收機在CORS系統下的動態定位偏差。

由于網絡RTK定位測量存在誤差，測出的運動點的位置可能會偏離直線，可以認為網絡RTK定位點到直線的距離越大，表示精度越差。

由圖3可以很明顯的看出單系統的波動性要大于雙系統的波動性，也就是說雙系統比較穩定，同樣在表4中的數據也是說明了這一點，單系統的方差值為1307.12×10-5 而雙系統的方差值為800.738×10-5。雙系統的方差較小，所以波動性較小，也就是較單系統的定位穩定性好。

由以上4個實驗結果的分析可以看出，總體來說，雙系統的定位精度較高，定位穩定性更好，可靠性更高。

3 結語

基于單基站CORS，設計構造了單系統（GPS）與雙系統（GPS/GLONASS）定位效果的比較方案，通過與已知點比較法、反算基線長比較法、動態同步觀測比較法和動態規格幾何軌跡4種不同的方案進行數據采集、數據處理和數據分析，實驗表明在單基站CORS下，雙系統的定位的精度、穩定性要優于單系統。

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