開源精密單點定位軟件gLAB定位精度分析

田英國 ，郝金明 ，謝建濤 ，張力洋 ，薄軍偉

(1．信息工程大學導航與空天目標工程學院，河南 鄭州 450001；2．66191部隊，河北 張家口 076250；3．61234部隊，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引 言

精密單點定位技術(PPP)最早由美國噴氣動力實驗室(JPL)的Zumberge(1997)等人提出，并在GIPSY 軟件中得以實現[1]。目前該技術已被廣泛應用于GNSS高精度測量、導航、定位、精密授時以及大氣延遲計算等領域。與聯合多測站觀測數據實施網平差相比，PPP能夠在保證解算精度的同時，方便用戶實施且能有效減少用戶的計算負擔。用戶通過一臺雙頻雙碼GPS接收機就可以實現在數千平方公里乃至全球范圍內的高精度定位。

國內外的相關科研機構和高校的眾多學者對PPP技術展開了廣泛、深入、細致的研究，并先后在PPP技術的理論模型、算法、軟件等方面取得了豐富的科研成果。國際上部分高校或科研機構提供公開的源碼和在線計算服務，例如，gLAB、GPSTK、 RTKLIB等軟件都具有公開的源碼，精密單點定位軟件中心(PPPSC)則提供PPP在線計算服務[2-3]。

gLAB是一款具有公開源碼、界面友好的GNSS數據處理軟件包，由西班牙加泰羅尼亞科技大學的天文與測量研究組共同開發。gLAB當前的2.0版本只能處理GPS數據，但計劃在后續的版本中兼容Galileo、GLONASS、EGNOS等系統的數據[4]。

本文根據實測數據對gLAB精密單點定位軟件的定位精度進行了分析。選取2012年11月30日IGS站POL2觀測數據對gLAB靜態和靜態模擬動態的精密定位結果進行處理，并將結果與IGS網站提供的精密坐標值以及在線PPP計算結果進行了比較，旨在為使用該軟件提供參考。

1 精密單點定位基本模型

在GNSS精密單點定位中, 雙頻GNSS 接收機可同時獲得L1和 L2 載波上的相位和偽距觀測量，其觀測方程[5]可表示如下：

(1)

(2)

GNSS精密單點定位主要模型如表1所示。

在使用gLAB進行精密單點定位的算例中，主要考慮了電離層延遲改正(LC消電離層組合)、對流程延遲改正(Niell模型+估計)、接收機天線相位中心改正(PCO+PCV)、衛星天線相位中心改正(PCO)、相對論效應改正、天線相位纏繞改正、硬件延遲偏差改正和潮汐改正(固體潮改正)等。

表1 文中采用的誤差改正模型要素描述

2 實驗分析

2.1 數據來源

為了比較和分析gLAB軟件在不同運動狀態及機動性條件下精密定位的精度情況，本文分別進行了靜態、靜態模擬動態計算。靜態與靜態模擬動態的數據隨機選取了IGS地面跟蹤站吉爾吉斯斯坦的比什凱克站POL2 采樣率為30 s的單天觀測數據，從IGS分析中心下載了對應時段的事后精密星歷文件(SP3格式)、30 s采樣率的衛星鐘差文件以及相關的輔助信息文件。

在靜態與靜態模擬動態試驗時，由于POL2 站的真實坐標已知(通過IGS網站中的Sinex文件獲得)，比較由gLAB軟件解算得到的結果和真實坐標之間的差異，并將其轉換至N、E、U三個方向來評價。另外，為了排除觀測數據本身質量的影響，還將gLAB軟件解算結果與在線PPP處理軟件APPS、CSRS-PPP和MagicGNSS的結果進行比較分析。

2.2 靜態PPP實驗結果分析

使用gLAB、APPS、CSRS-PPP 、MagicGNSS分別計算POL2觀測站在2012年11月30日靜態定位結果并與其跟蹤站的真實坐標相比較，得到在N、E、U 三個方向上的偏差如圖 1、圖 2及表 2所示(APPS和MagicGNSS靜態解只提供最終解，無中間歷元解)。

圖1 gLAB靜態精密單點定位結果的NEU方向誤差

圖2 CSRS-PPP靜態精密單點定位結果的N、E、U方向誤差

表2靜態精密單點定位結果的N、E、U方向偏差

dE/mdN/mdU/mgLAB0.003 80.006 00.003 2APPS0.002 10.004 2-0.001 1CSRS-PPP0.000 70.001 00.000 2MagicGNSS0.010 60.007 7-0.003 5

從圖 1、圖 2及表 2中可以看出，gLAB、APPS等精密單點定位軟件的單天靜態解在N、E、U 三個方向的精度均在cm到mm級，除MagicGNSS的處理結果在東方向偏差達到1 cm 左右外，其他解算結果所有方向的誤差均優于1 cm.

2.3 動態PPP實驗結果分析

由于處理實測的動態數據難以進行有效的驗證，本文采用動態的解算模式處理靜態的觀測數據實現對gLAB動態PPP精度分析。用gLAB、APPS、CSRS-PPP 、MagicGNSS分別計算POL2觀測站在2012年11 月30日動態定位結果并與其跟蹤站的真實坐標相比較，得到在N、E、U 三個方向上的偏差如圖3、圖4、圖5、圖6及表3所示。

圖3 gLAB動態精密單點定位結果與已知坐標在N、E、U方向的差值

圖4 APPS動態精密單點定位結果與已知坐標在N、E、U方向的差值

圖5 CSRS-PPP動態精密單點定位結果與已知坐標在N、E、U方向的差值

圖6 MagicGNSS動態精密單點定位結果與已知坐標在N、E、U方向的差值

表3動態精密單點定位結果的N、E、U方向偏差/m

dN(95%)dE(95%)dU(95%)gLAB0.078 90.034 40.094 1APPS0.035 30.022 40.133 3CSRS-PPP0.012 70.008 50.015 9MagicGNSS0.055 80.020 30.210 7

從上述圖表可以看出，采用靜態模擬動態解算，gLAB、APPS、CSRS-PPP 、MagicGNSS計算的POL2觀測站在2012年11月30日精密單點定位誤差N、E方向都在10 cm 以內(95%) ；U方向偏差只有APPS和MagicGNSS解算結果大于10 cm，其余解算結果均優于10 cm.

上述動態PPP結果實際上可以作為是一種理想狀態下的動態PPP解算。實際情況中，載體的運動相對復雜，觀測數據的質量相對靜態要低一些，受到周跳、多路徑誤差的影響也比靜態更為嚴重。因此，上述精度是在比較理想的情況下獲得的精度，實際的動態定位精度可能要稍低于上述定位精度。

3 結束語

利用實測數據驗證了gLAB軟件計算靜態和動態精密單點定位的穩定性及可靠性。實驗結果表明，開源gLAB精密單點定位軟件靜態精密單點定位解算結果可達到cm至mm級(95%)，動態精密單點定位結果可達到dm至cm級(95%)，并且動態精密單點定位結果穩定可靠。

[1] ZUMBERGE, J F Automated GPS data analysis service[J]. GPS Solutions, 1999,2(3): 76.

[2] NATURAL RESOURCES CANADA, On-line Precise Point Positioning how to use document [R]. Canada Centre for Remote Sensing Geodetic Survey, 2004.

[3] RODRIGO F. LEANDRO, MARCELO C.etal. GAPS: The GPS analysis and positioning software-a brief overview [C]//ION GNSS 20th International Technical Meeting of Satellite Division, 2007:25-28.

[4] RAMOS-BOSCH P. GNSS-Lab tool software user manual [R].Research Group of Astronomy & Geomatics Technology University of Catalonia,2011.

[5] 阮仁桂. GPS非差相位精密單點定位研究[D]. 鄭州:解放軍信息工程大學, 2009.