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精密單點定位（Precise Point Positioning, PPP）技術(shù)由美國噴氣推進(jìn)實驗室( JPL ) 的Zumberge 于1997年提出。20世紀(jì)90年代末,由于全球GPS跟蹤站的數(shù)量急劇上升,全球GPS數(shù)據(jù)處理工作量不斷增加,計算時間呈指數(shù)上升。為了解決這個問題,作為國際GPS服務(wù)組( IGS)的一個數(shù)據(jù)分析中心, JPL提出了這一方法,用于非核心GPS站的數(shù)據(jù)處理。該技術(shù)的思路非常簡單,在GPS定位中,主要的誤差來源于三類,即軌道誤差、衛(wèi)星鐘差和電離層延時。如果采用雙頻接收機,可以利用LC相位組合,消除電離層延時的影響。如果選擇地心地固系表示衛(wèi)星軌道,計算的參考框架同為地心地固系,可以消去觀測方程中的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)。于是,只要給定衛(wèi)星的軌道和精密鐘差,采用精密的觀測模型,就能像偽距一樣,單站計算出接收機的精確位置、鐘差、模糊度以及對流層延時參數(shù)。精密單點定位技術(shù)是利用單臺GNSS接收機進(jìn)行高精度定位的一種方式。
實時精密單點定位技術(shù)，是利用實時精密衛(wèi)星軌道參數(shù)和實時精密衛(wèi)星鐘差，處理單臺接收機經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理的非差相位數(shù)據(jù)，得到分米級精度的定位結(jié)果，其技術(shù)實現(xiàn)分如下幾個步驟：
1）利用IGS提供的預(yù)報星歷與IGS準(zhǔn)實時跟蹤站數(shù)據(jù)進(jìn)行衛(wèi)星軌道精化，得到實時的精度優(yōu)于20cm的高可靠性的衛(wèi)星軌道。
2）區(qū)域GPS基準(zhǔn)站實時數(shù)據(jù)采集、傳輸。通過采用有效的GPS實時數(shù)據(jù)壓縮方法與格式、數(shù)據(jù)加密方法、數(shù)據(jù)傳輸格式和標(biāo)準(zhǔn)及基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的質(zhì)量監(jiān)測與數(shù)據(jù)預(yù)處理，為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供安全可靠的實時數(shù)據(jù)流，供實時估計衛(wèi)星鐘差使用。經(jīng)過預(yù)處理后，得到干凈的實時數(shù)據(jù)流，其載波相位觀測值量測精度達(dá)到毫米級。
3）利用實時軌道和實時區(qū)域站數(shù)據(jù)估計精密衛(wèi)星鐘差，精度優(yōu)于0.5ns。
4）利用實時精密軌道和精密衛(wèi)星鐘差，及用戶實時采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行動態(tài)定位，平面相對精度優(yōu)于10cm，高程相對精度優(yōu)于20cm。
因為是僅僅利用一臺接收機進(jìn)行作業(yè)，就沒有了差分定位中建設(shè)基準(zhǔn)站的要求，在進(jìn)行大范圍作業(yè)的時候具有非常大的優(yōu)勢。精度能滿足地質(zhì)信息實時數(shù)據(jù)采集的需求，因此，基于精密單點定位技術(shù)建立起的實時定位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在快速、大范圍的地質(zhì)信息采集上同樣可以發(fā)揮出巨大的作用。
精密單點定位與差分GPS定位不同，精密單點定位是利用國際GPS服務(wù)機構(gòu)IGS提供的或自己計算的GPS精密星歷和精密鐘差文件，以無電離層影響的載波相位和偽距組合觀測值為觀測資料，對測站的位置、接收機鐘差、對流層天頂延遲以及組合后的相位模糊度等參數(shù)進(jìn)行估計。用戶通過一臺含雙頻雙碼GPS接收機就可以實現(xiàn)在數(shù)千平方公里乃至全球范圍內(nèi)的高精度定位。它的特點在于各站的解算相互獨立，計算量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一般的相對定位。PPP與雙差定位的主要區(qū)別在于，雙差定位時部分參數(shù)和誤差項通過站間和星間求差得以消除，而PPP必須采用精細(xì)的模型加以改正和用輔助參數(shù)進(jìn)行估計，比如衛(wèi)星天線相位中心偏差改正、固體潮改正、海洋負(fù)荷改正等。
目前，國內(nèi)外都對精密單點定位作了大量研究，武漢大學(xué)經(jīng)過數(shù)年對精密單點定位理論與方法的深入研究，在國內(nèi)率先成功研制了高精度的PPP數(shù)據(jù)處理軟件TriP。利用PPP進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)處理，需在數(shù)據(jù)采集兩周后進(jìn)行，即需要在IGS網(wǎng)站上下載精密星歷數(shù)據(jù)后，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。通過精密單點定位方法解算的GPS天線相位中心動態(tài)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，剔除系統(tǒng)誤差后可以達(dá)到同差分方法結(jié)果相當(dāng)?shù)木取?/FONT>
根據(jù)PPP技術(shù)的要求,定位中需要系統(tǒng)提供衛(wèi)星的精密軌道和鐘差。目前,國際GPS服務(wù)組織( IGS)的幾個數(shù)據(jù)分析中心具備這個能力提供衛(wèi)星的精密軌道和鐘差,但是,這些都是后處理結(jié)果。根據(jù)IGS的產(chǎn)品報告, IGS提供的衛(wèi)星軌道精度能夠達(dá)到2～3cm,衛(wèi)星鐘差的精度優(yōu)于0. 02ns,這種精度的衛(wèi)星鐘差和軌道,能夠滿足任何精度的定位要求。近10年,由于IGS的努力, GPS衛(wèi)星預(yù)報軌道的精度已經(jīng)達(dá)到十幾厘米,預(yù)報軌道的時間也由24h預(yù)報縮短到3h預(yù)報,衛(wèi)星軌道的精度已經(jīng)能夠滿足一般定位的要求。由于IGS現(xiàn)在不能提供實時和外推的精密衛(wèi)星鐘差,制約了實時PPP技術(shù)的應(yīng)用;精密的衛(wèi)星鐘差仍然是PPP技術(shù)實時應(yīng)用瓶頸,目前IGS只有后處理衛(wèi)星鐘差, JPL和GFZ已經(jīng)有能力提供快速衛(wèi)星鐘差。
實時PPP網(wǎng)絡(luò)---StarFire
StarFire 是一個全球GPS差分網(wǎng)絡(luò)，能為世界上任何位置的用戶提供可靠的，史無前例的分米級定位精度。由于廣域差分GPS修正系統(tǒng)通過Inmarsat地球同步通信衛(wèi)星作為通信鏈路，所以用戶不用搭建本地參考站或數(shù)據(jù)后處理，就可獲得很高的精度。此外，由于采用覆蓋全球的地球同步衛(wèi)星作為差分通信鏈路，則可以在地球表面從北緯75°到南緯75°都可獲得相同的精度。
StarFire系統(tǒng)由GPS衛(wèi)星星座，L波段通信衛(wèi)星，和一個分布在世界各地的參考站網(wǎng)絡(luò)組成，并由該系統(tǒng)提供實時的高精度定位信息。為提供這一獨特定位服務(wù)，StarFire搭建了一個全球雙頻參考站網(wǎng)絡(luò)，這些參考站不斷地接收來自GPS衛(wèi)星信號。參考站接收的信號被傳送到分別位于California，Torrance和位于Illinois，Moline的網(wǎng)絡(luò)處理中心，并在這兩處生成差分改正信息。上述兩處網(wǎng)絡(luò)處理中心的差分信息，通過獨立的通信鏈路，被傳送到衛(wèi)星上行鏈路站。這些站分別位于加拿大的Laurentides，英格蘭的Goonhilly和新西蘭的Aucklang。在這些衛(wèi)信上行鏈路站，修正信號被上傳給地球同步通信衛(wèi)星。
StarFireTM 系統(tǒng)之所以方便地實現(xiàn)高精度定位，關(guān)鍵在于GPS修正源。GPS衛(wèi)星在兩個L波段上傳輸導(dǎo)航數(shù)據(jù)。各個參考站都裝有測量級的雙頻接收機。這些參考站的接收機解碼GPS信號并將高質(zhì)量的雙頻偽距和載波相位測量數(shù)據(jù)，連同所有GPS衛(wèi)星都廣播的數(shù)據(jù)信息，發(fā)送回網(wǎng)絡(luò)處理中心。在網(wǎng)絡(luò)處理中心，利用NavCom的專有差分處理技術(shù)，生成實時GPS衛(wèi)星星座的精密軌道信息和星種改正數(shù)據(jù)。該專有廣域DGPS算法，優(yōu)化了雙頻系統(tǒng)。在雙頻系統(tǒng)中，參考站接收機和用戶接收機都能使用雙頻電離層測量數(shù)據(jù)。正因為在參考站和用戶端都使用雙頻接收機，連同先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法，才使系統(tǒng)實現(xiàn)高精度成為可能。計算出改正數(shù)據(jù)只是第一步。而后需要將網(wǎng)絡(luò)處理中心的差分改正數(shù)據(jù)傳送致陸地地球站（LES），以便在那里將數(shù)據(jù)上傳給L波段通信衛(wèi)星。上行站裝配有NavCom的調(diào)制設(shè)備，該調(diào)制設(shè)備作為衛(wèi)星發(fā)射器的接口，將改正數(shù)據(jù)流上傳給通信衛(wèi)星，并由通信衛(wèi)星廣播給覆蓋地區(qū)。每個L波段衛(wèi)星覆蓋地球面積，都超過三分之一。
用戶的C-Nav精確GPS接收機，事實上有兩個接收機，一個GPS接收機和一個L波段通信接收機，兩接收機都是由NavCom為該系統(tǒng)設(shè)計的。系統(tǒng)中，GPS接收機跟蹤所有的在視衛(wèi)星，并計算偽距測量數(shù)據(jù)。與此同時，L波段接收機接收由L波段通信衛(wèi)信播發(fā)的改正信息。將改正信息應(yīng)用于GPS測量數(shù)據(jù)，就生成了精確的定位測量。
（轉(zhuǎn)載）
