基于ADS100数码航空摄影系统航测数据的精密单点定位技术研究

摘 要：本文介绍了精密单点定位的基本原理，提出了用数码航空摄影系统徕卡ADS100航测数据对单点定位技术进行研究，比较了基站差分、CORS站差分与精密单点定位技术处理POS结果的差异，分析了产生差异的一些原因，同时也比较了用这三种方法处理后的POS进行区域网平差的精度。实验表明，在有控制点的情况下，三种方法获得的平差精度基本一致，能满足1：2000正射影像图制作要求；即使在无控的条件下，用精密单点定位处理ADS100初始POS也能满足1：5000正射影像图制作要求。

关键词：精密单点定位；基站；CORS站；差分；ADS100；精度

0 引言

精密单点定位PPP（Precise Point Position）就是所谓的非差相位单点定位。该方法是先用全球IGS（国际GPS地球动力学服务局）站数据计算卫星轨道参数和钟差，再采用单点的双频载波相位和伪距观测值进行非差定位处理。由于IGS精密星历精度可达到厘米级，航空摄影时无需在测区架设地面差分站就可获得0.2～0.4m级的定位精度[1]。

精密单点定位技术在航摄时无需架设地面基站。这对于大范围的航空摄影来说，大大减少了人力、物力和财力的投入，特别是对一些条件艰苦无法架设基站的地区，具有非常重要的意义。近几年来，精密单点定位技术在航空摄影中被大量的实验研究和推广应用。

这里利用国内最先进的数码航空摄影系统徕卡ADS100航测相机对精密单点定位技术在宁远县摄区进行研究，并与基站差分技术、CORS站差分技术进行比较分析，证实精密单点定位技术在ADS100航空摄影测量应用中的可行性。基本思路如图1。

1 精密单点定位基本原理

精密单点定位采用双频载波观测值的组合观测值，设某一历元t观测值误差方程为

式中，为观测误差，j为卫星号，为信号发射时刻的卫星位置到信号接收时刻接收机位置之间的几何距离，为接收机钟差，为对流层延迟影响，为消除了电离层影响的组合观测值的整周未知数，为相应观测历元时消除了卫星钟差、电离层影响的组合观测值，为相应的波长，为多路径和观测噪声误差。

双频接收机可利用LC相位组合消除电离层延时的影响。在进行精密单点定位时，首先要利用伪距测量值确定载波相位观测值的模糊度，再按照已知的卫星轨道、卫星钟差，加入各项误差改正，逐历元进行点位坐标解算。

采用精密单点定位技术，单台双频接收机可以在全球范围内实现高精度单点定位，而无测站间距离的限制。随着星历数据精度的不断提高，其定位精度可达厘米级。

2 ADS100数字航空摄影测量应用研究

2013年12月，利用徕卡ADS100线阵数字航测相机及集成POS系统（IMU/GPS）对宁远县区域获取优于0.2米地面分辨率的航空影像数据。宁远摄区地形起伏较大，为尽量满足高低处的旁向重叠度，旁向重叠度设在35%左右。

POS数据的处理中，采用徕卡的IPAS TC软件系统对定位定姿数据分别进行基站差分处理、CORS差分处理及精密单点定位计算。其中，基站接收频率为0.5s，CORS站接收频率为1s，PPP计算中采用了IGS提供的事后精密星历数据，其卫星轨道PDOP（位置精度强弱度）值比较好，最大不会超过3，精度能够达到2～3cm，卫星间隔30s的钟差精度优于0.1ns，满足精确定位的要求。

3 与差分定位技术比较和分析

基站差分定位技术是利用已有的点位或现测的高精度GPS点为基准站，为流动站提高改正参数；CORS-GPS差分定位技术是利用CORS系统提供的修正信息来确定流动站的精确点位。

用IPAS TC软件对ADS100初始POS数据进行基站差分计算、CORS-GPS差分和PPP计算后，对结果进行了比较。

精密单点定位技术和两差分技术对POS的处理结果存在一定的差异，表现在以下几点：（1）基站和CORS站差分处理结果在三个方向上几乎一样，这是因为，虽然CORS精度比基站精度要高，但是这次实验CORS接收频率为1s，而基站接收频率为0.5s，所以最终得到的pos数据差不多。（2）PPP技术和CORS站处理结果对比，X方向坐标差范围为-0.18～-0.05，Y方向差值范围为0.30～0.55，Z方向为-0.28～0.00。这种差异是因为：①尽管IGS提供的卫星钟差和轨道信息精度已经很高，与卫星有关的误差可以得到改正，但由接收机和信号传播带来的误差对GPS观测数据仍然存在一定的影响，而差分模型中，各种误差大都能被双差过程消除。②由于地球表面板块运动和潮汐影响，参考历元和观测历元的站坐标是有不同的，从中国大陆速度场得知，点向东南方向顺时针运动速度一般为3～5cm/年，从2002年WGS84最近一次更新至今已有十几年的历史，所以点在Y方向上有0.5m的运动是可以理解的，因此精密单点定位技术最终需要控制点将观测坐标归算到参考历元下的坐标系。

在作业区布设20个控制点、10个检查点，利用三种技术对POS数据进行解算处理，再用徕卡的空三软件XPro进行区域网平差，各种情况下的平差结果如表1所示。

从表1可看出，精密单点定位和两差分技术的平差结果主要表现为：①无控制点平差差别最大，特别是Y方向，这与前面解算的POS结果相一致；②利用20个控制点对POS结果进行约束纠正，这三种方法结果精度差不多。所以，利用精密单点定位技术和差分定位技术一样，都可用于GPS辅助摄影测量，在无控制点的情况下，满足1：5000成图比例尺要求；在有控制点情况下，可满足1：2000成图比例尺要求。

4 结论

研究表明，利用ADS100航测数据，无需地面差分站，只需少量地面控制点，利用精密单点定位技术可满足1：2000正射影像图制作要求，节约了生产成本，解决了地形复杂区难以设基站的问题。

GPS精密单点定位技术在高精度动态导航定位及卫星定轨方面有不可限量的应用前景；但由于IGS获取的精密星历存在时间上一般几天的延迟，且用于精密单点定位功能的商用软件不多，所以精密单点定位在生产单位没有得到很好的推广应用。本次实践证明，精密单点定位在数字航空摄影测量中有着重要的意义，减少了外业工作量，节约了生产成本，值得大量推广。

参考文献

[1] 张小红. 动态精密单点定位的精度分析[J]. 全球定位系统，2006（1）：7-11.

[2] 匡翠林. GPS精密单点定位技术在像控测量中的应用[J]. 四川测绘，2006.29（1） ：3-6.

[3] 阮仁桂. GPS双频精密单点定位软件及其精度分析[J]. 测绘科学技术学报，2009.8，26（4）：276-279.

[4] 晏新村. 精密单点定位技术在海洋测量中的应用研究[D]. 郑州信息工程大学，2013.

[5] 张宝成. 基于GPS双频原始观测值的精密单点定位算法及应用[J]. 测绘学报，2010.10，39（5）：478-483.

[6]杨天克.张朝阳.王鑫等. 基于精密单点定位的ADS40数字航空摄影测量应用[J]. 测绘科学技术学报，2010.2，27（1）：39-41.

[7] 邱中军. 精密单点定位及其精度分析[J]. 测绘工程，2011.12，20（6）： 35-37.

[8]刘海川. 深度探讨天津市CORS系统中RTK测量质量控制技术[J]. 科技创新导报，2010，（29）：76-78.

[9] 徐绍栓.张华海.杨志强等. GPS测量原理及应用[M]. 武汉大学出版社，2008，4.

[10] 魏子卿. 2000中国大地坐标系及其与WGS84的比较[J]. 大地测量与地球动力学，2008.10，28（5）：1-5.

推荐访问:单点 精密 技术研究 定位 航空