选择最佳的观测时间提高GPS观测精度
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摘要:GPS测量工作量与经典大地测量工作相似,按其性质分为外业和内业两大部分。文章论述了通过对GPS仪器的试验,充分利用GPS随机软件,有计划地安排工作时间。在今后的生产工作中,可以选择最佳观测时间段,提高测量精度,确保成果质量,可采取不同的作业模式,满足的测量精度要求。
关键词:GPS;最佳观测时间;观测精度;高程精度因子
中图分类号:P228文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0026-03
GPS测量工作量与经典大地测量工作相似,按其性质分为外业和内业两大部分。其中:外业工作主要包括选点(即观测址的选择)、建立观测标志、野外观测标志、野外观测作业以及成果质量检核等;内业工作主要包括GPS测量的技术设计、测后数据处理以及总结报告等。如果按照GPS测量实施的工作程序,则大体可分为这样几个阶段:技术设计;选点与建立标志;外业观测;成果检核与处理。
在GPS控制网实施过程中,除内业进行必要的技术设计、数据处理等工作外。在外业工作中,外业观测工作是GPS测量的最主要工作之一,也是完成观测任务、保障观测成果的准确性,提高效率的关键性工作,外业观测时段的选择,将直接影响GPS控制网的精度。虽然目前购买的GPS都是双频机,但对于早期使用的单频,有的单位还在使用。现就我院早期三台套SOKKIA GSS1A型单频GPS在实际工作中的实施情况介绍如下:
一、GPS卫星的可见性预报及观测时段的选择
GPS卫星的几何分布状况,对观测精度有着直接的影响,所以,为了选择最佳的观测时段,拟定观测计划,应首先编制GPS卫星可见性分布图。图1为在当时情况下所做的预测图,在高度角大于15°的限制下,AM8:00~PM6:00的该地区上空GPS卫星通过情况。
由图1可看出该地区在任何时候均有四颗卫星在上空通过,首先满足了卫星观测的基本要求(最少四颗),但是在GPS观测过程中决定观测精度的好坏主要取决卫星的几何分布情况,也就是卫星的精度因子(PDOP、GDOP),也就是说GPS绝对定位的误差与精度因子(DOP)的大小成正比。
在DOP的评价过程中常有采用不同的精度评价模型和相应的精度因子,通常有:
二、 卫星分布的几何图形对精度因子的影响
从图2中可看出,GDOP值在上午9:40~10:00期间有峰值,我们为了证实预测结果,在上午9:30~10:30进行外业数据采集,并同时观察了卫星出现的个数的GDOP值,发现卫星数量并不少于4颗,但是GDOP值却非常大。这时的卫星均在该地区上空,分析原因可能是这时的卫星高度角都很大(或都很小),以致于所测卫星都集中在一个较小的范围内,因而高程解和接收机钟差解(观测方向上的等效距离)之间的相关性很强,致使两者都难以准确地确定。在上午9:50~9:55之间采集的GPS数据Lal(卫星天线的纬度)Lon(卫星天线的经度)以及Alt(天线高)变化非常大,GDOP值最大时达到100左右(只持续几分钟)。
既然精度因子的数值与所测卫星的几何分布图形有关,那么何种分布图比较适宜,自然是人们所关心的问题。
假设由观测站与4颗卫星所构成的六面体体积为V,则通过分析表明,精度因子GDOP与六面体体积V的倒数值成正比,即
所测卫星空间分布越大,六面体的体积越大,GDOP值越小;反之,卫星分布范围越小,GDOP值越大。
例如:我们在同一地区A、B两个网进行观测试验,其中A组为除了GDOP值有极限时不进行观测外其余时间都正常作业。B组为选择GDOP值最佳的状态下所进行的观测。结果见表1:
在上述两组观测中,从表中可看出该GPS仪器的内部符合精度较好,两次观测的精度基本一致,但A、B两组的最后结果相差较大,边长的相对精度相差近三倍。A组观测结果经平差后,单位权中误差为3.77(s/cm);B组观测结果,经平差后单位权中误差为1.67(s/cm)。
三、结语
由于受大气折射的影响,所测卫星的高度往往就要受到限制,所测卫星的高度角不能过低。理论上讲,当由测站至4颗卫星的观测方向中,任意两个方向的夹角接近于109.5°时,其六面体的体积接近最大。这时的卫星高度角不能满足大于15°的观测要求。所以,一般情况下应采用下述条件,当一颗卫星处于天顶,而其余3颗卫星相距约120°时,所构成的六面体接近最大。
在实际工作中,应根据不同的精度要求,采取不同的作业方式。B组的观测精度虽然有所提高,但作业的时间段太少,对工期要求紧、精度要求不是很高的工程一般不宜采用。
参考文献
[1]周忠谟,易杰军.gps卫星测量原理与应用[M].北京:测绘出版社,1992.
作者简介:蔡连举(1961-),辽宁丹东人,辽宁省有色地质局103队高级工程师,研究方向:工程测量及GPS施工管理。