摘 要：首先介绍了GPS精密单点定位技术的工作原理，并与RTK技术进行了比较，随后分析了GPS精密单点定位测量的误差源及误差改正。最后对GPS精密单点定位技术在测量过程中的精度进行了简要的分析。
关键词：GP精密单点定位；误差改正；精度分析
1 概述
随着计算机、无线通信、网络等技术的发展，当今的卫星定位技术正向着实时、高精度、高可靠性的方向发展，网络化、集中式的数据服务是这些技术的典型特征。传统GPS单点定位的精度仅仅能达到10m左右，很难满足高精度导航定位的要求。精密单点定位是利用高精度的GPS卫星星历、卫星钟差以及单台接收机的双频载波相位观测值进行定位。由于PPP仅利用单台接收机即可在全球范围内进行静态或动态高精度定位，并且能直接得到高精度的ITRF框架坐标，真正实现了全球高精度无缝观测。因此它在高精度工程测量和动态高精度的导航与定位等方面都具有不可限量的应用前景。
2 精密单点定位技术简介
精密单点定位（Precise Point Positioning,简称PPP）技术是由美国喷气推进实验室（JPL）的Zumberge于1997年提出。该技术的思路非常简单，在GPS定位中，主要误差来源于三类，即轨道误差、卫星钟差和电离层延时。如果采用双频接收机，可以利用LC相位组合，消除电离层延时的影响。如果选择地心地固系表示卫星轨道，计算的参考框架同为地心地固系，可以消除去观测方程中的地球自转参数。于是，只要给定卫星的轨道和精密钟差，采用精密的观测模型，就能像伪距一样，单站计算出接收机的精确位置、钟差、模糊度以及对流层延迟参数。
精密单点定位是利用高精度的GPS卫星星历和卫星钟差以及双频载波相位观测值 采用非差模型进行高精度单点定位的方法精密单点定位的解算过程如下：到IGS官方网站下载精密卫星星历和卫星钟差输入精密卫星星历和卫星钟差然后利用非差相位观测值解算测站的位置参数同时解算非差整周模糊度、接收机钟差及对流层延迟等参数,然后进行一系列的解算。
3 精密单点定位技术与RTK比较
精密单点定位采用非差观测值模型，可用观测值多，保留了所有观测信息，能直接得到观测坐标。不同测站的观测值不相关，显然误差也不相关，测站与测站之间的距离无限制。
其不利之处是未知参数多，无法采用站间差分或星间差分的方法消除误差影响，必须利用完善的改正模型加以改正。整周未知参数不具有整数特性。
RTK采用双差模型观测模型，其重要优点是消除卫星钟差、接受机钟差的影响。对于短基线情况，可以进一步消除电离层和对流层延迟的影响，整周未知数具有整数特性。缺点是观测值减少且相关，必须至少在一个已知站上进行同步观测才能求解测站坐标。
4 精密单点定位技术的误差改正
有别于双差定位模式，非差观测模型是描述非差观测值与其它物理影响因素的函数关系，因此需要精确估计3类误差源的影响：①与测站相关；②与卫星相关；③与信号传播路径相关。
4.1 与测站相关的误差改正
4.1.1 接收机钟差。以接收机钟差及其变化量作为待定参数，并认为各历元之间是相互独立的，看成一种白噪声，和测站位置、速度一起进行估计计算。
4.1.2 地球固体潮改正。地球固体潮改正由和纬度相关的长期项与周期项组成。PPP利用单天解消除周期性误差后的残差影响在水平方向可达5cm，在垂直方向可达12cm，还需利用模型加以改正。
4.1.3 海洋潮汐改正。当测站离海岸线大于1000km时，其影响可忽略不计；对单历元解的影响可达5cm。
4.2 与卫星相关的误差改正
4.2.1 卫星钟差改正。可在非差相位精密单点定位基准站上利用相对卫星钟差，基准站数据分析中心将所计算的1s更新率的精密相对卫星钟差传输给用户，用户利用这些数据，计算的定位结果可以满足精度要求。
4.2.2 卫星轨道误差。基准站数据分析中心根据IGS实时预报精密星历的轨道误差有25-40cm，可以满足实时PPP的0.5m以内的定位精度要求，而事后精密星历的精度更可以达到3-5cm。
4.2.3 相对论效应。由于卫星和接收机所在位置的地球引力位及在惯性空间中的运动速度不同，将导致卫星钟频率产生视漂移。因此，在GPS卫星发射前，有意将卫星钟基准频率降低0.00455Hz来解决频率偏差，对于非常数部分，则采用数学模型改正。
4.3 与信号传播路径相关的误差改正
4.3.1 对流层延迟。Niell模型是高精度GPS定位中广泛采用的投影函数。PPP单点定位采用Niell模型改正后，一般仍会有数cm的残差，因此还需要一阶高斯马尔可夫过程等方法来进行模拟。
4.3.2 电离层延迟改正。对于双频码相位接收机来说，通常利用双频观测值的组合消除电离层影响项。
4.3.3 多路径效应。消除此项误差的措施主要有：选择测站位置时注意避开信号反射物；接收机天线配备抑径板或抑径圈。
5 精密单点定位技术的精度分析
5.1 在定位过程中需同时采用相位和伪距观测值
5.2 需使用精密卫星星历和精密卫星钟差等重要数据。目前静态或事后处理的动态用户已经可以无偿从IGS JPL等网站上获取 事后精密卫星星历的精度已优于5cm,精密卫星钟差的精度已达0.1ns。
5.3 在解算模型中需考虑固体潮、大洋负荷、卫星天线相位偏差等误差的精确改正模型。
5.4 精密单点定位无法固定整周模糊度，并且其定位质量依赖于的非差观测数据的质量。因此，非差观测数据的处理显得尤为关键。
P3解算软件是精密单点定位解算软件，P3解算软件可以进行静态或动态解算。有两种处理模式供选择，SPP(只使用码测量)和PPP(主要运用相位测量)。
对于对流层和电离层延迟，P3软件利用模型和随机参数估计共同改正对流层延迟误差，使用Hopfield模型和Niell函数改正对流层延迟误差，将模型改正后的对流层延迟残差作为一个参数，使用随机游走法进行估计；使用双频非差载波相位观测值消除电离层延迟误差，提出了一种新的消除电离层延迟的方法[3]。
根据一系列的对比试验，可以得到以下结论：IGS提供的快速星历钟差产品和最终星历钟差产品均能满足精密单点定位要求，使用快速产品或最终产品对静态精密单点定位精度几乎没有影响，两者精度一致。
卫星钟差改正采样间隔是影响静态精密单点定位收敛时间的重要因素，使用JPL提供的30S采样间隔的卫星钟差改正可以显著加快三维坐标的收敛速度，改善定位精度。
星况良好时，使用P3软件解算单台接收机静态定位结果时，在三维坐标方向均可达到cm级精度。使用P3软件解算单台接收机静态定位结果时，三维坐标方向上的收敛速度有所不同。
结论
借助IGS的精密星历和卫星钟差信息，PPP精密单点定位在定位精度上要优于传统单点定位几十倍，甚至几百倍；与差分GPS比较而言，便于质量控制、节省作业开支、不受距离限制。由此可知，GPS精密单点定位具有广阔的应用前景，利用单台双频GPS接收机在全球范围内进行静态或动态作业，可直接得到高精度的ITRF框架坐标，在区域高精度坐标框架的维持、海洋战略的实施、区域或全球性的科学考察、高精度动态导航及低轨卫星的定轨等方面都具有不可估量的应用前景。
参考文献
[1]叶世榕.GPS非差相位精密单点定位理论与实现[D].武汉大学博士学位论文，2002.
[2]韩保民，欧吉坤.基于GPS非差观测值进行精密单点定位研究[J].武汉大学学报.信息科学版，2003,28（4）：409-412.
关键词：GP精密单点定位；误差改正；精度分析
1 概述
随着计算机、无线通信、网络等技术的发展，当今的卫星定位技术正向着实时、高精度、高可靠性的方向发展，网络化、集中式的数据服务是这些技术的典型特征。传统GPS单点定位的精度仅仅能达到10m左右，很难满足高精度导航定位的要求。精密单点定位是利用高精度的GPS卫星星历、卫星钟差以及单台接收机的双频载波相位观测值进行定位。由于PPP仅利用单台接收机即可在全球范围内进行静态或动态高精度定位，并且能直接得到高精度的ITRF框架坐标，真正实现了全球高精度无缝观测。因此它在高精度工程测量和动态高精度的导航与定位等方面都具有不可限量的应用前景。
2 精密单点定位技术简介
精密单点定位（Precise Point Positioning,简称PPP）技术是由美国喷气推进实验室（JPL）的Zumberge于1997年提出。该技术的思路非常简单，在GPS定位中，主要误差来源于三类，即轨道误差、卫星钟差和电离层延时。如果采用双频接收机，可以利用LC相位组合，消除电离层延时的影响。如果选择地心地固系表示卫星轨道，计算的参考框架同为地心地固系，可以消除去观测方程中的地球自转参数。于是，只要给定卫星的轨道和精密钟差，采用精密的观测模型，就能像伪距一样，单站计算出接收机的精确位置、钟差、模糊度以及对流层延迟参数。
精密单点定位是利用高精度的GPS卫星星历和卫星钟差以及双频载波相位观测值 采用非差模型进行高精度单点定位的方法精密单点定位的解算过程如下：到IGS官方网站下载精密卫星星历和卫星钟差输入精密卫星星历和卫星钟差然后利用非差相位观测值解算测站的位置参数同时解算非差整周模糊度、接收机钟差及对流层延迟等参数,然后进行一系列的解算。
3 精密单点定位技术与RTK比较
精密单点定位采用非差观测值模型，可用观测值多，保留了所有观测信息，能直接得到观测坐标。不同测站的观测值不相关，显然误差也不相关，测站与测站之间的距离无限制。
其不利之处是未知参数多，无法采用站间差分或星间差分的方法消除误差影响，必须利用完善的改正模型加以改正。整周未知参数不具有整数特性。
RTK采用双差模型观测模型，其重要优点是消除卫星钟差、接受机钟差的影响。对于短基线情况，可以进一步消除电离层和对流层延迟的影响，整周未知数具有整数特性。缺点是观测值减少且相关，必须至少在一个已知站上进行同步观测才能求解测站坐标。
4 精密单点定位技术的误差改正
有别于双差定位模式，非差观测模型是描述非差观测值与其它物理影响因素的函数关系，因此需要精确估计3类误差源的影响：①与测站相关；②与卫星相关；③与信号传播路径相关。
4.1 与测站相关的误差改正
4.1.1 接收机钟差。以接收机钟差及其变化量作为待定参数，并认为各历元之间是相互独立的，看成一种白噪声，和测站位置、速度一起进行估计计算。
4.1.2 地球固体潮改正。地球固体潮改正由和纬度相关的长期项与周期项组成。PPP利用单天解消除周期性误差后的残差影响在水平方向可达5cm，在垂直方向可达12cm，还需利用模型加以改正。
4.1.3 海洋潮汐改正。当测站离海岸线大于1000km时，其影响可忽略不计；对单历元解的影响可达5cm。
4.2 与卫星相关的误差改正
4.2.1 卫星钟差改正。可在非差相位精密单点定位基准站上利用相对卫星钟差，基准站数据分析中心将所计算的1s更新率的精密相对卫星钟差传输给用户，用户利用这些数据，计算的定位结果可以满足精度要求。
4.2.2 卫星轨道误差。基准站数据分析中心根据IGS实时预报精密星历的轨道误差有25-40cm，可以满足实时PPP的0.5m以内的定位精度要求，而事后精密星历的精度更可以达到3-5cm。
4.2.3 相对论效应。由于卫星和接收机所在位置的地球引力位及在惯性空间中的运动速度不同，将导致卫星钟频率产生视漂移。因此，在GPS卫星发射前，有意将卫星钟基准频率降低0.00455Hz来解决频率偏差，对于非常数部分，则采用数学模型改正。
4.3 与信号传播路径相关的误差改正
4.3.1 对流层延迟。Niell模型是高精度GPS定位中广泛采用的投影函数。PPP单点定位采用Niell模型改正后，一般仍会有数cm的残差，因此还需要一阶高斯马尔可夫过程等方法来进行模拟。
4.3.2 电离层延迟改正。对于双频码相位接收机来说，通常利用双频观测值的组合消除电离层影响项。
4.3.3 多路径效应。消除此项误差的措施主要有：选择测站位置时注意避开信号反射物；接收机天线配备抑径板或抑径圈。
5 精密单点定位技术的精度分析
5.1 在定位过程中需同时采用相位和伪距观测值
5.2 需使用精密卫星星历和精密卫星钟差等重要数据。目前静态或事后处理的动态用户已经可以无偿从IGS JPL等网站上获取 事后精密卫星星历的精度已优于5cm,精密卫星钟差的精度已达0.1ns。
5.3 在解算模型中需考虑固体潮、大洋负荷、卫星天线相位偏差等误差的精确改正模型。
5.4 精密单点定位无法固定整周模糊度，并且其定位质量依赖于的非差观测数据的质量。因此，非差观测数据的处理显得尤为关键。
P3解算软件是精密单点定位解算软件，P3解算软件可以进行静态或动态解算。有两种处理模式供选择，SPP(只使用码测量)和PPP(主要运用相位测量)。
对于对流层和电离层延迟，P3软件利用模型和随机参数估计共同改正对流层延迟误差，使用Hopfield模型和Niell函数改正对流层延迟误差，将模型改正后的对流层延迟残差作为一个参数，使用随机游走法进行估计；使用双频非差载波相位观测值消除电离层延迟误差，提出了一种新的消除电离层延迟的方法[3]。
根据一系列的对比试验，可以得到以下结论：IGS提供的快速星历钟差产品和最终星历钟差产品均能满足精密单点定位要求，使用快速产品或最终产品对静态精密单点定位精度几乎没有影响，两者精度一致。
卫星钟差改正采样间隔是影响静态精密单点定位收敛时间的重要因素，使用JPL提供的30S采样间隔的卫星钟差改正可以显著加快三维坐标的收敛速度，改善定位精度。
星况良好时，使用P3软件解算单台接收机静态定位结果时，在三维坐标方向均可达到cm级精度。使用P3软件解算单台接收机静态定位结果时，三维坐标方向上的收敛速度有所不同。
结论
借助IGS的精密星历和卫星钟差信息，PPP精密单点定位在定位精度上要优于传统单点定位几十倍，甚至几百倍；与差分GPS比较而言，便于质量控制、节省作业开支、不受距离限制。由此可知，GPS精密单点定位具有广阔的应用前景，利用单台双频GPS接收机在全球范围内进行静态或动态作业，可直接得到高精度的ITRF框架坐标，在区域高精度坐标框架的维持、海洋战略的实施、区域或全球性的科学考察、高精度动态导航及低轨卫星的定轨等方面都具有不可估量的应用前景。
参考文献
[1]叶世榕.GPS非差相位精密单点定位理论与实现[D].武汉大学博士学位论文，2002.
[2]韩保民，欧吉坤.基于GPS非差观测值进行精密单点定位研究[J].武汉大学学报.信息科学版，2003,28（4）：409-412.
