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1、G P S / G L O N A S S 相位差分的数据处理 高星伟李毓麟葛茂荣 ( 中国测绘科学研究院， 1 0 0 0 3 9 ) ( 请华大学， 1 0 0 0 8 4 ) T HE D AT A P ROCE S S I NG OF GP S / GL ON A S S CARRI E R- P HAS E DI F F E RE NCE G a o X i n g w e i L i Y u li n ( C h i n a A c a d e m e o f S u m e ) ,i n g a n d M a p p in g , 1 0 0 0 3 9 ) G e Ma o
2、ron g ( T s m g h u a U n i v e r s i ty , 1 0 0 0 8 4 A b s t r a c t F o r t h e d i ff e r e n c e s b e t w e e n G P S a n d G L O N A S S o n t h e s y s te m s , th e r e a t e d is t i n c t d iff e r e n c e s in d a ta p r o c e s s in g o f G L O N A S S c a r r i e r - p h a s e fr o m G
3、 P S , th e y h a v e t o b e p r o c e s s e d t h ro u g h s p e c ia l m et h o d . T h e m e t h o d s , m e t h m a t ri c e s a n d t h e o ri e s o f G P S , G L O N A S S a n d G P S / G L O N A S S c a r r i e r - p h a s e d i ft b r e n ic e , d a t a p r o c e s s i n g a r e g i v e n i
4、 n th i s p a p e r . F i n a ll y , t h e r e s n : t s , p r e c i s io n a n d c o n c l u s i o n s o f d o u b le s a t e ll i t e s y s t e m s a re g i v e n 句a c t u a l d a t a p r o c e s s i n g . K e y w o r d s G l o b a l n a v ig a t io n s a te ll i t e s y s te m , G l o b a l n a v
5、 i g a t i o n s a t e l li t e s y s te m , C a r r i e r 币 b a s e d i ff e r e n c e 摘 要由于G L O N A S S 与G P S 在系统上存在差异，致使G L O N A S S 的载波相位差分的数据处理有明显地 不同，必须使用特殊的方法。本文给出了G P S . G L O N A S S及 G P S / G L O N A S S联合相位差分的 数据处理 方法、数学棋型、原理:并对实侧数据进行处理，给出了双T星系统的定位结果、 精度和结论。 关健词G P S G L O N A S S( 载
6、波) 相位差分 一 、引言 全球卫星定位已 成为 现代导 航与定 位的 发展方向 。 随 着美国G P S 卫星的上 天， G P S 的 研究也一天比一天地热起来，到现在为 止，不论是 G P S的理论， 还是 G P S的应用都已 成 熟，因此， 对于其它的全球导航系统来说，不管是单独进行研究， 还是与G P S 构成双卫星 系统一起进行研究，都是很有必要的。 G L O N A S S是由前苏联研制与开发的一种全球导航卫星系统 ( 现由 俄罗斯负贵) ，它与 G P S在系统的构成、定位原理等方面十分相似。系统上的差别主要为时间系统、 坐标系统 及卫星识别方法的不同和卫星发射的导 航定位
7、信息不同。另外，在使用政策上还有明显不 同， G P S 有限制非特许用户使用精度的S A措施，使G P S的实时单点定位精度显著降低， 而G L O N A S S 没有人为的降低精度的 措施，所以G L O N A S S 的单点定位要明显高于G P S 1 t 1 , 尽管如此，但对精度要求较高时，单点定位的方法还是无法满足要求，就要用到差分的方 法。它不但可以消除或削弱G P S的 S A影响， 还可以 消除或削弱卫星钟差、 接收机钟差、 大气延迟及坐标转换等误差，因此， 精度又将进一步提高。关于G P S 的 相位 差分，不论是 数据处理的方法，还是最终的结果、精度，大家都是比较熟悉
8、的，但 G L O N A S S或 G P S / G L O N A S S双卫星系统的数据处理与 G P S的相比有何不同呢?G L O N A S S或 1 2 9 .月，门刁.J月.J，J臼翎月，JI G P S / G L O N A S S 3 卫星系统的 载波相位数据如何处理， 最终的结果及精度又是如何呢? G P S / G L O N A S S 双卫 星系统的相位差分除子 具有 G P S相位差分的优点 外，还有何优点呢? 本文下面 将就G P : 、 G L O N A S S 及 G P S / G L O N A S S伪距差分的邓去 、 数学模型和结果精度 分析，
9、以及各自 的优缺点做一详细论述。 二、理论研究 如上 所述， G P S 的理论己 经很成熟， 一 下 面将主要对G L O N A ! 定位中的 几个关键问 题做一论 述。 1 、时间基准与坐标基准 G P S 采用的时间系统为G P S 时 ( G P S T ) , G L O N A S S 采用的时间系统是G L O N A S S 时 ( G L O N A S S T ) a - - 者采用的时间基准分别为 U T C ( S U )时间基准和U T C ( U S N O )时间 基准，在进行 G P S / G L O N A S S联合数据处理时，必须将二者统一到同一时间系
10、统，具体的 时间转换公式如下:一 G ? S T 二 U T ( + 十 d ig 一 9 ” “ ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” 卜 l-a ) 式 中 嵘示 目 前 U T C 时 间 的 闰 秒 ， d t 为 目 前 两 个 系 统 塑步 偏 差 G L O N A S S T = U T C + 3 小时+ d 1 仁 a - b ) -Z Wr A N ltt , K 7 V 4$ G L O N A SS fff R O A FAR G PS ar f7 , 粼 1a* G PS 91 fa7 0 # 0G L O N A S S W E , T UC 3e, rr
11、N I f - G P S 是 靠 每 颗 卫 星 所 发 射的 伪随 机 噪 声( P R N ) 码示 同 来 识 别不 同 卫 星 的 码分多址( C D M A ) ， 不同的L 星使用不同的P R N码， 但所有卫星 是让不同的卫星用不同的频率向空间发射信号，以此来区分不 多 址 ( F D M A ) , i s 同的卫星使用不同的频率，但使用相同的P 1 频率是相同的 GL ONAS S 林何而鄂1一踱 的卫星，就是所谓的频分 码 。 因为所有的G P S 卫星都 使用相同的频率 ( 或波长) ， 人， = 1 5 7 5 .4 2 M H z 人: = 1 2 2 7 .6 0
12、 MH z 所以在G P S 载波扣位的数据处理时，可以不考虑频率变化的影晰 用不同的颇率 ( 或波长) ，因此在不同卫星间求差时，单差模糊 ;由于G L O N A S S 卫星使 间不能直接求差，形成双 差模糊度，这是 G L O N A S S相位数据处理必须解决的问题。 G L O N A S S频率标称值的计算 1 3 0 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 自司 公式为: r , = s o + K- 颐 ， ， ( 3 ) 式中 率值 .r o =1 6 0 2 .0 M H z ( L , ) 和 1 2 4 6 .0 M H z ( T, ) 鱿 = 0 .5 6 2
13、 5 M H z ( L , ) 和 。 .4 3 7 5 M H z ( 玩) K二 0 ,1 , 2 , . . . . ., 2 4 为 载 频识 别号 ， 具 体 值由G L O N A S S 星 历 提 供， 对于K= 0 时 的 频 ，G L O N A S S 用户是不用的，只当 轨道上增补备份卫星时作检测用。 G L O N A S S的频分多 址技术在理论上是可行的，但在实际应用中 就带来许多不必要的 麻烦，没有G P S的码分多 址成功。 首先，G L O N A S S 卫星占 用了 过多的频率，被迫做卫星 频率的调整，让出部分频率，到2 0 0 5 年以后，该用下列频
14、段: Ll : 1 5 9 8 . 0 6 2 5 - - 1 6 0 4 . 2 5 0 0 MHz L 2 : 1 2 4 2 . 9 3 7 5 - 1 2 4 7 . 7 5 0 0 MH z 其次， G L O N A S S 数据处理麻烦， 只要涉及频率 ( 或波长) 的处理都比G P S的复 杂; 还有 信号 频率的 变化受 外界 条件的影响， 致使G L O N A S S 的 定位 精度稍逊于G P S( 无S A时) 。 3 、卫星位置计 算 卫星定位的实质就是 距离交会，因此在实际应用中，必须知道在某一历元至 少 4颗卫 星的坐标，才能交会出该历元测站的坐标。对于卫星位置
15、的计算，不同的系统使用不同的 方法， 但都是以 卫星 星历的 方式传输给用 户: G P S 星历 给出的 是卫星 轨道的K o p l e r 根数 及 其变化参数， 这样， 每颗 GPs 卫星的三维坐标就变成时间的函数，只要知道所求历元的时 间， 就可以 求出 该 历元卫星的 坐 标; G L O N A S S星 历给出 的 是卫星在 P Z - 9 0坐标系中 给定时 刻的位置和速度及日月引力摄动加速度， G L O N A S S卫星坐标要根据卫星运动方程，用数值 积分方法积出该时 刻周围一些时刻卫星的坐标，然后再用插值法插出 任一时 刻卫星的坐标。 详见参考文献 2 , 4 、 数学模型 为了 消除或消弱尽可能多的误差影响，同时保留 尽可能多的有用信息，在此我们按如 下公式组成线性化的相位双差观测方程， 然后再对双差方程进行处理。 ( 1 ) 原始观测方程: A op , = V m , n , I 5 Y , S a , r + C - 不 一 。 . t ， 一 斌 + r O 十 。 ， ( 4 ) 式中，A 表示载波波长，v为载波相位观测量，c 表示光速，T 表示接收机的钟误 差，t
