GNSS精密数据处理关键技术

GNSS的定位精度可以达到分米级甚至厘米级，比传统单点定位高数十倍甚至数百倍，其精密数据处理有以下关键之处：在定位过程中需同时应用相位和伪距观测值;卫星轨道精度必须达到几厘米范围内的精确水平;卫星钟差改正精度需达到亚纳秒量级;需考虑更精确的电离层、对流层、固体潮等误差改正模型。因而精密数据处理就是如何确定非差相位整周模糊度及高精度的卫星轨道、高精度的卫星钟差改正估计及高精度的误差改正模型的过程。

GNSS观测数据先进行清除周跳和相位平滑伪距等数据预处理工作，以得到高质量的非差相位和伪距观测值。这一过程比较有效的周跳探测方法通常是基于双频观测值的，如M―W组合探测法、电离层残差法等。而单频接收机只能接收伪距观测值、单频载波相位及多普勒观测值，因此无法组成M―W组合等。目前主要应用高次差法、多项式拟合法、多普勒法、小波变换法和卡尔曼滤波法等方法进行单频相位观测值周跳的探测与修复。

利用IGS等组织提供的精密星历、精密卫星钟差参数经过插值得到的星历和高采样率的卫星钟差可以应用于精密定位数据处理。利用拉格朗日、Newton多项式等插值方法可以保证卫星位置达到毫米级的精度。韩保民等用IGS 15min精密卫星钟差内插得到的卫星钟差和JPL的结果的差值在0～0.45ns之间，用IGS 5min精密卫星钟差内插得到的30s间隔的卫星钟差，和JPL的差值在0～0.35ns之间。对流层时延改正采用参数估计ZPD的方法，经Niell投影函数改正到信号传播路径方向上。常用的对流层延迟修正模型有霍普菲尔德(Hopfield)模型、萨斯塔莫(Saastamoinen)模型、Black模型和Egnos模型。前三个模型在天顶方向，最大误差不超过1dm，且模型之间的细微区别也能满足高、低仰角的要求。不需要实时测量的气象数据，实质上只是纬度、年积天数、高程和仰角的函数的Egnos模型30天内最大误差为40cm，最小为20cm，也能满足一定的导航定位要求。

海洋负荷潮汐改正RS3.0、CRS4.0、AG95、TPX02、FES2004等多种海潮模型进行改正，FES2004是FTG最新的大洋潮改正模型，该模型基于潮汐流体动力学方程以及数据融合技术而建立，是目前最高精度的全球大洋潮改正模型之一。卫星天线相位中心可有接收机生产厂家给出，地球自转、相对论效应等也可有相应公式给出改正值。目前GNSS精密数据处理卫星质心到天线相位中心改正可达到1-2m、接收机天线相位中心改正能达到几分米、相位缠绕改正能达到观测值的半个波长、固体潮汐改正达到几分米、大洋负荷比固体潮小约一个量级并且没有长期项、大气负荷可以造成10～25mm的径向位移，相应的水平方向的位移为径向位移的1/3-1/10，周期约为2周，且与地理纬度有关。按照目前的GNSS精密数据处理方法，现有模型或算法可以对对流层延迟、相对论效应、地球自转、天线相位中心改正等误差进行较为精确的消除，而对于电离层的延迟，由于电离层电子密度受到太阳活动性、季节、地磁纬度、太阳扰动和磁暴等多种因素的影响，因此难以用固定的确定模型去描述，所以电离层延迟误差是影响GNSS精密数据处理的主要因素。