GPS精密星历与定位精度分析

"这篇硕士学位论文主要探讨了GPS单点定位技术，分析了GPS单点定位的数学模型和误差修正方法，研究了电离层、对流层、相对论效应、地球自转、地球固体潮汐以及卫星天线相位中心偏差等误差源的校正公式。作者还开发了基于伪距、广播星历、相位和精密星历的定位程序，并通过实际数据进行了大量计算，评估了不同观测数据长度下的定位精度。论文特别强调了精密星历在提高定位精度中的作用，指出利用精密星历和载波相位观测数据可以实现更高精度的单点定位。" 在GPS定位中，广播星历是根据历史观测数据推算出的卫星轨道参数，用于导航和实时定位，但其精度对于精密定位工作可能不足。相比之下，精密星历由特定机构根据自身跟踪站的高精度观测数据计算，提供了卫星在特定时间点的精确轨道信息，通常在事后提供，因此也被称为后处理星历。精密星历如DMA和IGS的SP3格式，提供15分钟间隔的卫星坐标和速度，具有亚厘米级的精度和纳秒级的卫星钟误差。 GPS单点定位是基于卫星作为已知位置的参照，通过测量地面接收机与卫星之间的距离（伪距或相位）来确定用户位置。计算过程中，用户接收机需要先估算卫星的位置和速度，然后结合测站点与卫星的几何距离，解算用户的坐标。误差修正公式如电离层延迟和对流层延迟改正，以及相对论效应、地球自转、地球固体潮汐等改正，都是提高定位精度的关键步骤。 论文作者龚佑兴通过编程实现了不同的定位程序，使用伪距和广播星历的组合，发现取消SA（选择可用性）后的24小时定位精度达到了水平方向4米，垂直方向2米。而采用相位观测数据和广播星历，定位精度进一步提升，随着观测时间的增加，定位精度可达到1.1米至1.6米的水平。当使用精密星历和载波相位观测数据时，40分钟内的单点定位精度可达1米，2小时内的定位精度甚至可提升到0.6米。 此外，论文还介绍了采用切比雪夫多项式对精密星历进行拟合，以计算卫星在任意时刻的位置和钟差，这种方法增强了对卫星动态变化的跟踪能力。通过这些分析和计算，论文得出了关于提高GPS单点定位精度的有益结论，并突显了精密星历在高精度定位中的核心地位。