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  • 感谢海洋一所陈老师用Pospac MMS解算pospac数据及GNSS验潮

作者:xiaokcehui2023-5-30 11:06分类:

非常感谢海洋一所陈老师 帮忙用Pospac MMS解算博主的pospa从数据。解算的结果txt文件大小有2个G,令人非常吃惊,因为原始数据的时长不到1天,打开文件才知道每行位置数据的间隔时间是5ms,5ms正是惯导数据的采样频率。

用抽稀软件按照200行抽1行的比例将txt文件大小缩减到10M,然后用Excel打开文件,生成高程曲线如下:

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之前单独使用GNSS解算的结果曲线如下:

Inertial Explorer单独解算GNSS的Height曲线见下图:

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TerraPos解算结果的Height曲线见下图:

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PRIDE-PPPAR解算结果的Height曲线见下图:

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水位计实测潮位曲线见下图:

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从上面解算结果看,四种软件的PPP解算结果的高程曲线都不理想,与水位计实测的潮位曲线相差较大。高程曲线的拟合曲线可能会与潮位曲线的形态有点相似,一定程度上会反映出潮时和潮差。本次Pospac MMS是联合解算GNSS和IMU数据,其结果仍然不理想,进一步验证上一篇的观点,即如果GNSS解算结果差,那么联合计算将毫无意义。因此,提高GNSS解算的精度是关键。

知识水平不够就要多看文献。

GNSS潮位测量及海洋无缝垂直基准面模型构建_董江》

大量文献和试验均表明,动态情况下、基准站与流动站间距离小于15km 时,流动站垂直解精度一般可控制在2~3cm;但随着基准站和流动站间距离的增大,站间对流层、电离层的相关性会进一步削弱,定位误差会进一步增大。当距离达到100km 时,由此引起的垂直解误差可达10~15cm。PPP 为非差精密单点定位,不受作用距离限制,在全球任何位置均可获得精度优于15cm 的垂直解。

(1)RTK

统计偏差表明, RTK 潮位的最大偏差为3.6cm,最小为0.0cm,均方根为1.9cm。表明在18km 范围内RTK 潮位和潮位站内插潮位具有很好的一致性。

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(2)PPK

测量采用了2+1 模式,即两台接收机作为基准站,一台接收机作为流动站。其中基准站接收机选用PPK基准站模式,采样率设为2Hz,数据格式设置为徕卡的原始格式,内存卡选用8GB的SD 卡;流动站选用用PPK 流动站模式,采样率设为2Hz,数据格式设置为徕卡的原始格式,内存卡选用8GB 的SD 卡。7 月25 日至27 日,分别将基站架设于二处和西港,进行了GNSS-PPK 走航式验潮数据采集,作用距离分别为20~60km 和30~70km。

以二处为基站,走航距离20~60km,在航潮位测量时间为7 月25 日和26 日两天。7 月25 日走航时间6 小时,潮位解算结果如图图3. 16,潮位偏差如图图3. 17 所示。可以看出,PPK 潮位偏差变化最大值小于10cm,与传统潮位获取方
法获取的潮位具有较好的一致性。

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基站位于西港,走航范围距离基站30~76km,潮位观测时段为7 月25 日10:25:00 至16:20:00,历时约6h。仍采用4h 的截止周围解算和提取PPK 在航潮位。图3. 21 给出了在航PPK 海面高程序列、PPK 潮位曲线。可以看出:随着距离的增大,海面高程序列中的跳变越来越多,表明PPK 解的不稳定性在增加。尽管如此,从提取出的潮位曲线可以看出整体呈现出来的海水面变化相对平缓,且近似接近正弦潮位变化曲线,再次表明基于GNSS 实施潮位获取的可靠性。

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将PPK 走航潮位与传统潮位比较(如图3. 22 所示),二者潮位曲线几乎吻合。计算不同历元的PPK 潮位偏差,偏差分布如图3. 23 所示,可以看出整个测量期间,PPK 潮位的最大偏差均小于10cm。

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(3)PPP

利用2016 年10 月在长江口测量的1h 的船载走航PPP 数据开展潮位测量。GPS 设备采用Leica530 双频接收机,配备姿态传感器。实验水域位于潮位站旁,以利于PPP 潮位与潮位站潮位比较。对原始GPS 观测数据采用开源PPP 解算软件RTK Lib 解算,经姿态改正后得到瞬时水面高程序列如图3. 26 所示。可以看出整个水面高程时序变化非常平缓,主要因为测量时段选择在平潮时进行。此外可以看到整个海面高程序列跳变非常小,PPP 没有RTK 和PPK 那样出现频繁失锁造成的异常高程问题,整个过程中精度非常稳定。

考虑长江口水域同时受潮流和径流综合影响,在水位提取时选择截止周期为3h,提取的结果如图3. 26 所示。为检验提取的PPP 潮位精度,用10 min 间隔的潮位站潮位数据与之比较,可以看出二者具有很好的一致性。统计对应时刻PPP潮位差,结果如表3. 3 所示。可以看出,最大偏差为11.1cm 主要是由于PPP 的垂直解定位精度所致。PPP 潮位与潮位站潮位保持了较高的一致性,进一步验证了本章提出的GNSS 潮位测量及提取方法的正确性。


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GNSS_PPP_INS紧...模式下的远海无验潮水深测量_单瑞》

如图6 所示,当卫星数<4 颗时,松组合高程方向定位精度明显产生振荡,精度迅速下降。这是由于松组合模型受限于解算原理,在卫星数不足时,无法利用GNSS 原始观测信息,仅依靠 INS 单独解算而导致高程方向精度快速发散。结合表1 中所示的松/紧组合在GNSS 失效时高程精度的统计,紧组合模型在这一时间段内误差虽然出现了增长,但由于仍能利用GNSS 信息,为INS 提供了较为可靠的距离观测信息,有效抑制了组合系统在高程方向精度的发散,并在GNSS 恢复有效观测时,紧组合可以更快的速度收敛。在海洋动态环境下,GNSS受多路径等影响明显,易出现有效卫星观测值较少的情况,仅依靠GNSS 系统进行位置信息的获取很难保证其高精度定位的长时间连续性。

无标题13.jpg

文献看完了,接着看看GPS数据质量。

GPS数据质量

评定GPS 观测数据质量的指标有:数据有效率,mp1、mp2 值(mp1、mp2分别表示L1、L2频点伪距和载波相位观测值的多路径效应组合),周跳,电离层延迟,信噪比和o/slps。

数据有效率指完整的观测值与可能的观测值的百分比。一般规定有效率不低于80%,根据IGS 数据质量检查结果,对于2/3 的IGS 观测站,其mp1 平均值小于0.5,mp2平均值小于0.7。小于参考值则说明数据受多路径效应影响较小,反之则影响较大。

o/slps 为完整观测数/跳变数,此值一般为几百,当然越大越好。一般来说o/slps 值越大,说明数据质量越好。O/slips 是观测值和周跳的比,反映的是数据周跳的情况。O/slips值的参考值为200,O/slips值越小,说明出现周跳越严重。周跳比(cycle slip ratio, CSR)CSR=1000/(O/slips),IGS 的数据质量检测分析显示,超过半数的IGS站的CSR平均值小于5,2/3以上的CSR平均值小于10。

电离层延迟变化率(ionospheric delay rate,IOD)是单位时间内电离层的变化情况,当IOD≥4 m/min时,判定电离层变化过于强烈。信噪比/SNR建议大于40db以上。

Pdop取值范围为:0.5--99.9,为纬度、经度和高程等误差平方和的开根号值,所以Pdop的平方 =Hdop 的平方 +Vdop 的平方。在几何上,PDOP按由接收机和所能观测到的四颗卫星的连线所组成的锥状物的体积比例来平分1。对于好的定位而言,PDOP值小,例如3。比7大的值被认为是较差。因此,小的PDOP值与相隔较远的卫星相关。

使用TEQC软件查看# teqc +qc ant10108.22o

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最后二行是统计数据,其中:

hrs 采样时段长

dt 采样间隔

#expt 表示大于截止角的所有可能观测的数目

#have 表示完整观测的实际数目

% 表示#have/#expt

数据有效率:1590765/(1590765+228205)=87%>80%

mp1 0.83>0.5

mp2 0.63<0.7

o/slps=208>200,跳变数=1590765/208=7648

SNR>40db

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PDOP<3,但图中似乎存在有规律的干扰。

从统计结果来看,除了L1多路径效应有点大和存在有规律的干扰以外,数据质量其它指标还可以。

究竟怎么做才能得到文献中那么好的曲线呢?等我们的船靠在码头上,试一试PPK,顺便和PPP做个比较。


参考文献

GNSS潮位测量及海洋无缝垂直基准面模型构建_董江

GNSS_PPP_INS紧...模式下的远海无验潮水深测量_单瑞

动态精密单点定位联合卫星测高求解潮位研究_罗孝文

海洋测绘中精密单点定位精度适用性分析_刘辉

GPS数据预处理软件TEQC应用综述

teqc进行GNSS数据质量分析时生成的s文件介绍


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