双星系统动态稳定性问题探讨

1、双星系统动态稳定性问题探讨李旷建 吴文祥 卞红伟（吉林省电力勘测设计院，吉林，长春，130022）摘要：随着GPS硬软件的不断发展，双频双星系统接收机现已应用到测绘生产中，双星系统（GPS+GLONASS系统）的问世解决了在观测条件差及卫星数量少的情况下没有固定解或长时间得不到固定解的问题。尤其为电力勘测等线路测绘生产解决了林区林木砍伐的问题，从而提高了劳动生产率和劳动效率。然而，在测绘生产中双星系统在一些环境下，其系统动态稳定性（即解状态的真实可靠性）问题，是测绘生产和广大的测绘工作者不容忽视的问题。其系统动态解状态的不真实性，给测绘产品的质量埋下了隐患。本文针对一具体线路工程所出现的双星系

2、统的动态稳定性问题进行探讨，寻求如何避免和发现测绘生产中双星系统固定解的不真实性（即假解）问题，从而避免测绘产品出现质量事故和质量问题，同广大测绘同仁共同关注、重视和保证测绘产品质量，使测绘生产安全高效运行。此外，这对怎样使用好GPS设备，预防和消除测绘产品质量事故和隐患具有重要意义。关键词： 双星定位系统；动态稳定性；线路勘测；CORS系统1双星系统及双星系统GPS接收机设计原理简介1.1双星系统所谓的双星系统系将全球定位系统GPS与全球导航卫星系统GLONASS结合为一体，共有48颗定位卫星，除定位精度可提高外，定位的速度也可大大提升，亦可填补单一星系卫星接收不足或信号品质不良的缺陷。1.

3、2双星系统GPS接收机的设计原理美国的GPS和俄罗斯的GLONASS卫星是各自独立的天基卫星定位系统，GPS采用CDMA(码分多址)方式，根据调制码区别卫星，所有GPS卫星的载波频率相同，均为fL1=1575.42 MHz和fL2=1227.6 MHz。GLONASS卫星采用FDMA(频分多址)方式，根据载波频率来区分不同卫星，每颗卫星发播的两种频率分别为1602+0.5625K(MHz)和1246+0.4375K(MHz)，其中K为124颗卫星的频率编号。由于这两种星基导航系统在系统配置、导航定位机理、工作频段、调制方式、信号和星历数据结构等方面基本相同，为用一部用户终端同时接收两种卫星信号

4、成为可能。组合导航卫星接收机不是简单地在GPS、GLONASS间切换接收卫星数据，而是开通有12个跟踪GPS卫星的并行口和12个跟踪GLONASS卫星的并行口，同时观测10颗以上导航卫星，把GPS和GLONASS卫星数据在主时间同步后，进行坐标变换，按某种优化算法实时融合，在两个导航卫星系统中选择PDOP(最小几何精度)值的一组卫星，获得最佳星座，提供最精确的定位。2双星系统动态不稳定因素分析双星系统从系统的设计原理上虽然有较单星系统在系统定位的省时高效、可见卫星的数量和提高观测成果精度以及观测成果的可靠性高等的优点。但目前其动态系统应用的稳定性在一些环境下还存在着一些问题，分析起来笔者认为主

5、要有以下几方面的因素：2.1系统设计原理和后处理软件的可靠性系统设计原理和数据后处理软件的稳定可靠性是整个系统稳定工作的先决因素，如果系统在设计原理上以及数据后处理软件上存在可靠性的问题，那么在生产实际当中系统出现不稳定性是不言而喻的。因此，完善的系统设计和系统软件后处理能力是保证系统正常工作的关键所在。2.2单基准站RTK作业时，流动站接收电台信号的完满程度目前，由于区域CORS网络建设滞后，严密的区域网络RTK作业模式还无法全面实行，大多生产单位还停留在单基准站RTK作业模式上，而受单基准站配置的发射电台的影响，还无法实现长距离的信号传递和定位，不同品牌的GPS系统接收机，在基准站上配置的

6、发射电台的功率以及信号传递能力也不同，因此，流动站在较长距离定位以及信号屏蔽严重的状况下就会出现接收电台信号的不连续性和数据链传递的不完整，这就给系统的稳定性带来了问题。2.3同品牌系统接收机在同区域内作业时信号相互干扰GPS现已广泛应用到各个领域，众多的测绘生产单位使用有限的几种型号的GPS接收机，在同区域作业时难免会有信号相互干扰的情况。又由于严密的区域CORS网络还没有形成，区域内不同控制点的兼容性还存在问题，因此，给相互干扰的接收用户造成了较大的系统偏差，乃至错误。就国产南方GPS来说，有限的通道数量就会造成不同基准站信号的错误接收。2.4观测条件观测卫星的发播信号精准性是用户接收机能

7、否准确定位的先决因素。若观测卫星播发的信号出现问题，将直接造成接收用户的定位错误。观测条件对于GPS定位来说始终是关键性的因素，观测条件的好坏直接决定着定位精度的高低。就双星系统而言，观测的卫星数量明显的增多，这对定位精度乃至缩短定位时间来说都是有利的。而在卫星信号遮挡较严重如林区双星系统虽然在定位时间上明显的缩短了很多，但其系统稳定性却存在问题。尤其高程的问题是较严重的，有时虽然得到的是固定解，但高程误差却很大，甚至是错误的。3工程实例3.1工程概况电力送电线路勘测其断面点高程的精准性是线路设计和施工后的线路安全可靠运行的重要因素。一旦断面点高程精度不够或出现错误，将直接影响到线路的设计乃至

8、施工后的线路安全运行。“长春地区城际铁路牵引站-九台220kV变电站架空线路新建工程”是为“长吉城际铁路”而建设的送电线路工程。该工程位于吉林省中部的九台市境内，线路电压等级为220kV，从九台220kV变电站至九台电铁牵引变电站，新建两条并行220kV单回路铁塔线路，其中一条为重点线路，线路长度分别为14.8km。线路沿线地形为丘陵地，旱田为100%。3.2已有的双星系统GPS接收机简介和本工程使用的双星GPS接收机目前，众多的GPS厂商都相继推出了相应品牌的双频双星GPS接收机。如天宝的R8GNSS；麦哲伦的PROMARK500；徕卡的GMX902 GG；拓普康的HiPer Ga以及国产的

9、南方S82T双频双星GPS接收机等。本工程使用的是国产南方S82T双频双星GPS接收机。3.3工程出现的问题以及给工程的各个环节造成的工程质量隐患分析本工程GPS系统出现的问题该工程的作业时间为2010年7月，受作业季节雨季和高科农作物（玉米）植被及测区地形为丘陵地的影响，给外业生产带来了一定的困难。由于工程的线径较短，且收集到的三个国家控制点分别位于线径的两端，且偏离线径的距离均约在三公里以内，所以本工程的控制测量就只采用了动态RTK引测的模式进行外业施测。而本工程作业使用的仪器是南方S82T双频双星系统接收机，原以为观测条件差很好的条件下，只采用动态RTK引测控制点就完全可以满足工程的要求

10、了，但在引测后的实际作业中出现了系统不稳定（即假固定解）的问题。在引测的6对控制点中出现了两对假解。其与真实值的偏差值见表:控制点真固定解与假固定解坐标差值比较表表：控制点真固定解与假固定解坐标差值比较表点号坐 标 值偏差值(m)真 固 定 解(m)假 固 定 解(m)XYHXYHXYHGE4877293.037484761.587191.1914877292.324484762.330189.207-0.7130.743-1.984GE-14877287.100484736.418191.3554877286.360484737.176189.398-0.7400.758-1.957GF48

11、87134.714487532.703200.5024887136.222487532.406200.5811.508-0.2970.079GF-14887137.364487539.434200.2124887138.868487539.157200.2991.504-0.2770.087控制点的假固定解给工程各环节埋下的质量隐患通过以上的表中的数据对比分析错误的控制点测设的线路平断面数据会出现如下的问题： 线径角点坐标固定，假固定解控制点测设的断面点会出现位置的偏差，若同一耐张段均使用错误的控制点测设，则会出现断面线的整体偏移错误；否则会出现断面上从使用错误控制点处开始测设的断面点的位置的

12、偏移。这就需要找出使用错误控制点测设的断面的准确位置，给重新测设时带来了一定的困难，也为成果质量埋下了安全隐患。 如果恰好使用错误的控制点测设了一个完整的耐张段，而相邻耐张段的角点没有复测，则会出现在角点处断面的突然升高和降低。由于其假解成对出现，隐蔽性高不易查找和发现错误，若没有及时发现解决会给工程的质量埋下严重的隐患甚至引发工程质量事故。 单基站RTK假固定解控制点传递的连续性将严重影响工程的工期。长线径线路勘测，使用单基站RTK传递控制点，若其中某一控制点出现假固定解状况，就会造成错误的连续传递。如不及时发现就会给工程的工期带来严重的影响。本工程中的两对控制点虽然点号相邻，但其是由不同的

13、控制点在不同的时间段非连续引测的，其中GE和GE-1是由GC点引测的；而GF和GF-1是由控制点GD引测的。因此，尽可能避免采用单基站RTK控制点施测传递的方法。3.4问题的解决本工程问题的发现是在交桩阶段，由于其错误的隐蔽性很高，在先期的断面测设阶段没能及时发现，所以给工程的进度造成了影响。由于工程的线径较短，且起算控制点的分布及距离都很合理，控制方案最终仍然采用动态RTK加密控制联测的方法，但采用了双基准站方式重新联测了所有加密控制点，并重测了部分断面，使得问题最终得以解决。4应对动态不稳定性采取的有效措施以上的工程实例说明了双星系统确实存在不稳定的因素及产生的后果。那么，如何在实际的应用

14、中发现以及采取怎样的措施避免和消除系统除设计原理上的不可靠性因素，是广大测绘工作者需关注和解决的问题。4.1采用静态观测加密控制点，是确保工程控制测量的高精度的关键目前，在没有全面建设CORS网络的情况下，工程的控制测量还要以静态GPS加密控制网为主，GPS静态加密控制测量的高精度和高可靠性还是确保勘测成品质量的关键因素所在。在工程整体的GPS静态加密控制测量的基础上，采用短距离和附合式的动态RTK控制点引测才是安全可靠的。避免单基准站式的远距离控制测量传递。4.2动态RTK引测控制点时，采用双基准站式短距离动态RTK引测控制点时，为确保控制点引测的精度和可靠性，可采用双基准站引测的方法，即采

15、用两次架设基准站并利用不同的控制点来引测同一控制点的方法。这种方法既可避免引测的不可靠性，还可以提高引测的精度。因此，此法是短距离引测控制点的一种有效的方法。4.3观测条件差，动态RTK测地形点时，电台信号需连续和完满在观测条件较差时，如卫星数量少、卫星锁定不稳定、接收到的信号不够连续或数据链不够连续时，动态RTK测量地形点时，一定要注意观测的时间不要过短，且要在电台信号连续和完满时采集得到的固定解，出现这种状况时最好多采集两组解，以确保采集到的解的可靠性。4.4保证发射电台（电瓶）的电量常规RTK作业时，基准站发射电台（电瓶）的电量是否充足是保证信号发射远近以及数据链传递均衡稳定的关键，发射

16、电台电量直接决定了流动站接收信号的完满程度，以及数据链接收的连续稳定性。因此，为使得RTK系统安全稳定的工作，保证发射电台（电瓶）的电量充足是必要的。4.5区域CORS网络的建立网络RTK及网络RTK系统作为GPS定位的未来发展方向，其CORS网络的建设将为统一坐标基准，最终解决RTK作业的远距离准确定位和解决定位精度不均衡以及信号相互干扰等的问题。网络RTK及网络RTK系统的发展将会使勘测技术的信息化、现代化建设成为可能。5结束语随着GNSS（Global Navigation Satellite System的缩写，中文译名应为全球导航卫星系统）的建设发展，一个包括GPS、GLONASS、

17、Compass（北斗）、Galileo等在内的综合星座系统正在形成。由此，其未来可用的卫星数目达到100颗以上。目前，双星定位系统已经应用到测绘生产中，且将很快成为测绘生产的设备主流。而双星系统的动态稳定性问题是广大测绘工作者在实际的测绘生产中不容忽视的问题。相信，伴随多星系统的建设和发展，多星系统接收机亦会应运而生，其定位精度将会更高，定位时间将会更短。其系统的动态稳定性问题也同样会得到提高。实现真正意义上的省时、高效、全球性全天候的精确实时定 。参考文献：1 高磊 对昆明市GPS参考站升级为GPS/GLONASS双星系统后RTK测量的分析研究A 城市勘测 2009年第一期2 孙敦超 GPS

18、/GLONASS组合应用相关问题研究D 电子科技大学, 2006 .3 任兴明 GPS/GLONASS双星定位差分解算失效分析及解决措施J 电子工程师 2008年1月第34卷第一期4 李卓等 GPS/GLONASS组合导航系统误差模型的建立及动态不确定度分析J 仪器仪表用户 2004年10月5 罗云 动态不确定度原理及其评定方法的研究D 合肥工业大学 2009年9月  作者简介：李旷建（1971年），男，工程师，长期从事城市测绘及电力工程勘测。An Discussion about Problems on Dynamic Stability of Bi-satellite

19、SystemLI Kuang -jian WU Wen-xiang BIAN Hong-wei(Electric Power Survey and Design Institute of Jilin Province, Jilin, Changchun, 130022)Abstract: With the continuous development of GPS hardware and software, dual-frequency and bi-satellite system receiver has being applied to surveying process. The a

20、pplication of bi-satellite system (GPS+GLONASS system) has been a method to solve the problem on without fixed solution or no way to obtain fixed solution for a long time under the poor observation and inadequate satellite number conditions. In particular, it can be used to settle the problem on for

21、est deforestation in electric power survey and other lines surveying production, and therefore, the labor productivity and efficiency have been significantly increased. However, in some circumstances, the problem of bi-satellite system dynamic stability (ie authenticity of solutions) should not be ignored by surveying workers in their surveying processes. The non-authenticity of dynamic solution of the system may be a potential problem in the surveying manufacture. In this paper, the problem on dynamic stability of bi-satellite system ap