高志超
天津市测绘院 300381
摘要：本文分别从获取方法和实际应用两方面对比分析广播星历、最终精密星历IGS、快速星历IGR以及超快速星历IGU之间的差异性。
关键词：广播星历；精密星历；快速星历；超快速星历
1、引言
自上个世纪90代以来，GPS观测技术一直在地学研究领域尤其是在大地测量领域发挥着重要的作用[1]。因此，国际大地测量学协会为了加强国际间GPS地学研究应用，于1993年成立了国际GPS地球动力学服务（IGS）组织[2]。把通过全球测站获取的测量数据发送到IGS数据分析与处理中心，该中心统一解算出GPS卫星星历，进而推出了最终精密星历IGS、快速星历IGR以及超快速星历IGU三种星历产品，目的在于全方面满足全球用户对精密星历在时延性和精度上的不同需求。
2、GPS星历获取方法与应用
广播星历（预报星历）实质为依靠GPS的地面监控站供给和明确的，全球用户通过接收机获取到的GPS定位卫星公开发射的无线电信号上载有预报一定时间内卫星根数的含有轨道信息的导航电文信息，地面控制部分经解码后获取到的卫星星历可以演算获取卫星的位置。广播星历是经由卫星导航系统的测轨分系统外推轨道得到的，它通常包括必要的轨道摄动改正项参数以及以参考历元获取的轨道参数。因此在经过一段时间的影响下，预报轨道与实际轨道会有所偏差，导航和定位的精度将有所下降，为此只能确保一定时间段内的轨道精度要求[3]。描述卫星轨道信息的导航电文无法达到精密定位的要求，却能够实时获得，因此精度较差。因此，如今其主要应用于全球范围内实时导航定位以及低等级短基线的工程测绘。
IGS具有380多个GPS跟踪站和许多GLONASS跟踪站，这些测站遍布在全球的各地。IGS的7个全球分析中心（MIT、GFZ、CODE、ESA、SIO、NGS、JPL）分别对分布在全球的测站获取的数据进行统一收集整理解算，对GPS卫星进行连续跟踪观测，对获得的成果展开归纳和分析，然后将所得数据进行加权平均从而获得最终精密星历，由于其解算过程过于复杂，所以观测结果一般延迟两个星期才能得到。那么采用精密星历对于地震预测、GPS气象预测、滑坡监测这种不仅需要较高的精度还需要实时解算结果的工作进行基线解算，是非常不切合实际的。
超快速星历IGU包含预报星历和事后星历两部分。IGU星历一天发布四次，每次间隔6个小时。假设我们在进行定位计算时，最终精密星历能够被快速精密星历或者超快速星历所替代，并且得出的精度解算成果相差无几，解算实际数据的误差差异在所需精度要求的范围之内，那么这将给实时高精密定位的应用带来非常广阔的前景。
IGS星历经由IGS分析中心解算后，要延迟两周才能获取。IGR星历是由IGS分析中心提供的快速星历，IGR及IGS具有相同的产生方式、坐标框架，并且同为sp3数据格式。因为各监测站通讯情况存在一定的差异，这就导致各分析中心从全球IGS监测站获取数据时，涉及到的观测数据相比计算IGS星历时所涉及的观测站数据偏少。相比于IGS星历，IGR星历获取时间能够缩短到17小时。从2000年3月10日开始，IGS向全球推出一种轨道弧长48h的新的轨道产品——IGU（IGS UltraRapid product）轨道。IGU的新颖之处在于其前24h是以实测GPS数据为基础的精密轨道，而轨道弧长后24h则为预推轨道。IGU轨道的确定最初由各分析中心分别产生各自的IGU轨道，继而由IGS数据中心确定不同分析中心轨道所占权重，最终形成综合IGU轨道。刚开始推出IGU轨道时，其每日只发布两次，根据日前实验数据准备时发现，IGU轨道现在每日发布四次，全球用户仅用3小时即可获得。与此同时，得益于IGU轨道设置的24小时预推轨道，故而也可以作为实时应用。现在为止，所有的用户都可经由官方网站无偿得到IGS产品。
3、GPS星历差异性分析
用快速星历代替最终精密星历的可行性的检验方法要从IGS提供的主要参数如定位模式、钟差的质量状况以及卫星轨道误差等角度进行思考，因为这些参数对最终的定位成果有着直接的影响。初期IGS组织给出的精密星历的卫星轨道的精度只有30~40厘米，而且快速精密星历和广播星历的精度甚至更低。如果需要满足高精度计算要求唯有采用精密星历才可以。而近几年，在GPS定轨理论的持续完善、高精度GPS数据处理软件与轨道计算数学模型的持续更新、全球跟踪站数量的增加以及几何分布趋向合理化等方面的快速发展变化中，IGS组织测算的卫星轨道精度和钟差的质量状况均有显而易见的改善。
表1为IGS网站公布的3种GPS卫星星历轨道和卫星钟差产品相关参数，其中每个IGU星历包含24h的观测部分和24h的预报部分。从表1中可以看出，IGS分析中心标称的3种轨道产品在精度上并无太大差别[4]。
表1 不同轨道星历产品相关参数
4、结语
综上所述，精度较低的广播星历或者超快速星历IGU通常情况下被广泛应用于实时导航定位和低等级短基线的工程测量，而最终精密星历IGS和快速星历IGR对高精度GPS定位等领域中产生十分深远的影响。
参考文献：
[1]张耀文.GPS广播星历及其精度评估研究[D].西安：长安大学硕士学位毕业论文，2007.
[2]赵娟.GPS精密单点定位星历和钟差的研究[D].辽宁阜新：辽宁工程技术大学硕士学位论文，2011.
[3]张耀文.IGS超快速星历预推GPS卫星轨道精度分析[J].测绘工程.2006.
[4]程宝银，陈义.应用GAMIT进行高精度GPS基线数据处理[J].现代测绘，2009，32（2）.
论文作者:高志超
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/31
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