论文总字数：16006字

摘 要

GPS技术目前被广泛应用到了各种专业领域，因为它技术成本低廉，具有较高的测量精度，可以全天侯作业且效率非常高。随着GPS技术的不断发展和完善，动态测量技术也日益成熟，如RTK（Real Time Kinematic）、PPK（Post Processed Kinematic）等，PPK技术属于动态后处理测量技术，作业半径大，流动站和基准观测站之间不需要直接建立实时的在线通讯数据链接,经过事后差分即可获得流动站的三维坐标，精度可达到厘米级。随着大众市场对高精度卫星定位的市场需求不断增加,基于低技术成本和中小型化定位设备的全球卫星导航系统(GNSS)高精度定位已逐渐成为研究热点之一。本文介绍了PPK辅助无人机摄影测量的原理及流程，以低成本μ-blox接收机为例，通过PPK技术辅助无人机摄影测量对测区进行了航空摄影测量，分析了PPK差分后获得的POS数据的精度，并分析了影响其精度的因素，讨论了低成本接收机PPK辅助无人机摄影测量的精度是否满足要求。

关键词：GPS PPK 摄影测量 低成本接收机 精度分析

Precision analysis of low-cost receiver PPK assisted UAV photogrammetry

Abstract

GPS technology is currently widely used in various professional fields because of its low technical cost, high measurement accuracy, can operate around the clock and is very efficient. With the continuous development and improvement of GPS technology, dynamic measurement technology is becoming more and more mature, such as RTK (Real Time Kinematic), PPK (Post Processed Kinematic), etc. PPK technology is a dynamic post-processing measurement technology with a large operating radius, rover stations and benchmarks There is no need to establish a real-time online communication data link directly between the observation stations, and the three-dimensional coordinates of the rover station can be obtained after the difference afterwards, and the accuracy can reach the centimeter level. With the increasing market demand for high-precision satellite positioning in the mass market, global satellite navigation system (GNSS) high-precision positioning based on low-tech costs and small and medium-sized positioning equipment has gradually become one of the research hotspots. This article introduces the principles and processes of PPK-assisted drone photogrammetry. Taking low-cost μ-blox receivers as an example, the aerial photogrammetry of the measurement area was carried out through PPK-assisted drone photogrammetry. The accuracy of the POS data is analyzed, and the factors that affect its accuracy are analyzed. It is discussed whether the accuracy of low-cost receiver PPK assisted UAV photogrammetry meets the requirements.

Key words：GPS PPK; Photogrammetry; Low Cost Receiver; Precision Analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

1.1 研究背景 1

1.2 研究现状 1

1.3 研究内容 2

第二章 PPK技术概述 4

2.1 RTK和PPK的作业原理 4

2.1.1 RTK的工作原理 4

2.1.2 PPK的工作原理 5

2.2 PPK与RTK对比 6

2.2.1 PPK与RTK的相同点 6

2.2.2 PPK与RTK的不同点 6

2.3 PPK的优势 7

2.4 PPK辅助无人机测图 7

2.4.1 PPK辅助无人机测图原理 7

2.4.2 PPK辅助无人机测图流程 8

第三章 实例分析 10

3.1 PPK数据处理 10

3.1.1 坐标系统与基线处理 10

3.1.2 网平差与结果输出 11

3.2 数据解算 11

3.3 精度分析 21

3.4 影响精度的原因分析 22

第四章 总结与展望 23

4.1 总结 23

4.2 展望 23

参考文献 24

致 谢 26

第一章 绪论

1.1 研究背景

近年来，自美国的GPS研制成功后，又有不少国家研制出自主的全球卫星导航系统和区域性的卫星导航系统，如我国的北斗卫星导航系统就是目前四大全球卫星导航系统之一，日本和印度也相应研制出区域性的定位导航系统。这表明GNSS的发展已经越来越好，影响范围越来越广。GNSS目前已经大范围应用于行人导航、汽车卫星导航、测绘、精密农业等各个领域。常规RTK利用基准站和流动站之间的实时电台通讯，将同时接收到的同一GPS卫星发射的信号在软件系统内组成载波差分观测值进行处理，从而得到流动站的三维坐标，精度达到了厘米级。网络RTK是第二代RTK技术，集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理技术和GPS定位技术于一体。数据通讯是常规RTK以及网络RTK的必备条件，但是可能受基站周围环境及周边地势条件影响较大,这就使得GPS动态测量的实际应用受到一定的条件限制,如在偏远山区等地势高起伏大且花草树木较多时RTK基站电台的有效通讯作业范围半径仅仅只有3km以内,大程度限制了作业范围从而大大制约了RTK的应用优势。事后动态差分技术，我们简称为PPK技术，它可以同时观测多个历元，也就是说它不再需要基站和流动站之间的数据通讯链接，所以它能够观测的范围明显地增大。如今，PPK已经作为航测中稳定高效的定位技术被广泛应用于生产生活的各个方面。但是不论哪个方面，都在追求定位精度的提高和定位效率的提高以及服务费用的降低。然而目前我们采用的能满足精度要求的接收机和天线都非常的昂贵，所以，为了满足市场的需求和导航定位系统长久的发展，如何用价格适宜的接收机和天线来提高定位的精度显得尤为重要。

1.2 研究现状

影响GNSS定位精度的因素有许多，其中接收机和天线等硬件的成本的高低直接影响了定位精度的好坏,而接收机的性能在面对不同的应用需求时会表现出很大的差异，例如可持续观测性、稳定性、以及接收到的信号质量等方面，因此，在环境等其他条件相同时，接收机和天线本身的卫星信号处理能力决定了GNSS定位精度的高低。目前市场上有两种GNSS接收机，一种是低成本接收机，价格相对较为低廉，适用于对精度要求不高的消费群体；另一种是测量型接收机，性能好，定位精度高，但价格相对昂贵，适用于对精度要求较高的消费群体或者科研方向。因为测量型接收机硬件优良，数据处理方式先进复杂，配置了能够有效抑制多路径效应等会对成果产生影响的因素的高精度天线，所以，它在各个方面都达到了很高的标准，尤其是定位精度，甚至可以实现厘米乃至毫米级。相比之下，用于大众市场的低成本接收机的定位精度一般仅能达到米级。由于成本的限制，目前市场上主流的新型低成本GNSS接收机所使用的天线大多成本较低，仅能接收单频双系统GPS/GLONASS的观测数据，并且，其抑制多路径噪声的能力较差，信噪比较低。由于测量型GNSS接收机的价格昂贵，广大的普通消费者根本没有能力使用它，并且因为它体积和质量的限制，让它在一些小平台上无法发挥它的作用，因此尽管测量型接收机提供的测量精度很高，但因为价格的阻碍，无法普及。所以，要把高精度的定位系统应用到我们的生产生活中，我们有两个选择，一是降低高成本高精度的接收机和天线的价格；二是提高低成本低精度的接收机和天线的精度。显然，选择一在现在的市场条件下不能做到，所以选项二就成为了研究者们为了普及全球导航系统努力的方向。也就是说，市场迫切地需要研发成本低廉，精度较高的接收机和通过数据处理进一步提高其精度的模型。目前，μ-blox接收机是我们普遍使用的接收机，它相较于其他接收机有价格低，体积质量小，能够放置的区域的选择更加广泛等优势，所以本文选择μ-blox接收机作为研究对象。

文献[3]对低成本接收机进行了一系列研究，分析了低成本多系统GNSS接收机μ-blox M8P观测数据的质量，同时对其伪距单点定位和单频载波相对定位的定位性能和特点做了研究，为低成本GNSS接收机高精度定位技术的普遍应用提供参考。实验结果表明，μ-blox输出GNSS观测值的载噪比略小于测量型接收机，伪距和载波相位的测量噪声较大。在静态模式下，μ-blox接收机的单频载波相对定位（基线长度约430m）可以达到厘米级的定位精度；城市环境动态模式下，其单频载波相对定位可提供亚米级至米级的定位精度。信号质量受限制的环境下，GPS/GLONASS双系统的定位结果更加稳定，可以得出的结论是，较过去而言，单频低费用接收机相对动态定位的精度有了较大的提高。文献[16]基于低成本的全球定位系统（GPS）及北斗卫星导航系统（BDS）接收机做了分析，结果表明，实时动态载波相位差分(RTK）的定位方式可以达到厘米级的定位精度。

1.3 研究内容

本文以某测区测量数据为对象，分析低成本接收机μ-blox PPK辅助无人机摄影测量的精度是否符合要求，主要研究内容如下：

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