GPS控制網(wǎng)基線解算及質(zhì)量控制的研究

1、GPS控制網(wǎng)基線解算及質(zhì)量控制的研究目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc355303849 摘要(1) HYPERLINK l _Toc355303850 0 引言(2) HYPERLINK l _Toc355338873 1 GPS控制網(wǎng)基線解算(2) HYPERLINK l _Toc355338874 1.1 基線解算原理(2) HYPERLINK l _Toc355338875 1.2 基線解算選線的原則(2) HYPERLINK l _Toc355338876 1.2.1 選取相互獨立的基線(2) HYPERLINK l _Toc355338877 1.2

2、.2 選取的基線應(yīng)構(gòu)成閉合的幾何圖形(2) HYPERLINK l _Toc355338878 1.2.3 選取質(zhì)量好的基線向量(2) HYPERLINK l _Toc355338879 1.3 基線解算的分類(2) HYPERLINK l _Toc355338880 1.3.1 根據(jù)數(shù)學(xué)模型分類(3) HYPERLINK l _Toc355338881 1.3.2 根據(jù)觀測值類型分類(3) HYPERLINK l _Toc355338882 1.3.3根據(jù)所采用差分觀測值的類型分類(3) HYPERLINK l _Toc355338883 1.3.4 如果根據(jù)模糊度的確定情況分類(3) HY

3、PERLINK l _Toc355338884 1.4 基線解算的數(shù)學(xué)模型(3) HYPERLINK l _Toc355338885 1.4.1 載波相位測量原理(4) HYPERLINK l _Toc355338886 1.4.2 雙差載波相位測量的觀測方程(4) HYPERLINK l _Toc355303862 2 基線解算的質(zhì)量控制(4) HYPERLINK l _Toc355303863 2.1 影響GPS基線質(zhì)量的因素及判別方法(4) HYPERLINK l _Toc355303864 2.2 基線解算的質(zhì)量控制指標(biāo)(6) HYPERLINK l _Toc355303865 2.2

4、.1 相對坐標(biāo)(6) HYPERLINK l _Toc355303866 2.2.2 半相對指標(biāo)(同步環(huán)閉合差)(7) HYPERLINK l _Toc355303867 2.2.3絕對質(zhì)量指標(biāo)(8) HYPERLINK l _Toc355303868 2.3 提高基線解算質(zhì)量的措施(8) HYPERLINK l _Toc355303869 2.3.1 提高起算點坐標(biāo)精度(9) HYPERLINK l _Toc355303870 2.3.2 刪除或優(yōu)化衛(wèi)星組合(9) HYPERLINK l _Toc355303871 2.3.3 調(diào)整衛(wèi)星截止高度角等控制參數(shù)(9) HYPERLINK l _T

5、oc355303872 2.3.4 截取觀測時段(10) HYPERLINK l _Toc355303873 3 GPS控制網(wǎng)基線解算實例(10) HYPERLINK l _Toc355340542 3.1 解算軟件(10) HYPERLINK l _Toc355340543 3.1.1 HGO軟件基線解算原理(11) HYPERLINK l _Toc355340544 3.1.2 HGO基線解算的優(yōu)缺點(11) HYPERLINK l _Toc355303877 3.2 數(shù)據(jù)簡介(11) HYPERLINK l _Toc355303878 3.3 基線解算(12) HYPERLINK l _

6、Toc355303879 3.3.1 基線解算步驟(12) HYPERLINK l _Toc355303880 3.3.2 精度評定(15) HYPERLINK l _Toc355303881 3.3.3 基線解算的過程中的幾個關(guān)鍵點(16) HYPERLINK l _Toc355303882 4 結(jié)論(16) HYPERLINK l _Toc355303883 參 考 文 獻(17) HYPERLINK l _Toc355303884 Abstract(18) HYPERLINK l _Toc355303885 附 錄(19)第 頁（共 28 頁）第 頁（共 28 頁）GPS控制網(wǎng)基線解算及

7、質(zhì)量控制的研究0 引言GPS（Global Positioning System）是美國發(fā)展數(shù)十年的衛(wèi)星導(dǎo)航項目，在全球范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛1利用GPS布設(shè)國家控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)所需工程量相比常規(guī)方法大為減少，因此GPS在控制網(wǎng)建立領(lǐng)域大展身手相應(yīng)的，由此帶來的數(shù)據(jù)處理問題成了一門熱門學(xué)科GPS定位技術(shù)中，GPS測量數(shù)據(jù)處理大致可分為基線解算和網(wǎng)平差 2由于GPS測量得到的是接收機相位中心到衛(wèi)星發(fā)射中心偽距、載波相位和衛(wèi)星星歷等，要想得到精度較高的定位成果，就要先進行基線向量解算，并且評定基線精度，然后再進行基線向量網(wǎng)平差，因此可以說，GPS基線解算是測量數(shù)據(jù)處理工程中極其重要的一個

8、階段，其質(zhì)量的好壞將直接影響到GPS網(wǎng)的定位精度2由此可見，分析基線解算過程中的質(zhì)量控制指標(biāo)，提高基線解算的質(zhì)量是非常必要的通俗來講，GPS基線解算就是GPS觀測值通過數(shù)據(jù)處理，得到測站的坐標(biāo)或測站間的基線向量值而GPS基線向量表示了測站與測站間的坐標(biāo)增量，它是GPS同步觀測的直接結(jié)果，也是進行GPS網(wǎng)平差，獲取最終點位的觀測值GPS基線向量與常規(guī)測量中的基線是有區(qū)別的，常規(guī)測量中的基線只有長度屬性，而GPS基線向量則具有長度、水平方位和垂直方位等三項屬性1 GPS控制網(wǎng)基線解算1.1 基線解算原理GPS技術(shù)在測量上均采用相對定位技術(shù)即將兩臺GPS接收機分別安放在基線的兩端，同步觀測相同的GP

9、S衛(wèi)星，以確定基線端點的相對位置或基線向量 2基線解算就是利用GPS接收機接收到的載波相位觀測值做為基本觀測值，對其進行差分處理，建立觀測值與基線向量的關(guān)系，通過最小二乘原理求解基線向量及其精度平差所采用的觀測值主要是雙差觀測值平差分三個階段進行，第一階段進行初始平差，解算出整周未知數(shù)參數(shù)和基線向量的實數(shù)解(浮動解)；在第二階段，將整周未知數(shù)固定成整數(shù)；在第三階段，將確定了的整周未知數(shù)作為已知值，僅將待定的測站坐標(biāo)作為未知參數(shù)，再次進行平差解算，解求出基線向量的最終解即整數(shù)解(固定解) 31.2 基線解算選線的原則1.2.1 選取相互獨立的基線選取相互獨立的基線，否則平差結(jié)果會與真實的情況不相

10、符合可以依據(jù)RMS、RDOP、RATIO、同步環(huán)閉和差、異步環(huán)閉和差和重復(fù)基線較差來判定1.2.2 選取的基線應(yīng)構(gòu)成閉合的幾何圖形 選取的基線構(gòu)成閉合環(huán)，將使不同基線間產(chǎn)生聯(lián)系基線之間相互約束、結(jié)構(gòu)性強1.2.3 選取質(zhì)量好的基線向量選取基線質(zhì)量的好壞將直接影響解算質(zhì)量，從而影響網(wǎng)平差的質(zhì)量.提取基線向量時需要遵循以下幾項原則：必須選取相互獨立的基線，選取后取能構(gòu)成邊數(shù)較少的異步環(huán)的基線向量；選取邊長較短的基線向量1.3 基線解算的分類1.3.1 根據(jù)數(shù)學(xué)模型分類GPS基線解算類型可以分為單基線解、多基線解和整體解單基線解是數(shù)學(xué)模型按單一基線建立的解算方法優(yōu)點是模型簡單，缺點是未顧及同一時段基

11、線間的誤差相關(guān)特性；多基線解是數(shù)學(xué)模型按時段建立的解算方法，包括同一時段中的一組獨立基線優(yōu)點是顧及了同一時段基線間的誤差相關(guān)特性，缺點是模型較為復(fù)雜；整體解是數(shù)學(xué)模型按整網(wǎng)建立的解算方法，包括整網(wǎng)中相互獨立的基線優(yōu)點是模型嚴密，顧及了同一時段基線間的相關(guān)特性并且基線之間相互約束、結(jié)構(gòu)性強1.3.2 根據(jù)觀測值類型分類GPS基線解算類型可以分為L1解、L2解、寬巷（Wide-lane）解、窄巷（Narrow-lane）解和無電離層影響（Iono-free）解L1解是指L1為載波相位的解算方法；L2解是指L2為載波相位的解算方法；寬巷解是指寬巷組合觀測值為載波相位的解算方法；窄巷解是指窄巷組合觀測

12、值為載波相位的解算方法；無電離層影響解是指無對流層影響組合觀測值為載波相位的解算方法1.3.3 根據(jù)所采用差分觀測值的類型分類GPS基線解算類型可以分為非（零）差解、單差解、雙差解和三差解非差解是指采用非差觀測值的解算方法；單差解是指采用單差觀測值的解算方法；雙差解是指采用雙差觀測值的解算方法；三差解是指采用三差觀測值的解算方法1.3.4 如果根據(jù)模糊度的確定情況分類GPS基線解算類型可以分為浮動解和固定解固定解是指整周模糊度被確定為整數(shù)的解算方法；浮動解是指整周模糊度未被確定為整數(shù)的解算方法1.4 基線解算的數(shù)學(xué)模型上述分類產(chǎn)生的數(shù)學(xué)模型的建立均基于測站和衛(wèi)星的相互關(guān)系利用載波相位的差分觀測

13、值，可以消除和削弱多種誤差的影響，從而獲得兩點間高精度的GPS基線向量以單基線雙差載波相位為例，建立基線解算的數(shù)學(xué)模型1.4.1 載波相位測量原理基線向量平差計算采用單基線求解時，無論在一測段中同步聯(lián)測多少測站，每次都僅取兩個測站所含有的線性獨立的雙差觀測值來進行解算，也就是說基線解算的過程實質(zhì)是差分方程的解算過程載波信號量測精度優(yōu)于波長的1/100，載波波長（L1=19cm，L2=24cm）比C/A碼波長 (C/A=293m)短得多，所以GPS測量采用載波相位觀測值可以獲得比偽距（C/A碼或P碼）定位高得多的成果精度1.4.2 雙差載波相位測量的觀測方程以為單位的雙差載波相位觀測值模型為：

14、(1-1)在(1-1）式中，為雙差算子，且有：需要指出的是，對于雙差載波相位觀測值，有 (1-2) 也就是說，此時雙差載波相位偏差就是雙差模糊度另外，對于距離較短的基線向量，如10km左右，通常認為，經(jīng)過雙差后可以忽略電離層折射延遲，這樣，就僅涉及多路徑誤差如果確定了模糊度參數(shù)，在方程中模糊度參數(shù)將被固定重新進行基線解算，從而得出基線向量的固定解當(dāng)然，基線解算的情形不止于此包括三差載波相位模型在內(nèi)的數(shù)學(xué)模型都在一定程度上削弱或者抵消了外界誤差影響盡管每種模型都對應(yīng)不同的觀測方程，但其實質(zhì)都是差分方程的解算，此處不再一一列舉2 基線解算的質(zhì)量控制2.1 影響GPS基線質(zhì)量的因素及判別方法 = 1

15、 * GB2 對于由起點坐標(biāo)不準確所對基線解算質(zhì)量造成的影響，目前還沒有較容易的方法來加以判別GPS相對定位對同一衛(wèi)星而言，星歷誤差對不同觀測站同步觀測的影響具有很強的相關(guān)性，在求坐標(biāo)差時，共同的影響可自行消除，尤其是基線較短時，效果更明顯起算坐標(biāo)的偏差對基線向量偏差的影響可按(2-1)式進行估算 (2-1)在上式中：為基線向量偏差，為基線長度，為起算坐標(biāo)的偏差，為GPS衛(wèi)星軌道高度對于0.5 km長的基線，GPS衛(wèi)星高度為，按GPS測量規(guī)程，E級網(wǎng)起算坐標(biāo)精度不低于，這里取計算，則可見這一誤差的影響是不容忽視的 = 2 * GB2 少數(shù)衛(wèi)星觀測時間過短，某些衛(wèi)星觀測時間太短，會導(dǎo)致這些衛(wèi)星的

16、整周未知數(shù)無法準確確定，進而影響整個基線解算的結(jié)果對基線解算而言，對參與計算衛(wèi)星整周未知參數(shù)沒有準確確定的話，將嚴重影響該條基線解的質(zhì)量要判別觀測時間長短，可查看觀測數(shù)據(jù)文件中每個衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)的數(shù)量，或直接查看衛(wèi)星可見性圖 = 3 * GB2 衛(wèi)星觀測值中周跳太多在整個觀測時段里，有個別時間段里周跳太多，致使周跳修復(fù)不完善周跳可以通過基線解算報告中殘差圖來判別 = 4 * GB2 在觀測時段內(nèi)，多路徑效應(yīng)比較嚴重，導(dǎo)致觀測值的改正數(shù)會普遍較大，從而影響到基線解算質(zhì)量多路徑效應(yīng)對基線向量在水平方向上影響較大，這是判別其影響的依據(jù) = 5 * GB2 對流層或電離層折射影響過大當(dāng)此種情況發(fā)生時，它

17、所造成的電磁波的延遲較大，將導(dǎo)致整周未知數(shù)確定困難，影響基線解算質(zhì)量，一般來講，對流層或電離層的折射在垂直方向上對基線向量影響較大 = 6 * GB2 多路徑效應(yīng)、對流層或電離層折射影響均可通過基線解算報告中殘差圖進行判別與周跳殘差不同的是，當(dāng)多路徑效應(yīng)嚴重、對流層或電離層折射影響過大時，觀測值殘差不是象周跳未修復(fù)那樣出現(xiàn)整數(shù)倍的增大，而只是出現(xiàn)非整數(shù)倍增大，一般不超過1周，卻又明顯大于正常觀測值的殘差2.2 基線解算的質(zhì)量控制指標(biāo)基線解算的質(zhì)量控制是通過質(zhì)量控制指標(biāo)來體現(xiàn)基線的觀測質(zhì)量基線解算的質(zhì)量控制指標(biāo)包括單位權(quán)方差因子、RMS、Ratio、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、重復(fù)基線較差等基線

18、向量質(zhì)量控制的目的是為后續(xù)數(shù)據(jù)處理分析提供合格的基線向量結(jié)果基線質(zhì)量控制指標(biāo)可分為相對指標(biāo)、半相對指標(biāo)、絕對指標(biāo)相對指標(biāo)只是對解算質(zhì)量的一般性評價，無法準確判定解算質(zhì)量合格與否；半相對指標(biāo)可確定質(zhì)量是否不合格，卻無法準確判定質(zhì)量是否合格；絕對指標(biāo)可確切判定質(zhì)量合格與否2.2.1 相對坐標(biāo) = 1 * GB2 單位權(quán)方差因子 (參考因子 ) (2-2)其中 觀測值的殘差；觀測值的權(quán)；自由度單位權(quán)方差因子以mm為單位，該值越小，表明基線的觀測值殘差越小且相對集中，觀測質(zhì)量也較好，可在一定程度上反映觀測值質(zhì)量的優(yōu)劣 = 2 * GB2 觀測值殘差的均方根RMS (2-3)其中 觀測值的殘差；觀測值的

19、數(shù)量RMS表明了觀測值與參數(shù)估值間的符合程度，觀測質(zhì)量越好，RMS就越小 = 3 * GB2 數(shù)據(jù)剔除率基線解算過程中，當(dāng)觀測值的改正數(shù)大于某一閾值時，則認為該觀測值含有粗差，就需要將含有粗差的觀測值剔除，被剔除的觀測值與觀測值總數(shù)的比值即為數(shù)據(jù)剔除率數(shù)據(jù)剔除率從一定程度上反映了原始觀測值的質(zhì)量，該值越高說明觀測值的質(zhì)量越差GPS測量技術(shù)規(guī)范一般規(guī)定，同一時段觀測值的數(shù)據(jù)剔除率應(yīng)小于10% = 4 * GB2 比率RATIO (2-4)由公式可看出：該值大于或等于1，反映了所確定整周未知數(shù)的可靠性，值越大，可靠性越高它既與觀測值的質(zhì)量有關(guān)；也與觀測條件的好壞有關(guān)，通常觀測時衛(wèi)星數(shù)量越多，分布越

20、均勻；觀測時間越長，觀測條件也越好 = 5 * GB2 相對幾何強度因子RDOP (2-5)RDOP值的大小與基線位置和衛(wèi)星在空間的幾何分布及運行軌跡有關(guān)，當(dāng)基線位置確定后，RDOP值就只與觀測條件有關(guān)，RDOP值的大小取決于觀測條件的好壞，不受觀測值質(zhì)量好壞的影響目前RDOP值只能由數(shù)據(jù)處理后獲得以上是判定基線解算質(zhì)量的相對指標(biāo)，它們只是在一定程度上反映觀測值質(zhì)量的優(yōu)劣，還無法判定基線解算質(zhì)量是否合格根據(jù)理論分析與實踐經(jīng)驗，RMS和Ratio參數(shù)的質(zhì)量如表2-1所示4表2-1 RMS、Ratio主要參數(shù)質(zhì)量基線長(km)RatioRMS/周01010202030 3.0 2.8 2.6 0.

21、02 0.06 0.06 0.09 0.09 半相對指標(biāo)(同步環(huán)閉合差)同步環(huán)閉合差指同步觀測基線所組成的閉合環(huán)閉合差從理論上講，同步觀測基線間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，從而使同步環(huán)閉合差三維向量總和為0只要基線解算數(shù)學(xué)模型正確，數(shù)據(jù)處理無誤，即使觀測值質(zhì)量不好，同步環(huán)閉合差也有可能非常小所以，同步環(huán)閉合差不超限，不能說明環(huán)中所有基線質(zhì)量合格；同步環(huán)閉合差超限肯定表明閉合環(huán)中至少有1條基線向量有問題比如說，鐵路工程GPS平面控制網(wǎng)同步環(huán)閉合差應(yīng)符合全球定位系統(tǒng)(GPS)鐵路測量規(guī)程(TB10054-97)式31614-1的要求5就理論而言，在同一觀測時段所形成的閉合環(huán)稱為同步環(huán)但

22、實際觀測過程中，由于各種原因，如某臺儀器未能準時到位，不同儀器接收不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)或觀測過程中儀器、信號出現(xiàn)短暫故障等，同一組觀測沒有同時段觀測，嚴格講不能稱同步觀測，也就不能稱為同步環(huán)但在實際作業(yè)中這樣的環(huán)閉合差還是有很大的參考價值2.2.3絕對質(zhì)量指標(biāo) = 1 * GB2 異步環(huán)閉合差異步環(huán)閉合差指相互獨立的基線組成閉合環(huán)的三維向量閉合差異步環(huán)閉合差滿足限差要求，說明組成異步環(huán)的所有基線向量質(zhì)量合格；當(dāng)異步環(huán)閉合差不滿足限差要求時，則表明組成異步環(huán)的基線向量中至少有1條基線向量的質(zhì)量有問題若要確定哪些基線向量不合格，可以通過多個相鄰的異步環(huán)閉合差檢驗或重復(fù)觀測基線較差來確定在實際作業(yè)中，將各基

23、線同步觀測時間少于觀測時間的所組成的閉合環(huán)按異步環(huán)處理6 = 2 * GB2 重復(fù)觀測基線較差重復(fù)觀測基線較差指不同觀測時段，對同一條基線進行重復(fù)觀測的觀測值間的差異，當(dāng)其滿足限差要求時，說明基線向量解算合格；當(dāng)不滿足時，則說明至少有一個時段觀測的基線有問題，這條基線可通過多條復(fù)測基線來判定哪個時段的基線觀測值有問題絕對質(zhì)量指標(biāo)是判定基線質(zhì)量合格與否的重要參數(shù)，在進行網(wǎng)平差之前一定要進行這兩項指標(biāo)的計算與檢驗，一般情況下，網(wǎng)中所有基線均應(yīng)進行異步環(huán)閉合差檢驗2.3 提高基線解算質(zhì)量的措施影響GPS觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素較多也較為復(fù)雜，如衛(wèi)星的周跳、星歷誤差、對流層及電離層影響、多路徑誤差、無線電干

24、擾、不明因素影響及起算點誤差過大等都會影響基線解算，多數(shù)隨機軟件都會使用默認的參數(shù)進行解算，用戶查看基線解算報告，并對基線質(zhì)量進行分析，當(dāng)有不理想基線存在時，應(yīng)當(dāng)對其進行優(yōu)化，優(yōu)化的過程其實就是用戶手工干預(yù)解算的過程，主要通過以下幾種方法達到提高基線精度的目的2.3.1 提高起算點坐標(biāo)精度基線解算時軟件必須固定一個點的WGS-84作為起算坐標(biāo)，該固定點的選取非常重要，因為該起算點的坐標(biāo)精度將會對基線解算結(jié)果的精度產(chǎn)生影響根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備和技術(shù)水平，要準確定位一個點的WGS-84坐標(biāo)還有一定的困難，可以采取測區(qū)內(nèi)觀測時間較長的點，或者以前有觀測數(shù)據(jù)的點的平均值作為起算數(shù)據(jù)，因此，在尚未精確地獲得地

25、方坐標(biāo)系與WGS-84系的轉(zhuǎn)換參數(shù)的條件下，要提高固定點的精度，通?？捎靡韵路椒ǎ哼x擇測區(qū)中心部位的某點獨立觀測兩次或者多次6，每次觀測時間較長的點位，取其平均值作為全網(wǎng)基線解算的起算點，以提高基線解算的精度2.3.2 刪除或優(yōu)化衛(wèi)星組合GPS接收機往往不可能一直保持對同一顆衛(wèi)星的同步觀測，個別或少數(shù)衛(wèi)星觀測時間太短導(dǎo)致失鎖，且接收到的每個衛(wèi)星的星歷信息時間長短不一，但是軟件默認的解算是把衛(wèi)星的所有接收數(shù)據(jù)參加解算，這樣解算造成部分衛(wèi)星的整周模糊度難以準確確定，解算精度較低，為此，有必要對所接收衛(wèi)星進行篩選，篩選要考慮圖形強度因子GDOP值的變化，RATIO值的大小以及參考方差因子的大小等一些

26、參數(shù)，在篩選衛(wèi)星時可以采取先屏蔽一些可能失鎖的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，進行解算查看相關(guān)指標(biāo)，不要輕易刪除某顆衛(wèi)星，因為去掉某一顆衛(wèi)星就意味著衛(wèi)星的方位及GDOP值將發(fā)生變化具體可以通過觀察衛(wèi)星相位跟蹤圖，能直觀地看到觀測到的各顆衛(wèi)星的出、沒時間經(jīng)驗表明：在不出現(xiàn)周跳的情況下不少于規(guī)范規(guī)定的觀測時間是必須的，當(dāng)基線無固定解時，在基線報告中可以看到各顆衛(wèi)星的整周模糊度及其誤差也需要延長其觀測時間，對短基線來說觀測時間過長，衛(wèi)星時鐘差引起的模糊度求解誤差就大，所有進行衛(wèi)星刪除優(yōu)化時要綜合考慮某顆衛(wèi)星對網(wǎng)內(nèi)其它基線的影響72.3.3 調(diào)整衛(wèi)星截止高度角等控制參數(shù)主要是通過調(diào)整衛(wèi)星截止高度角和采樣間隔歷元數(shù)等手段來提

27、高基線解算質(zhì)量在基線解算時，當(dāng)觀測到的GPS衛(wèi)星數(shù)目足夠多時，可適當(dāng)調(diào)高衛(wèi)星截止高度角；反之，可適當(dāng)降低高度角，讓更多的衛(wèi)星數(shù)據(jù)參與解算，似乎有一定的益處而實際上，增大高度角雖可提高相位觀測值的精度，但會使衛(wèi)星圖形強度變?nèi)?，影響到坐?biāo)精度，因此，調(diào)高高度角是徒勞的；降低高度角，可能有更小的中誤差值，但此時對流層誤差的影響特別嚴重，也會得不償失7因此，衛(wèi)星截止高度角以15為好；對于同步觀測時間短的基線，可適當(dāng)增加歷元間隔，讓更多的觀測數(shù)據(jù)參加解算，既考慮到觀測的時間長短又要顧及到歷元間隔（采樣率），通常靜態(tài)觀測的采樣率以為宜；另外還可以通過改變對流層修正模型、電離層改正模型的方法來優(yōu)化基線解算方

28、法2.3.4 截取觀測時段由于觀測的時間大小及天空衛(wèi)星分布的原因，有時候通過衛(wèi)星刪除或者優(yōu)化選擇仍然難以達到高精度解算基線的條件，需要對保留衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)進行有選擇的截取在基線自動處理結(jié)果中通過查看基線的RATIO值偏小的那些基線和查看其衛(wèi)星殘差圖，使用軟件提供的工具對某些信號頻繁中斷的時段對某顆衛(wèi)星或者多顆衛(wèi)星進行截取，不讓其參加基線解算，但是截取要確保有效的觀測時段不少于15min8，所以在進行外業(yè)觀測特別是長基線觀測的時候要增大觀測時間，保證內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時有足夠的觀測數(shù)據(jù)進行高質(zhì)量解算基線經(jīng)驗證明：外業(yè)數(shù)據(jù)采集時可以對GPS接收機進行提前預(yù)熱、增加觀測時間、避免大面積水體等導(dǎo)致多路徑效應(yīng)

29、發(fā)生以及避開中午11：30-13：30時段作業(yè)等手段，以確保觀測數(shù)據(jù)的精度3 GPS控制網(wǎng)基線解算實例3.1 解算軟件HGO（Hi-Target Geomatics Office）軟件，全名“HGO數(shù)據(jù)處理軟件包”，是中海達在十多年的后處理軟件運用與用戶體驗改進的基礎(chǔ)上繼HDS2003軟件后推出的第二代靜態(tài)解算軟件該軟件用于高精度測量用戶的基線數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)平差，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換該軟件設(shè)計支持GPS、GLONASS、BDS多系統(tǒng)解算，支持靜態(tài)，動態(tài)（走走停停，后處理RTK）等多種作業(yè)模式具有全新第二代基線處理引擎，能夠解算超長時間的靜態(tài)數(shù)據(jù)，并能智能剔除粗差數(shù)據(jù)，使用戶的基線處理變得簡單采用全新的網(wǎng)平差

30、模塊，能進行WGS84系統(tǒng)下三維自由網(wǎng)平差、約束平差、當(dāng)?shù)丶s束平差等工作并且配套完整的解決軟件工具，包括全新的Rinex轉(zhuǎn)換軟件ConvertRinex、星歷預(yù)報軟件StarReport、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件CoordTool、精密星歷下載軟件SP3Gate等103.1.1 HGO軟件基線解算原理像其他基線計算軟件一樣，HGO基線解算的工作流程是基線解算原理在計算機上的實現(xiàn)，既分三個階段進行第一階段進行初始平差，解算出整周未知數(shù)參數(shù)和基線向量的浮動解；在第二階段，將整周未知數(shù)固定成整數(shù)；在第三階段，將確定了的整周未知數(shù)作為已知值，僅將待定的測站坐標(biāo)作為未知參數(shù)，再次進行平差解算，解求出基線向量的固定解

31、93.1.2 HGO基線解算的優(yōu)缺點HGO軟件的優(yōu)點在于界面友好，操作方便（如圖3-1所示），其解算出來的結(jié)果可以直接在平差軟件中進行讀取10，并且兼顧了同步觀測基線間的相關(guān)性；缺點在于沒有提供向標(biāo)準Renix格式轉(zhuǎn)化的工具，使數(shù)據(jù)導(dǎo)入工作變得復(fù)雜圖3-1 HGO操作界面3.2 數(shù)據(jù)簡介由于本文只側(cè)重于基線解算方法和質(zhì)量控制的研究，于是將武漢市某地GPS數(shù)據(jù)作為實例數(shù)據(jù)1.數(shù)據(jù)鏈接： HYPERLINK /html/ziyuanxiazai/shujuxiazai/2009/0603/592.html http：/html/ziyuanxiazai/shujuxiazai/2009/0603/

32、592.html此次觀測開始于2009年1月21日，觀測時間為一天，并且采用該框架建立實時觀測數(shù)據(jù)在該GPS控制網(wǎng)中，采用若干臺臺AT2200雙頻GPS接收機以快速靜態(tài)作業(yè)模式進行施測，采樣率為120，觀測時RDOP6，截止高度角為15 3.3 基線解算基線解算的控制參數(shù)用以確定數(shù)據(jù)處理軟件采用何種處理方法來進行基線解算，設(shè)定基線解算的控制參數(shù)是基線解算時的一個非常重要的環(huán)節(jié)，通過控制參數(shù)的設(shè)定，可以實現(xiàn)基線的精化處理數(shù)據(jù)由若干臺接收機觀測1天測得其中單天觀測24h，采樣率為120s，衛(wèi)星高度截止角15，采用衛(wèi)星廣播星歷且已知該網(wǎng)嚴格按照全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范（GB/T 18314-2

33、001）實施布設(shè)3.3.1 基線解算步驟 = 1 * GB2 打開HGO軟件，新建項目并設(shè)置項目屬性限差選用全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范2009版，單擊確定 = 2 * GB2 本次實驗中坐標(biāo)系統(tǒng)選為默認，如圖3-2所示，單擊確定圖3-2 設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng) = 3 * GB2 導(dǎo)入文件根據(jù)測量數(shù)據(jù)格式選擇Rinex文件，單擊導(dǎo)入文件由于不同公司的解算軟件對某種數(shù)據(jù)格式都有其相對的適應(yīng)性，為了方便在不同軟件平臺都能進行GPS數(shù)據(jù)處理操作，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式Rinex應(yīng)運而生Rinex常見的數(shù)據(jù)格式有OBS和O兩種，由于GPS信息量往往比較大，為了便于儲存，就有了O的壓縮文件格式D也就是說，在每次數(shù)據(jù)處理

34、前都要在將D文件轉(zhuǎn)換為O文件，這無疑增加了數(shù)據(jù)處理的工作量以下就對這一轉(zhuǎn)化過程進行簡要說明： = 1 * GB3 下載觀測數(shù)據(jù)*.d.Z，將其解壓為D文件，放于某一目錄，下載廣播星歷文件，放于同一目錄 = 2 * GB3 下載CRX2RNX.exe，放于該目錄 = 3 * GB3 單擊開始，運行按格式輸入文件目錄，如D：001crx2rnx hyde0210.09d，單擊確定 = 4 * GB2 選擇轉(zhuǎn)換后的觀測文件導(dǎo)入軟件，為觀測數(shù)據(jù)增加廣播星歷 = 5 * GB2 得到觀測數(shù)據(jù)的平面圖，觀察基線和點的情況，并搜索全部重復(fù)基線和閉合環(huán) = 6 * GB2 選取其中未出現(xiàn)失鎖，且觀測時間適中的

35、衛(wèi)星通過觀察基線殘差序列圖結(jié)合相對質(zhì)量指標(biāo)進行篩選如圖3所示，G31，G32由于觀測時間過短，將不參與解算圖3-3 刪除或優(yōu)化衛(wèi)星組合 = 7 * GB2 控制衛(wèi)星數(shù)量適中，調(diào)整同步觀測時間可以通過設(shè)置處理選項調(diào)整高度截止角控制衛(wèi)星數(shù)適中，通過適當(dāng)增加歷元間隔，讓更多的觀測數(shù)據(jù)參加解算本次解算中，高度截止角15，歷元間隔120滿足要求參數(shù)處理過程如圖3-4所示圖3-4 調(diào)整控制參數(shù) = 8 * GB2 截取觀測時段，優(yōu)化數(shù)據(jù)質(zhì)量對于在基線自動處理結(jié)果中Ratio值偏小的那些基線，或者通過查看其衛(wèi)星殘差圖某些信號頻繁中斷的時段應(yīng)對某顆衛(wèi)星或者多顆衛(wèi)星進行截取，不讓其參加基線解算，處理過程見圖3-

36、5圖3-5 截取觀測時段 = 9 * GB2 因為基線數(shù)量較多，我們選取某一基線加以說明，旨在說明基線解算方法選中該基線，點擊左邊框“處理”功能鍵 = 10 * GB2 得到基線解算結(jié)果見表3-1，詳細的解算報告見附錄1表3-1 處理后的基線解算結(jié)果解類型DX(m)DY(m)DZ(m)中誤差_DX(mm)中誤差_DY(mm)中誤差_DZ(mm)RMS(mm)三差_L1L2631.291425279.93941101.7027.6浮動_Lw631.311925279.91071101.72851.21.00.714.9固定_Lw631.306325279.90481101.7

37、2413.5浮動_Lc631.304925279.93451101.72010.3固定_Lc631.307725279.93941101.722 精度評定由表3-1可知，基線解算結(jié)果中的RMS值均小于0.15m，即小于表2-1中RMS的技術(shù)指標(biāo)軟件中Ratio的限值為2.6，同樣沒有超出限值如果使用一般方法進行基線解算，也就是不進行基線數(shù)據(jù)預(yù)處理，我們將得到不同的解算結(jié)果具體見表3-2表3-2 處理前的基線解算結(jié)果解類型DX(m)DY(m)DZ(m)中誤差_DX(mm)中誤差_DY(mm)中誤差_DZ(mm)RMS(

38、mm)三差_L1L2631.295625279.94581101.7087.6浮動_Lw631.310825279.91911101.73021.0固定_Lw631.303925279.91041101.72661.00.50.926.7浮動_Lc631.305225279.93851101.723010.7固定_Lc631.307725279.94041101.72411.9也就是使用上述方法對基線解算精度提高的效果是明顯的需要說明的是，HGO軟件解算時采用廣播星歷，并加入了對流層與電離層模型廣播星歷調(diào)制在衛(wèi)星的導(dǎo)

39、航電文中，由接收機接收觀測數(shù)據(jù)時一并得到，它屬于WGS-84坐標(biāo)3.3.3 基線解算的過程中的幾個關(guān)鍵點 = 1 * GB2 星鐘差的模型改正（用廣播星歷中的鐘差參數(shù)）； = 2 * GB2 接收機鐘差的模型改正（用根據(jù)偽距觀測值計算出的鐘差）； = 3 * GB2 電離層折射影響用LC觀測值消除； = 4 * GB2 對流層折射根據(jù)標(biāo)準大氣模型用薩斯坦莫寧模型改正，采用分段線性的方法估算折射量偏差數(shù)； = 5 * GB2 衛(wèi)星和天線座底部相位中心改正，接收機天線L1、L2相位中心偏差采用軟件的設(shè)定值； = 6 * GB2 測站位置的潮汐改正； = 7 * GB2 衛(wèi)星截止高度角為15，歷元間

40、隔為120s； = 8 * GB2 所有GPS站的基線解算均歸算到測站標(biāo)石中心4 結(jié)論 為了提高GPS基線解算成果的質(zhì)量，許多技術(shù)人員從不同的角度對這一問題進行了探討，并且相應(yīng)的提出了許多很有借鑒意義的方法，本文在這些成果的基礎(chǔ)上，對基線解算結(jié)果質(zhì)量評定指標(biāo)進行了總結(jié)，并且提出了基線解算結(jié)果質(zhì)量控制的一些措施，對改善GPS 數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量作出了比較有益的探索 = 1 * GB2 影響GPS基線向量解算質(zhì)量的因素較多，只有分析判別出影響GPS基線解算結(jié)果的主要因素，并通過精化處理，才能獲得高質(zhì)量的定位點坐標(biāo)和基線向量本文通過以Hi-Target Geomatics Office軟件為例，提出了影

41、響GPS基線解算的五大重要因素的解決方法，并對GPS定位及基線解算的原理進行了詳細的說明 = 2 * GB2 對于基線解算質(zhì)量的判定，比較簡單實用的方法是在條件允許時利用全站儀重復(fù)觀測基線，看能否滿足重復(fù)觀測基線較差的限差要求 = 3 * GB2 觀測條件是影響基線解算質(zhì)量的基本因素觀測條件指觀測點位置和觀測時段觀測點位置主要受多路徑效應(yīng)及無線電干擾的影響；因此，選點埋樁時就應(yīng)盡量避開高大建筑物、大面積水域、大功率無線電發(fā)射裝置等不利于GPS作業(yè)的地方觀測時段的選擇主要根據(jù)衛(wèi)星星歷預(yù)報圖和衛(wèi)星星座相對測區(qū)的數(shù)量和幾何分布作業(yè)時應(yīng)選擇最佳觀測時間11 = 4 * GB2 當(dāng)天的測量數(shù)據(jù)要及時處理

42、，檢查基線各項指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求若存在問題，則通過分析基線的殘差圖，判斷影響基線解算結(jié)果質(zhì)量的因素，然后通過采取本文提到的措施對基線進行優(yōu)化處理 = 5 * GB2 基線解算時采取刪衛(wèi)星、截時段、改變衛(wèi)星截止高度角以及改變控制參數(shù)等措施時，一定要慎重，不能簡單處理，要多比較和試算，選擇最佳質(zhì)量的解算成果有時浮動解比固定解質(zhì)量還要好參 考 文 獻1 李征航，黃勁松.GPS測量原理及應(yīng)用M.武漢：武漢大學(xué)2005：223-224.2 崔衛(wèi)磊，唐斌，李建飛等關(guān)于GPS基線解算以及質(zhì)量控制的探討J勘察科學(xué)技術(shù)，2012(4)：58.3 張俊，王仁波，魏雄GPS基線解算方法J中國高新技術(shù)企業(yè)，2008

43、(16)： 1204 馬少君GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法研究D上海：同濟大學(xué)2008：30-325 王國祥GPS基線解算與質(zhì)量控制J鐵道勘察，2005(6)：7-86 劉兵，王方榮起算點對GPS控制網(wǎng)的影響及質(zhì)量控制J測繪與空間地理信息，2012，6(6)：1187 張海港，張國梁GPS控制網(wǎng)基線解算優(yōu)化方法探討J全球定位系統(tǒng)， 2012，8(4)：748 張萌，丁克良GPS基線解算質(zhì)量優(yōu)化方法的研究J城市勘測，2012(4)：97-989 趙勇GPS基線解算的基本理論與軟件實現(xiàn)D安徽：安徽理工大學(xué)2010：8-1410 HYPERLINK /link?url=9iVTGJqjJ4zBBpC8yD

44、F8xDh8vibi46BpE8QUr9UONBu t _blank 廣州中海達衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司HGO數(shù)據(jù)處理軟件包使用說明書Z，2012：55-7011 王天倉，張照杰等 GPS控制網(wǎng)的布設(shè)原則及優(yōu)化設(shè)計探討J測繪通報，2009（6）：28-29 The study on Quality Control and GPS Baseline SolutionAbstract：In the process of GPS control Network layout，there are such influencing factors as the initial data quality

45、problems，too short for oberservtion，too much for cycle clips，multipath effect etc. Because of the influence of these factors，the baseline what we measured may not up to standardThis requires the solution of numerical process to eliminate or weaken the influence of these factors on the baseline to ob

46、tain the high-quality baseline dataThis paper introduces the principle，principle，classification，influence factors of GPS baseline quality as well as the baseline quality control index of baseline solutionTaking the control network data somewhere in Wuhan as referance，comebined with the HGO baseline

47、solution software to explain the basic steps of baseline solution and the quality control methodsKey words：GPS control network；basline solution；Wuhan；HGO；quality control methods附 錄1.詳細的基線解算報告(1)參考站信息參數(shù)值點名：13407S012點號：MADRWGS84 X(m)：4849202.3940WGS84 Y(m)：-360328.9929WGS84 Z(m)：4114913.1862WGS84 緯度04

48、0：25：44.98227NWGS84 經(jīng)度004：14：58.77353WWGS84 橢球高(m)：829.4557接收機類型：ASHTECH Z-XII3接收機型號：CC00接收機編號：LP03574天線類型：AOAD/M_T NONE天線型號：天線高(m)0.0254量測至：天線座底部(2)移動站參數(shù)值點名：13406M001點號：VILLWGS84 X(m)：4849833.7017WGS84 Y(m)：-335049.0535WGS84 Z(m)：4116014.9091WGS84 緯度040：26：36.93510NWGS84 經(jīng)度003：57：07.12636WWGS84 橢球高

49、(m)：647.3350接收機類型：ASHTECH UZ-12接收機型號：NAV CD00接收機編號：UC1200347003天線類型：AOAD/M_T NONE天線型號：天線高(m)0.0437量測至：天線座底部(3)解算控制參數(shù)參數(shù)值開始時間：2009/1/21 8：00：00結(jié)束時間：2009/1/22 7：59：30間隔：120解算模式：AutoLc 解算距離m：10000粗差容忍系數(shù)：3.5Ratio 值限制：1.2高度截止角：15對流層模型：Hopfield軌道類型：廣播星歷單頻基線解算長度限制m：30000(4)衛(wèi)星跟蹤(5)基線解算結(jié)果解類型DX(m)DY(m)DZ(m)中誤差

50、_DX(mm)中誤差_DY(mm)中誤差_DZ(mm)RMS(mm)三差_L1L2631.291425279.93941101.70278.610.05.67.9浮動_Lw631.311925279.91071101.72851.72.01.214.9固定_Lw631.306325279.90481101.72413.5浮動_Lc631.304925279.93451101.72020.91.00.611.3固定_Lc631.307725279.93941101.72213.1(6)整周模糊度a.浮動解情況(Lw)系統(tǒng)衛(wèi)星號WeekSeconds間隔浮動

51、解標(biāo)準差使用星數(shù)棄用歷元RMSGPS2715152592001200-5.97380.00811100.0192GPS2815152592002520-4.00010.00582200.0253GPS2615152592005280-4.01000.00394500.0154GPS1715152592007560-7.00600.00386300.0263GPS1815152592009120-2.99240.00407700.0195GPS221515261480744039999996.00220.00446300.0250GPS301515264360456019999996.00390

52、.00493700.0284GPS1415152666402280-5.99790.00642000.0191GPS215152737205160-20000004.98690.00484300.0255GPS1415152737207200-19999999.99100.00376100.0152GPS301515273720129601.98960.002510900.0139GPS24151527732010800-19999998.00950.00289010.0175GPS2115152787609360-20000000.00400.00317900.0188GPS16151528

53、044076802.00420.00426500.0165GPS615152846403480-19999997.99370.00603000.0215GPS291515288240108019999997.99940.00931000.0471GPS24151528824016800.02540.00761400.0265GPS2115152882408280-2.00650.00387000.0262GPS1615152882401212019999999.98830.002710020.0234GPS181515289440112802.99180.00329500.0259GPS221

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59、-19999999.99660.00279500.0185GPS10151533180013680-4.98820.002711400.0136GPS25151533228021600.98460.00641900.0192GPS241515332280876020000005.01120.00407400.0230GPS261515332280132005.01540.002811100.0117GPS151515334080114000.02000.00349400.0185GPS281515334440110403.99950.00279300.0214GPS18151534272027

60、606.01050.00622400.0342GPS17151534416013207.00740.00741200.0240b.固定解情況(Lw)系統(tǒng)衛(wèi)星號WeekSeconds間隔固定解Ratio使用星數(shù)棄用歷元RMSGPS2715152592001200-64.31100.0294GPS2815152592002520-44.32200.0257GPS2615152592005280-44.34500.0182GPS1715152592007560-74.36300.0265GPS1815152592009120-34.37700.0246GPS221515261480744039999