gps中igs基準(zhǔn)站的選取

gps中igs基準(zhǔn)站的選取

對(duì)于高精度gps數(shù)據(jù)處理，選擇合適的數(shù)據(jù)處理站非常重要。如果選擇不足，系統(tǒng)對(duì)結(jié)果的影響將是系統(tǒng)的。而對(duì)于較大范圍的GPS數(shù)據(jù)處理來(lái)講,一般都選擇具有高精度地心坐標(biāo)的IGS基準(zhǔn)站。因此,國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)GPS數(shù)據(jù)處理的IGS站點(diǎn)選取進(jìn)行了探討,但對(duì)于IGS站點(diǎn)的選取原則還沒(méi)有較好結(jié)果。本文基于JSCORS站點(diǎn)的計(jì)算對(duì)其進(jìn)行深入研究,并得到較好的結(jié)果,為較大范圍高精度的GPS數(shù)據(jù)處理提供IGS選取依據(jù)。一、選擇igs站點(diǎn)的重要性1.影響dz=dhsinb的因素如圖1所示,設(shè)地面點(diǎn)P,其大地坐標(biāo)為(B,L,H),相應(yīng)的空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(X,Y,Z)。設(shè)P點(diǎn)高程有dH的誤差,則其對(duì)Z坐標(biāo)的誤差影響為dZ=dHsinB(1)則mZ=mHsinB(2)由式(2)可看出,H的誤差直接影響到Z的精度,且與緯度B成正弦關(guān)系,即H對(duì)Z的影響在南北半球符號(hào)相反,緯度越高,H對(duì)Z的影響越大;當(dāng)B等于90°時(shí),H的誤差值就等于Z的誤差值。因此同時(shí)選取南北半球的IGS站點(diǎn)作為起算控制點(diǎn),可以起到相互抵償?shù)男Ч?且緯度越低H對(duì)Z的影響越小,也就是說(shuō)在赤道附近的站點(diǎn)應(yīng)優(yōu)先考慮,但如果全部選擇赤道附近的站點(diǎn),所構(gòu)成的圖形分布不佳,最終解算結(jié)果也不是最優(yōu)的。2.關(guān)于基準(zhǔn)站與區(qū)域gps網(wǎng)的平差I(lǐng)GS基準(zhǔn)站選取的點(diǎn)位分布不同,將產(chǎn)生不同的結(jié)果?；鶞?zhǔn)站的選取除從幾何上考慮外,還應(yīng)有足夠的數(shù)量,以獲得所需要的統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度。當(dāng)選定IGS基準(zhǔn)站與區(qū)域GPS網(wǎng)一起平差時(shí),平差模型及解為式中其中,PI為IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)向量XI的先驗(yàn)權(quán)陣。由上式可知,平差后GPS點(diǎn)坐標(biāo)精度不僅與觀測(cè)精度PΔ和IGS基準(zhǔn)站的先驗(yàn)權(quán)有關(guān),還與系數(shù)陣A1,A2有關(guān),即與所選IGS基準(zhǔn)站的位置和數(shù)目有關(guān)。由以上討論可知,IGS基站的選取所涉及的內(nèi)容很多,不同的圖形分布、不同的選取個(gè)數(shù)、不同的距離等都對(duì)最后的計(jì)算結(jié)果有影響。本文主要研究不同圖形分布及不同選取個(gè)數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。二、ernet科研版軟件本次試驗(yàn)采用GAMIT軟件和武漢大學(xué)編制的POWERNET科研版軟件進(jìn)行解算。以中國(guó)地區(qū)的IGS站KUNM,WUHN,BJFS,URUM,LHAS作為未知點(diǎn),其他地方的IGS作為已知點(diǎn)。1.gamit參數(shù)設(shè)置GAMIT軟件進(jìn)行解算時(shí),其主要參數(shù)設(shè)置如表1。2.不同圖形分布的測(cè)試(1)ysak,yssk,pol2,動(dòng)圖2,5在IGS站點(diǎn)選取上,有以下四種:①均位于北半球;②全部分布在南半球;③全部分布在赤道;④南北半球平均分布。每種方案所選站點(diǎn)如下:①HYDE,GUAM,YSSK,IRKT/GUAM,YSSK,POL2,RAMO;②LAEL,BAKO,COCO,NTUS/BAKO,LAEL,ALIC,COCO;③TWTF,GUAM,HYDE,PIMO/GMAD,PIMO,GUUG,HYDE;④YAKT,ALIC,KOKB,DAKA/YAKT,NNOR,MAS1,MKEA。(2)關(guān)于南/北方向精度選取的igs站點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)的選取方案從表2中可以看出,對(duì)于高程來(lái)講,選取南北半球?qū)ΨQ的IGS站點(diǎn)得到的結(jié)果誤差小,其次是全部選擇北半球,全部為赤道附近,最后為全部為南半球;對(duì)于平面方向上來(lái)講,為選取均勻分布于待求點(diǎn)周圍的IGS時(shí),其精度最好,其次是位于南北半球平均分布,赤道,最后為南半球。分析其原因,對(duì)于高程Z值的精度來(lái)講,之所以選取南北半球?qū)ΨQ的IGS站點(diǎn)時(shí),Z值精度最好,是因?yàn)閆坐標(biāo)誤差隨緯度B的變化曲線南北半球正好相反,同時(shí)選取南北半球?qū)ΨQ的IGS站點(diǎn)具有相互抵償性;對(duì)于方案②③來(lái)講,其圖形分布較為相似,但其精度相差較大。其原因是方案②選取的IGS站點(diǎn)均分布在赤道附近,但其精度又比方案①和④較差,是因?yàn)樗鼈兊膱D形分布較為均勻,這也說(shuō)明了計(jì)算結(jié)果不僅與IGS站點(diǎn)的位置有關(guān),還與其圖形分布有關(guān)。由以上結(jié)果可知,對(duì)于不同的目的選取的IGS站點(diǎn)方案應(yīng)有所區(qū)別。在對(duì)平面方向精度要求較高時(shí),應(yīng)選取未知點(diǎn)周圍的,并且分布均勻的IGS站點(diǎn)作為約束,進(jìn)行聯(lián)合平差;但是對(duì)于高程精度要求較高的情況,應(yīng)選取南北半球?qū)ΨQ的IGS站作為約束站點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合平差;對(duì)于平面和高程精度要求均高的情況,首先選取南北半球分布均勻的IGS站點(diǎn),如果精度不能滿足要求,可以采用平面和高程分別計(jì)算,直到滿足要求。3.igs位點(diǎn)的個(gè)數(shù)到達(dá)一定的部位為了全面地反應(yīng)不同IGS站點(diǎn)數(shù)對(duì)區(qū)域GPS解算結(jié)果的影響,本實(shí)驗(yàn)分別對(duì)選取全部分布于北半球、分布于南北半球、分布于全球等多種分布方案的不同IGS站點(diǎn)個(gè)數(shù)從2個(gè)到12個(gè)作了計(jì)算分析,并分別對(duì)基線計(jì)算結(jié)果的內(nèi)符合精度和外符合精度進(jìn)行了比較(在計(jì)算時(shí),假設(shè)SOPAC公布的IGS站坐標(biāo)為真值,即用該真值與計(jì)算結(jié)果得到外符合精度,內(nèi)符合精度直接從GAMIT軟件得到的O文件中獲取),其結(jié)果如圖2所示。圖2為各基線分量分別在X,Y,Z三個(gè)方向上的內(nèi)符合精度折線圖,由圖2可知,隨著IGS點(diǎn)數(shù)的增加,基線計(jì)算結(jié)果的內(nèi)符合精度逐漸降低,但I(xiàn)GS站點(diǎn)的個(gè)數(shù)到達(dá)一定的個(gè)數(shù)時(shí),基線結(jié)果的內(nèi)符合精度趨于穩(wěn)定。分別選取了52,57,62個(gè)IGS站點(diǎn)進(jìn)行基線結(jié)算,得到的基線精度僅僅比選取13個(gè)IGS站點(diǎn)得到的精度小±0.0007。該結(jié)果正好與以上結(jié)論相吻合。為全面反映該方案的效果,對(duì)計(jì)算結(jié)果的外符合精度也進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果如圖3所示。由圖3可知,基線結(jié)果的外符合精度并非是隨IGS站點(diǎn)的個(gè)數(shù)增加而降低的,但是對(duì)于Z方向的誤差來(lái)說(shuō),當(dāng)IGS點(diǎn)數(shù)到達(dá)5～7個(gè)時(shí)是最為穩(wěn)定的,之后將IGS點(diǎn)數(shù)增加到12時(shí),外符合精度并沒(méi)有發(fā)生變化。相反的,IGS點(diǎn)數(shù)超過(guò)13時(shí),精度反而有降低的趨勢(shì)。也做了52,57,62個(gè)IGS點(diǎn)的試驗(yàn),由它們得到的基線結(jié)果在外符合精度上反而比IGS點(diǎn)數(shù)為5～7個(gè)時(shí)的精度差。從圖2、圖3可看出,在計(jì)算區(qū)域GPS網(wǎng)時(shí),對(duì)于內(nèi)符合精度來(lái)說(shuō),基線結(jié)果隨著IGS點(diǎn)數(shù)的增加,精度有提高的趨勢(shì),但當(dāng)IGS點(diǎn)數(shù)到達(dá)一定值時(shí),精度不再提高,表現(xiàn)趨于穩(wěn)定。對(duì)外符合精度來(lái)說(shuō),并不是IGS站點(diǎn)的個(gè)數(shù)和區(qū)域GPS計(jì)算結(jié)果成正比關(guān)系。相反對(duì)于外符合精度來(lái)說(shuō),當(dāng)IGS站點(diǎn)的個(gè)數(shù)到達(dá)一定的數(shù)量后,依其計(jì)算的區(qū)域GPS誤差不是呈現(xiàn)穩(wěn)定的下降趨勢(shì),而是表現(xiàn)出不穩(wěn)定性。由上面分析可知,在計(jì)算區(qū)域GPS時(shí)選擇5～7個(gè)IGS站點(diǎn)為最佳。為了確保這一結(jié)論的正確性,分別選擇2～5個(gè)未知點(diǎn)進(jìn)行如上試驗(yàn),最終得到了相同的結(jié)論。即在進(jìn)行區(qū)域GPS時(shí)選取5～7個(gè)IGS站為最優(yōu)選擇。三、關(guān)于igs分布位置的選擇不同的IGS站點(diǎn)選取方案得到的GPS解算坐標(biāo)結(jié)果相差較大,甚至達(dá)厘米級(jí),這對(duì)于高精度GPS測(cè)量來(lái)說(shuō)是不允許的。經(jīng)研究,對(duì)于不同的要求,