殷自成 譚海洲

（1.長沙理工大學交通運輸學院，湖南長沙410004；2.長沙理工大學橋梁工程湖南省高校重點實驗室，湖南長沙410004）

0 引言

高精度GPS 動態(tài)定位是具有很廣闊的應用天地， 它可應用于工程測量領(lǐng)域，安全監(jiān)測領(lǐng)域和航空航海等領(lǐng)域，它具有用戶多樣性、速度多異性、定位實時性、數(shù)據(jù)短時性、精度要求多變性等特點。 隨著動態(tài)用戶的目的與要求的精度的不同，GPS 動態(tài)定位的方法也不同，如單點動態(tài)定位，實時差分動態(tài)定位等。

無論何種方法，動態(tài)定位要想獲得高精度的定位結(jié)果，其關(guān)鍵問題是如何快速、正確地求解整周模糊度。近二十年來，大量學者對運動過程中求解整周模糊度的方法（簡稱為OTF）進行了大量的研究，提出了各類方法，主要有雙頻偽距法，模糊度函數(shù)法等。 TRACK 模塊利用雙頻P 碼偽距觀測量和相位觀測量組合求解模糊度的方法。本文利用TRACK 模塊對短基線與長基線兩組數(shù)據(jù)進行單歷元解算， 逐歷元解出監(jiān)測點的動態(tài)軌跡， 再利用小波分析理論獲得較好的觀測數(shù)據(jù)，并且對短基線與長基線的數(shù)據(jù)進行對比，分析其優(yōu)劣。

1 TRACK 模塊

TRACK 模塊是麻省理工學院開發(fā)軟件GAMIT 中的一個動態(tài)雙差定位模塊，即動態(tài)得到動態(tài)觀測站相對于參考站的三維坐標差及單位權(quán)中誤差, 從而得到觀測站的真實運動軌跡。

TRACK 模塊采用“M-W”方法來計算寬巷模糊度：

（其中fi為Li波段的載波頻率， ?i為對應的相位觀測量；Pi為對應的偽距觀測量）

從式中可知寬巷模糊度還與基線長度無關(guān)，這是TRACK 模塊得到L1，L2模糊度的主要途徑。

TRACK 中影響GPS 觀測量精度的衛(wèi)星鐘差和軌道誤差可以采用IGS 數(shù)據(jù)中心提供的精密鐘差和星歷來消除，電離層和對流層延遲影響可以采用相關(guān)模型進行削弱。

2 高橋墩GPS 監(jiān)測點數(shù)據(jù)的實驗對比研究

第一組短基線測量方案： 采用二臺Trimble R8 系列雙頻GPS 接收機， 一臺布設在高橋墩南側(cè)半山腰集料水泥場地上的強制觀測墩上，點位穩(wěn)定，作為參考點。 監(jiān)測點選在高橋墩(206m)上面，采用有強制固定的裝置，采樣頻率為5HZ。第二組長基線測量方案：參考點采用IGS-Wuhn 站,監(jiān)測點選在高橋墩上面，與第一組短基線方案采用的監(jiān)測點是一樣的。

圖1

圖2

GPS 數(shù)據(jù)處理采用TRACK 模塊逐歷元解出監(jiān)測點的動態(tài)軌跡，即逐歷元解出監(jiān)測點相對于參考點的坐標，限于文章篇幅，僅繪出兩組方案的東西向02:59－03:59 時間段（UTC）的位移變化量,兩組數(shù)據(jù)都采用相同的時間且采樣率都歸算為30s（圖1，圖2）與其相對應時刻雙差相位觀測量RMS（圖3，圖4）。

圖3

圖4

由于TRACK 模塊采用載波相位觀測值差分進行動態(tài)相對定位且第一組短基線測量方案中基準點與監(jiān)測點的空間弦長不過一公里，可知對流層，電離層、衛(wèi)星、接收機有關(guān)的誤差可認為均已消除。 第二組長基線測量方案中基準點與監(jiān)測點的空間弦長超過500 公里，可知對流層，電離層等有關(guān)的誤差不能很好的消除，只能根據(jù)TRACK 模塊提供的相關(guān)模型進行削弱。 因此，第一組數(shù)據(jù)比第二組可靠。 同時根據(jù)橋墩的現(xiàn)場環(huán)境來看，第一組數(shù)據(jù)（短基線）主要受多路徑與GPS 測量噪聲的影響，可采用小波分析理論，削弱測量噪聲與多路徑影響，結(jié)果如圖5，圖形較好的反應了橋墩的動態(tài)位移量。 而對第二組數(shù)據(jù)而言，橋墩的變形量已淹沒于測量的誤差中，其數(shù)據(jù)的增大與觀測時段內(nèi)的觀測條件逐漸變差是相關(guān)的。

圖3， 圖4 為兩組方案相同時間段內(nèi)每個歷元的雙差相位RMS變化情況。 從圖中可以看出，第一組方案（短基線）的RMS 集中在5mm到17mm 之間，最大不超過22mm，而第二組方案（長基線）的RMS 則是比第一組RMS 大，且有一定的趨勢性即增大?？紤]其測量時間段是向正中午靠近，觀測條件會漸漸的不利于觀測，因此數(shù)據(jù)的質(zhì)量會變差，圖形是符合實際情況的。

圖5

3 結(jié)論

3.1 與傳統(tǒng)的變形監(jiān)測技術(shù)相比，GPS 技術(shù)有著獨特的優(yōu)勢，但橋墩施工過程中，現(xiàn)場比較復雜，GPS 信號會受到各種因素影響。由于采用的是高采樣率GPS 進行監(jiān)測，其數(shù)據(jù)量大，在使用GAMIT 軟件中的TRACK 模塊進行軌跡估計時，不可將長時間的觀測值一同處理，必須分段處理觀測數(shù)據(jù),以避免多路徑的影響。

3.2 利用Track 模塊可得到相對于觀測站的空間直角坐標，從而可獲得橋墩的每時刻的動態(tài)位移量、 通過對獲得的GPS 觀測數(shù)據(jù)進行分析，可知當基線較長時，利用Track 模塊處理數(shù)據(jù)是達不到變形監(jiān)測要求。因此，在觀測時基線不宜過長，且要采用濾波方法進一步提高觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

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