趙文波，楊友生，杜順季（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060）

基于Pinnacle軟件的基線解算類型分析

趙文波?，楊友生，杜順季
（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060）

介紹Pinnacle軟件的基線解算模型，用該軟件對(duì)低緯度地區(qū)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)解算結(jié)果進(jìn)行分析和驗(yàn)證。結(jié)果表明該軟件能滿足城市控制網(wǎng)的基線處理要求，低緯度地區(qū)電離層影響明顯，并且L1&L2模型適合2 km內(nèi)的短基線，L1&L2c適合25 km內(nèi)的基線，wide-lane模型則適合處理長(zhǎng)度超過(guò)25 km的基線。

基線解算；Pinnacle；觀測(cè)值組合；電離層

1 引 言

隨著全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）和配套軟硬件的發(fā)展，采用衛(wèi)星技術(shù)建立區(qū)域和工程控制網(wǎng)已逐漸成為首要選擇。相比傳統(tǒng)邊角網(wǎng)而言，GNSS技術(shù)大大降低外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，并且定位精度高。GNSS測(cè)量中基線作為直接觀測(cè)量，其解算結(jié)果的質(zhì)量直接影響到控制網(wǎng)的成果。

目前基線解算軟件主要由兩類組成，一是由GNSS科研機(jī)構(gòu)研發(fā)的處理軟件，如美國(guó) GPL中心的GAMIT/GLOBK、瑞士的BERNESE和中國(guó)的PANDA軟件等，其次便是各大廠商的配套軟件，如天寶的TGO、拓普康的Pinnacle、華測(cè)的COMPASS等?？蒲熊浖陂L(zhǎng)距離基線的高精度處理中應(yīng)用廣泛，但是其操作比較復(fù)雜，而商用軟件更適用于工程應(yīng)用。Pinnacle軟件有良好的可視化窗口，操作便利，對(duì)基線處理過(guò)程能夠靈活的設(shè)置。目前針對(duì)該軟件的處理過(guò)程和結(jié)果的分析資料較少，本文在介紹Pinnacle軟件中基線解算模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合南方某地區(qū)的控制網(wǎng)項(xiàng)目數(shù)據(jù)，對(duì)軟件解算結(jié)果進(jìn)行分析，以提供參考。

2 基線解算模型介紹

采用GNSS技術(shù)建立控制網(wǎng)采用靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)，點(diǎn)與點(diǎn)之間的相對(duì)位置用基線向量表示，在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)各個(gè)接收機(jī)的位置不變，同步跟蹤衛(wèi)星信號(hào)。衛(wèi)星信號(hào)由載波、測(cè)距碼和導(dǎo)航電文組成。測(cè)距碼用于測(cè)定衛(wèi)星到接收機(jī)之間的距離，載波除了傳送測(cè)距碼和導(dǎo)航外，同時(shí)也是一種測(cè)距信號(hào)，并且其精度比偽距測(cè)量高2個(gè)～3個(gè)數(shù)量級(jí)，分別是L1載波（1 575.42 MHz）和L2載波（1 227.60 MHz）以及現(xiàn)代化后添加的 L5載波（1 176.45 MHz）［1］。不同載波相位觀測(cè)值受到相同的對(duì)流層影響，但是電離層延遲是與頻率相關(guān)的，采用多個(gè)頻率的載波的主要目的是為了組成更多的線性組合觀測(cè)值，更好地消除電離層延遲［2］。

本文采用Pinnacle V1.07版本，能處理L1和L2載波數(shù)據(jù)，提供了多種基線解算模型，分別為L(zhǎng)1&L2、L1 Only、L2 Only、L1c、L1-L2、L1+L2、L1&L2c、VLBL、Code Only、Wide Lane。所有的解算模型均可對(duì)GPS 和GLONASS載波相位和偽距中的C/A碼和P碼進(jìn)行處理，而以上解算模型的主要區(qū)別在于對(duì)載波信號(hào)的處理，其常用的模型信息如表1所示。

Pinnacle軟件解算模型信息表 表1

通過(guò)查看軟件的結(jié)果得知，L1&L2獨(dú)立處理載波信號(hào)，而L1&L2c則采用組合模型生成一個(gè)虛擬信號(hào)，因此解算結(jié)果中，L1&L2c組合中的相位雙差的歷元數(shù)約為L(zhǎng)1&L2組合一半。Wide Lane也是寬巷組合觀測(cè)值，只是對(duì)載波相位處理，L1-L2解算過(guò)程是CA-L2的直接相減，而wide Lane是消電離層（IonoFree）處理［3，4］。其余模型中，窄巷組合模型（L1+L2）主要用于研究，與寬巷觀測(cè)值的電離層延遲符號(hào)相反，數(shù)值相等，兩者均值可消除電離層［5］。VLBL主要用于超長(zhǎng)基線的解算，Code Only則只對(duì)偽距數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析

本文數(shù)據(jù)來(lái)自于廣州市南端某區(qū)的地區(qū)控制網(wǎng)布設(shè)項(xiàng)目，該網(wǎng)的中心點(diǎn)緯度大約為22°45′，按照規(guī)范［6］中的D級(jí)網(wǎng)要求，采用Trimble R8和R4雙頻接收機(jī)觀測(cè)，控制網(wǎng)起算采用已知的C級(jí)點(diǎn)和城市CORS基準(zhǔn)站，根據(jù)這些高等級(jí)點(diǎn)的坐標(biāo)可以反算基線長(zhǎng)度，從而可以對(duì)比分析解算質(zhì)量。單頻接收機(jī)接收L1載波，而L2 only、L1+L2窄巷、VLBL、Code only等模型一般用于基線研究，考慮到工程應(yīng)用，本文選取了不同長(zhǎng)度的基線，分別采用 L1 only、L1&L2、L1&L2c、L1-L2、Wide Lane的解算模型對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，每天基線的處理，除了更改解算模型，其余參數(shù)保持不變。

? 收稿日期:2015—12—31

作者簡(jiǎn)介:趙文波（1963—），男，工程師，主要從事測(cè)量質(zhì)量檢查工作。

共選取8條基線，V1～V8的基線長(zhǎng)度依次增大，以坐標(biāo)反算的基線長(zhǎng)度為參考，應(yīng)用不同的模型進(jìn)行解算，基線長(zhǎng)度較差和基線殘差分別如表2和表3所示。

不同解算模型的基線解算長(zhǎng)度較差表 表2

不同解算模型基線殘差表 表3

表3中斜體加粗的部分代表浮點(diǎn)解。單頻數(shù)據(jù)只能采用L1或者L1c進(jìn)行解算，根據(jù)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》12.3.3要求，長(zhǎng)度小于 15 km的基線應(yīng)采用雙差固定解，大于 15 km的基線在雙差固定解和雙差浮點(diǎn)解中選擇最優(yōu)解。應(yīng)用Pinnacle軟件解算基線，L1c得到的結(jié)果均是浮點(diǎn)解，只能應(yīng)用L1 only模型，但未進(jìn)行電離層的消除，表2中L1 only模式處理存在較大的長(zhǎng)度較差，因而若處理單頻數(shù)據(jù)，可應(yīng)用L1 only和L1c進(jìn)行對(duì)比，若兩者結(jié)果符合較好則可使用L1 only，若差異較大則需繼續(xù)精化解算。

對(duì)比L1c與L1 only、L1&L2c與L1&L2、Wide Lane 和L1-L2數(shù)據(jù)，前者進(jìn)行了消電離層處理，除了最短的 1.5 km基線，其余基線不進(jìn)行消電離層的結(jié)果有較大的解算殘差和長(zhǎng)度較差，因此在低緯度地區(qū)進(jìn)行控制測(cè)量，最好使用雙頻接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)并進(jìn)行消電離層的處理；對(duì)于短基線V1，采用L1&L2直接差分后殘余電離層的影響已很小，根據(jù)誤差傳播定律，采用消電離層組合模型則會(huì)增大偶然誤差，有時(shí)不宜采用模型改正方法［7］，結(jié)果顯示L1&L2c的長(zhǎng)度較差值反而比L1&L2大；2 km～25 km長(zhǎng)的基線（V2～V6），采用L1&L2c和Wide Lane能達(dá)到較好的效果，其余模型解算的較差和殘差較大，即使對(duì)于 3 km的基線，L1&L2和L1-L2的較差分別比L1&L2c和Wide Lane甚至高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，也說(shuō)明了在低緯度地區(qū)，電離層在短基線也可能產(chǎn)生很大的誤差，處理時(shí)需要格外注意；超過(guò) 25 km的基線（V7～V8），采用Wide Lane模型的效果較好，L1&L2c有較大長(zhǎng)度較差，并且得到浮點(diǎn)解，而Wide Lane基本上可以得到固定解，因此對(duì)于長(zhǎng)基線，推薦使用Wide Lane模型解算。

根據(jù)基線長(zhǎng)度和解算結(jié)果選擇最優(yōu)的解算類型，避免產(chǎn)生較大的解算誤差，根據(jù)上文的分析，最終采用的基線解算結(jié)果如圖1所示:

圖1　Pinnacle基線解算結(jié)果精度統(tǒng)計(jì)圖

從圖1可以看出，應(yīng)用Pinnacle軟件進(jìn)行基線解算，10 km以內(nèi)的基線，解算殘差可以控制在10 mm以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求，超過(guò)10 km后殘差隨著長(zhǎng)度增加顯著增加?；€長(zhǎng)度較差均小于20 mm，相對(duì)誤差最大為1.93 ppm（V4），最小值為0.28 ppm（V8）。V7、V8兩條長(zhǎng)基線只觀測(cè) 2 h，因而基線殘差較大，在控制網(wǎng)中若有跨點(diǎn)的長(zhǎng)基線，應(yīng)注意選擇觀測(cè)時(shí)段并適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間。

4 結(jié) 論

《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》提出C級(jí)及以下的GPS控制網(wǎng)基線解算可采用隨接收機(jī)配備的商用軟件，根據(jù)實(shí)踐證明，在滿足觀測(cè)要求下，Pinnacle軟件能滿足城市等級(jí)控制網(wǎng)的精度要求。在低緯度地區(qū)，電離層影響顯著，應(yīng)選擇雙頻接收機(jī)觀測(cè)并消除電離層影響。2 km以內(nèi)短基線解算可采用L1&L2模型，采用L1&L2c會(huì)增加觀測(cè)噪聲，超過(guò) 25 km的基線選用wide lane模型，一般長(zhǎng)度基線選擇L1&L2c模型效果較好，10 km以內(nèi)的基線解算殘差應(yīng)控制在 10 mm以內(nèi)。對(duì)于較大范圍或者基線長(zhǎng)度差異較大的控制網(wǎng)，基線處理需要根據(jù)實(shí)際情況選擇和不斷的精化處理。

［1］李征航，黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2010：131～142.

［2］韓紹偉.GPS組合觀測(cè)值理論及應(yīng)用［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，1995，24（2）：8～13.

［3］北京合眾拓普科技發(fā)展有限公司.Pinnacle（中文）用戶手冊(cè)［R］.

［4］王瑞，岳東杰，衛(wèi)柳艷.不同觀測(cè)量對(duì)GPS基線解算精度的影響分析［J］.勘察科學(xué)技術(shù)，2005（03）：33～36.

［5］李和旺，任超，吳偉.不同載波觀測(cè)值線性組合對(duì)GPS基線解算的影響［J］.城市勘測(cè)，2011（5）：87～88.

［6］GB/T 18314-2009.全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范［S］.

［7］張雙成，曹海洋，高涵等.基于GAMIT的GPS短基線解類型分析及應(yīng)用［J］.測(cè)繪通報(bào)，2011（10）：27～29.

Analysis of Baseline Solution Model Based on Pinnacle Software

Zhao Wenbo，Yang Yousheng，Du Shunji
（Guangzhou Urban Planning&Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China）

The baseline solution model of Pinnacle software is introduced and the solution results of measured data at low latitudes are analyzed and verified by the software.The results show that the software can meet the baseline processing requirements of urban control network，ionosphere effects at low latitudes are obvious，and L1&L2 model is suitable for the short baseline within 2 km，L1&L2c model is suitable for baseline within 25 km，wide-lane model is suitable for the baseline longer than 25 km.

baseline solution；pinnacle；combination of observation；ionosphere

1672-8262（2016）02-116-03中圖分類號(hào)：P228

B