楊登科

(中國鐵路設(shè)計集團有限公司,天津 300142)

0　引　言

隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的快速發(fā)展,作為其最成熟、應(yīng)用最廣泛的代表-GPS系統(tǒng),目前已被廣泛應(yīng)用于大地測量、地殼形變監(jiān)測、地球動力學(xué)、氣候監(jiān)測、工程測量和似大地水準(zhǔn)面精化[1]等多個領(lǐng)域。伴隨著高精度科研的需求和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓新,許多領(lǐng)域和行業(yè)都對GPS精密數(shù)據(jù)處理提出了更高的精度要求。

當(dāng)前,國內(nèi)外學(xué)者對GPS數(shù)據(jù)處理方法及影響其解算精度的各種因素進行了研究。如文獻[2]和文獻[3]中張雙成等對GAMIT數(shù)據(jù)解算中的基線解類型進行了分析;文獻[4]中姜衛(wèi)平等分析了衛(wèi)星星歷誤差、起始點坐標(biāo)、解算方案和數(shù)據(jù)處理軟件等對基線解算的影響;文獻[5]中趙建三等對GAMIT基線解算過程中配置文件參數(shù)的設(shè)置對基線解算精度的影響做了簡要分析。由于在多余長基線對高精度GPS數(shù)據(jù)解算的影響方面研究較少,因此在不同已知點分布和解算時間內(nèi)進行數(shù)據(jù)解算,定量分析多余長基線在不同情況下對高精度GPS數(shù)據(jù)解算的影響是極為必要的。

本文的主要目的是利用不同已知點分布和解算時間的CORS網(wǎng)觀測數(shù)據(jù),采用高精度數(shù)據(jù)處理軟件進行基線解算,在以標(biāo)準(zhǔn)化的均方根誤差(NRMS)和基線重復(fù)性為標(biāo)準(zhǔn)保證解算精度的基礎(chǔ)上進行網(wǎng)平差,以定量分析在不同已知點分布和解算時間時多余長基線對高精度GPS數(shù)據(jù)解算的影響。

1　數(shù)據(jù)解算策略

1.1　數(shù)據(jù)介紹

本文選擇某地的8個CORS站(如圖1所示)和位于同一板塊的8個IGS站(分別為BJFS、CHAN、KIT3、LHAZ、POL2、SHAO、WUHN、USUD)進行聯(lián)合解算。以其中的5個CORS站作為已知點,另外3個CORS站作為未知點,并按照解算時間分為4 h、6 h、8 h、12 h、18 h和24 h共6個時段。

聯(lián)系人: 楊登科 E-mail: 624892261@qq.com

1.2　解算軟件及基線解算模式介紹

目前廣泛應(yīng)用的高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件包括:美國麻省理工學(xué)院和美國斯克里普斯海洋研究所等機構(gòu)聯(lián)合開發(fā)的GAMIT/GLOBK、瑞士伯爾尼大學(xué)天文學(xué)院開發(fā)BERNESE和美國航空航天局噴氣動力實驗室開發(fā)的GIPSY等。鑒于GAMIT/GLOBK具有精度高、運算速度快、持續(xù)升級、精度許可范圍內(nèi)自動化程度高等特點[6],本文以GAMIT/GLOBK軟件為例進行研究。

基于GAMIT軟件進行高精度基線解算時,依據(jù)GPS數(shù)據(jù)處理的多樣性,該軟件提供了多種參數(shù)的選擇,以確保穩(wěn)定可靠的GPS定位結(jié)果。本文在進行基線解算時,選用的主要參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1　控制參數(shù)的選擇

1.3　數(shù)據(jù)處理方法介紹

為研究在不同已知點分布和不同解算時間時多余長基線對高精度GPS數(shù)據(jù)解算的影響,將CORS網(wǎng)分為A(已知點分布在外圍,取YDK3、YDK4、YDK5、YDK6和YDK8為已知點)、B(已知點分布在一側(cè),取YDK1、YDK3、YDK4、YDK5和YDK6為已知點)兩種情況,并按照解算時間分為如1.1節(jié)中所示的6個時段。為保證解算精度,采用年積日為194～200共7天的觀測數(shù)據(jù)進行解算。在不同情況和解算時間內(nèi)均采用以下兩種方案進行處理。

方案1:引入IGS站并以其坐標(biāo)作為基線解算初始坐標(biāo),解得包括IGS站和CORS站的基線;

方案2:①引入IGS站并以其坐標(biāo)作為基線解算初始坐標(biāo),以IGS站作為平差的起算點進行平差,得到CORS站在ITRF08框架下的坐標(biāo);②只用8個CORS站O文件進行基線解算,基線解算初始坐標(biāo)采用①中解得坐標(biāo),得到僅含CORS站的基線;

方案1中得到含IGS+CORS站的基線(平差時包含多余長基線),方案2中得到僅含CORS站的基線,并分別以兩種情況下的平差起算點進行網(wǎng)平差,從而對多余長基線對高精度GPS數(shù)據(jù)解算的影響進行分析。

2　數(shù)據(jù)解算

按照上述的解算方法對所選數(shù)據(jù)進行基線解算,得到基線解算文件。下面將從標(biāo)準(zhǔn)化的均方根誤差(NRMS)和基線重復(fù)性兩方面對基線解算結(jié)果進行評估。

2.1　標(biāo)準(zhǔn)化的均方根誤差

標(biāo)準(zhǔn)化的均方根誤差NRMS是衡量基線解算質(zhì)量的最主要的指標(biāo)之一,進行高精度基線解算時要求NRMS值小于0.3[7].如圖2所示,基線解算的NRMS值除194天的4、6 h時段分別達到0.75和0.41外(由于此NRMS值超過0.3,不參與平差),其他各時段的NRMS值均在0.2左右,滿足高精度基線解算的要求。

2.2　基線重復(fù)性

基線重復(fù)性是衡量數(shù)據(jù)處理質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。限于篇幅,僅列出基線長度分量的重復(fù)性,如表2所示。

表2　基線長度分量重復(fù)性統(tǒng)計　　　　　　　　　　單位：mm

由表2可知,基線重復(fù)性都較高,滿足高精度GPS基線解算的要求。

在所求基線滿足高精度GPS數(shù)據(jù)處理需求的基礎(chǔ)上,對各解算時間內(nèi)兩種情況A和B在不同方案下求得的的基線解分別進行網(wǎng)平差,即可得到在不同已知點分布和解算時間時待求點的坐標(biāo)。

3　討　論

在平差得到結(jié)果的基礎(chǔ)上,對不同已知點分布和解算時間時多余長基線對高精度GPS數(shù)據(jù)解算的影響進行研究。

3.1　坐標(biāo)精度差異

對A、B兩種情況在各時段精度的平均值進行統(tǒng)計,具體如表3所示。

表3　精度統(tǒng)計　　　　　　　　　　　　　　　　　單位：m

由表3可知,多余長基線的存在會影響GPS數(shù)據(jù)解算的精度,在A、B兩種情況(不同已知點分布)時精度差異不大,且隨著解算時間的增加,影響呈減小趨勢。

3.2　坐標(biāo)差異

分別對兩種情況(A和B)在不同方案內(nèi)(IGS+CORS和CORS)所求得的坐標(biāo)進行求差,并對結(jié)果進行統(tǒng)計,得到在兩種情況下不同方案對數(shù)據(jù)處理的影響。

表4　坐標(biāo)差異　　　　　　　　　　　　　　單位:m

由表4可知,多余長基線的存在會影響高精度GPS數(shù)據(jù)解算的結(jié)果,在A(已知點環(huán)繞)中,差異最大值達到了6 mm,均值在1.0～2.5 mm之間。在B(已知點在一側(cè))中,差異最大值達到了12.7 mm,均值在3.0～5.5 mm之間;在各時段內(nèi),坐標(biāo)差異均較為明顯,在進行高精度GPS數(shù)據(jù)解算時,需顧忌多余長基線的影響;B差異明顯較A差異大,表明當(dāng)已知點分布較差時,更應(yīng)考慮多余長基線對GPS數(shù)據(jù)處理的影響。

4　結(jié)束語

隨著GPS建設(shè)的不斷推進和理論研究的不斷完善,如何獲得高精度的坐標(biāo)成果以滿足各領(lǐng)域?qū)嶋H工作的需要依然是當(dāng)前面臨的一個重要問題[8-10]。本文選擇具有不同已知點分布和解算時間的CORS網(wǎng)觀測數(shù)據(jù),定量研究在不同已知點分布和解算時間時多余長基線對高精度GPS數(shù)據(jù)解算的影響,并得出以下結(jié)論:多余長基線的存在會對GPS數(shù)據(jù)解算的精度產(chǎn)生影響,在不同已知點分布時精度差異不大,且隨著解算時間的增加,影響呈減小趨勢;多余長基線的存在也會對解算結(jié)果產(chǎn)生較大影響,在已知點分布較好時,影響最大值達到了6 mm,已知點分布較差時最大值達到了12.7 mm,在各時段內(nèi),坐標(biāo)差異均較為明顯,在進行高精度GPS數(shù)據(jù)解算時,需顧忌多余長基線的影響;在已知點分布較差時坐標(biāo)差異更為突出,表明在已知點分布較差時更應(yīng)考慮多余長基線對GPS數(shù)據(jù)處理的影響。因此,在進行地殼形變監(jiān)測、參考框架的建立和似大地水準(zhǔn)面精化等研究中,多余長基線對GPS精密數(shù)據(jù)處理的影響是不容忽視的。

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