不同載波觀測值線性組合對GPS基線解算的影響

李和旺，任超，吳偉

(桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，廣西桂林 541004)

1 前言

基線解算是GPS數(shù)據(jù)處理中的重要環(huán)節(jié)［1］?；€解算就是一個復(fù)雜的平差計算過程，利用GPS接收機(jī)接收到的載波相位觀測值作為基本觀測值，對其進(jìn)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。選取不同的觀測值的線性組合進(jìn)行基線解算對基線解算的結(jié)果會有一定的影響，一些學(xué)者對載波觀測值組合理論進(jìn)行了研究［3～7］，介紹了多種線性組合，本文通過實(shí)驗(yàn)分析探討其對基線解算結(jié)果的影響。

2 載波觀測值的線性組合

假設(shè) L1、L2載波的相位觀測值分別為 φ1、φ2，則φ1和 φ2之間線性組合的形式［2］為:

式中:n，m為常數(shù)。則:組合觀測量頻率fn，m和波長 λn，m分別為:

式中:f1、f2和 λ1、λ2分別為 L1、L2的頻率和波長。

令 N1、N2分別為 φ1、φ2的模糊度，則組合量的模糊度 Nn，m為:

假定 φ1和 φ2的觀測噪聲不確定，且 σφ1=σφ2=σ，則組合相位的噪聲為:

常見的線性組合有:線性組合L1、線性組合L2、消電離層組合Lc、寬巷組合Lw和窄巷組合Ln。

線性組合L1是n=1，m=0時一種特殊形式，線性組合L2是n=0，m=1時的一種形式。

Lc組合稱為消電離層組合，它消除了一階電離層影響，但模糊度不再為整數(shù)，且觀測噪聲比L1放大了3倍，對于短基線(小于15 km)，電離層影響在基線兩端有強(qiáng)相關(guān)性，即使對站間差分的單頻觀測，電離層影響也并不顯著，用Lc組合非但無益，反而會增加觀測噪聲，所以Lc組合不宜用于短基線解算。對于中長基線比較有利，因?yàn)樵谶@種情況下基線兩端的電離層誤差已經(jīng)不相關(guān)或弱相關(guān)，而且單次差分后殘余的電離層延遲誤差仍然較大，是影響定位精度的主要誤差源，此時采用Lc較合適，可以顯著提高中長基線解的精度。

當(dāng)n=m=1時，組合為寬巷組合 Lw，其波長0.86 m，且模糊度為整數(shù)，電離層延遲及觀測值噪聲也不大，可以加速模糊度的固定，用于中長基線的模糊度的分解。

當(dāng)n=1，m=－1時，組合為窄巷組合Ln，其波長為0.107 m，且模糊度也為整數(shù)，它的觀測值噪聲最小，常用于短基線高精度GPS定位。Lw組合和Ln組合中電離層影響的大小相等，符號相反。

3 實(shí)例分析

為了說明不同載波觀測值的線性組合對基線解算結(jié)果的影響，選取了某GPS控制網(wǎng)的3條不同長度的基線。利用南方測繪GPS 4.4數(shù)據(jù)處理軟件，分別采取 L1、L2、Lc、Lw、Ln，5 種數(shù)據(jù)處理中常用線性組合，截取3 h的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算。采用不同組合時，各基線分量的中誤差及由分量中誤差計算的長度中誤差，結(jié)果如表1所示。

不同觀測值組合對基線解算精度的影響(單位/mm) 表1

由表1可以看出:

(1)采用Lc組合進(jìn)行基線解算的精度優(yōu)于采用L2線性組合進(jìn)行解算的精度。

(2)對于相對較短的基線，采用L1線性組合就可以達(dá)到較好的精度，采用電離層消除模型反而降低了基線的精度。

(3)隨著基線長度的增加，加入電離層改正的必要性增強(qiáng)。

4 結(jié)語

通過上述研究，對于長基線可采用消電離層組合模式進(jìn)行基線解算，解算結(jié)果能夠得到明顯的改善。對于短基線來說，經(jīng)差分處理后電離層的影響不占主導(dǎo)地位，過分地考慮電離層影響是沒有必要的。在GPS基線解算中，選擇不同的線性組合對基線精度有一定的影響，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的基線情況選擇合適的線性組合進(jìn)行解算，從而能夠得到滿意的結(jié)果。

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