短距離基線解算精度的因素分析

陳銳　周才文

摘 要：本文主要研究了影響短基線的結(jié)算精度因素旨在分析和控制工程測(cè)量上GPS網(wǎng)的精度影響因素。（1）起算點(diǎn)坐標(biāo)的影響，（2）電離層延遲的影響，在短邊時(shí)其相關(guān)性比較好，由于電離層影響較小。加入電離層改正后基線解精度反而降低[1]；（3）對(duì)衛(wèi)星高度截止角和觀測(cè)量取樣率的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出了在實(shí)際工作中應(yīng)該自助靈活的選用基線解算條件的方法，對(duì)于不同邊長(zhǎng)的基線，實(shí)際工作中所需采用的適當(dāng)觀測(cè)時(shí)間。從而總結(jié)出GPS控制網(wǎng)的精度內(nèi)業(yè)方面需要注意和改正的方面。

關(guān)鍵詞：基線解算；GPS控制網(wǎng)；精度；電離層延遲

一、緒論

（一）研究動(dòng)機(jī)與目的。對(duì)于全球或全國(guó)性的高精度GPS網(wǎng)來(lái)說(shuō)，通常精度要求會(huì)很高，因?yàn)榛€長(zhǎng)度很長(zhǎng)（幾千千米），所要考慮到的影響因素也相對(duì)需要更全面些，所以一般會(huì)用專用軟件來(lái)解算對(duì)應(yīng)基線。其中較為著名的有BERNESE、GAMIT等。對(duì)區(qū)域性的GPS網(wǎng)，基線長(zhǎng)度一般為幾公里到幾十公里，通常用商業(yè)軟件來(lái)進(jìn)行解算。現(xiàn)在所擁有的商業(yè)化的GPS差分接收機(jī)及事后處理軟件技術(shù)成熟種類(lèi)各異，如進(jìn)行衛(wèi)星位置預(yù)報(bào)、野外數(shù)據(jù)采集及傳輸、項(xiàng)目管理、坐標(biāo)系管理及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等，并且對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核。并對(duì)合格的基線向量所構(gòu)成的GPS網(wǎng)進(jìn)行平差解算，最終得出解算的坐標(biāo)結(jié)果。

（二）主要研究?jī)?nèi)容。主要通過(guò)對(duì)短基線邊的解算影響因素的研究來(lái)得出GPS控制網(wǎng)內(nèi)業(yè)處理的影響其精度的因素：1.起算坐標(biāo)不準(zhǔn)確的影響起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確所對(duì)基線解算質(zhì)量造成的影響；2.電離層傳播延遲對(duì)基線解的影響；3.衛(wèi)星高度截止角影響；4.觀測(cè)量取樣率影響；5.基線長(zhǎng)度與觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短的關(guān)系。

二、gps控制網(wǎng)的布設(shè)與優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）gps基線向量網(wǎng)的等級(jí)。GPS基線向量網(wǎng)被分成了A、B、C、D、E五個(gè)級(jí)別GPS網(wǎng)的精度指標(biāo)，通常是以控制網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離誤差來(lái)表示的，對(duì)于等級(jí)不同的GPS網(wǎng)，有下列的精度要求：

（二）GPS的布網(wǎng)形式。GPS網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有以下幾種：（1）會(huì)戰(zhàn)式（2）跟蹤站式（3）多基準(zhǔn)站式（樞紐點(diǎn)式）（4）同步圖形擴(kuò)展式（5）單基準(zhǔn)站式。

（三）GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。（1）為了確保在相鄰點(diǎn)的GPS網(wǎng)具有高的相對(duì)精度，對(duì)網(wǎng)中的短距離必須同步觀測(cè)，以獲得它們之間的直線觀測(cè)基線。（2）為了提高GPS網(wǎng)絡(luò)的精度，該網(wǎng)絡(luò)可以被放置在一個(gè)全面布設(shè)框架上，以便成為整個(gè)GPS網(wǎng)的骨架。（3）在布網(wǎng)時(shí)所有異步環(huán)是不超過(guò)六個(gè)。（4）當(dāng)布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，引進(jìn)高精度激光測(cè)距，與GPS觀測(cè)值（基線向量）一同平差，或作為起算邊長(zhǎng)。（5）采用高程擬合方法，網(wǎng)中各點(diǎn)正常高，需要在布網(wǎng)時(shí)，選擇一定數(shù)量水準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)多些，并且應(yīng)均勻地分布在網(wǎng)絡(luò)上，還要保證有部分點(diǎn)分布在網(wǎng)的四周。（6）為了提高GPS網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的準(zhǔn)確性，可以使用如下：增長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，多時(shí)段的基線向量。

三、GPS測(cè)量的誤差來(lái)源

利用GPS定位時(shí)，GPS衛(wèi)星播發(fā)的信號(hào)受各種因素的影響，使得測(cè)量時(shí)產(chǎn)生誤差，精度下降，在GPS衛(wèi)星定位測(cè)量中，影響觀測(cè)量精度的主要誤差來(lái)源一般可分為三類(lèi).與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差：衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星時(shí)表誤差[2]。

（一）與衛(wèi)星有關(guān)的誤差：（1）衛(wèi)星星歷誤差；（2）衛(wèi)星鐘差；（3）SA干擾誤差；（4）相對(duì)論效應(yīng)影響。

（二）與傳播途徑有關(guān)的誤差：（1）電離層折射；（2）對(duì)流層折射；（3）多路徑效應(yīng)。

（三）與GPS 接收機(jī)有關(guān)的誤差：（1）接收機(jī)時(shí)鐘誤差；（2）位置誤差接收器；（3）在接收機(jī)天線相位中心偏移。

四、GPS基線解算

（一）基線解算精度?；€解算完，應(yīng)先對(duì)解算基線的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。只有質(zhì)量合格的基線才能用于后續(xù)的處理，如果不合格則需要對(duì)基線進(jìn)行重新解算或重新測(cè)量?；€的質(zhì)量精度通過(guò)RATIO、RDOP、RMS、同步環(huán)。

（二）影響基線解算質(zhì)量的各種因素。在解算中，由于不同的外業(yè)作業(yè)中的采集模式、精度要求都會(huì)出現(xiàn)不同的情況，所以在解算是有必要制定相應(yīng)的解算條件，包括高度截止角、基線類(lèi)型、具體的歷元間隔；在野外GPS測(cè)量中不僅要遵守相應(yīng)儀器的操作規(guī)范，還必須要有相應(yīng)的手段來(lái)提高改進(jìn)基線向量的成果，根據(jù)不同的情況通過(guò)改變高度角，采用適當(dāng)?shù)膶?duì)流層模型，高精度的起算點(diǎn)坐標(biāo)或采用雙頻觀測(cè)量和電離層延遲、通過(guò)設(shè)置衛(wèi)星高度角、采樣間隔、有效歷元等參數(shù)、選擇適當(dāng)觀測(cè)時(shí)間等可以對(duì)基線進(jìn)行優(yōu)化[4]。

（三）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源。本次研究采用數(shù)據(jù)是GPS觀測(cè)贛州市章貢區(qū)區(qū)域的一部分，觀測(cè)時(shí)間為2015年7月，地點(diǎn)為贛州市章貢區(qū)。觀測(cè)點(diǎn)為五個(gè).本次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的全部為短邊網(wǎng)：

五、短距離基線向量解算影響因素分析

（一）電離層延遲對(duì)基線解的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)于短邊基線，用加電離層延遲改正的解算方式所得基線解精度較不加電離層改正的解算方式所得基線解精度反而有所降低，分析認(rèn)為這是因?yàn)樵诙踢叺膬蓚€(gè)測(cè)站上電離層延遲效應(yīng)具有較強(qiáng)的相關(guān)性，加入電離層改正反而使這種相關(guān)性減弱，降低了組差方法對(duì)電離層影響消除的能力和效果。

（二）衛(wèi)星高度截止角影響。實(shí)驗(yàn)表明在短基線的基線解算中提高衛(wèi)星高度截止角來(lái)進(jìn)行解算使誤差變大，主要是因?yàn)榈脱鼋菚r(shí)衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量較差，容易產(chǎn)生多路勁效應(yīng)和對(duì)流層延遲影像。截止角20度以下時(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)受到的對(duì)流層延遲影響較大[4]。

（三）觀測(cè)量取樣率影響。觀測(cè)取樣率對(duì)于基線解算精度的影響并不顯著但是高質(zhì)量相位觀測(cè)值的采集可以有效的修復(fù)解決周跳問(wèn)題，適當(dāng)?shù)脑黾硬蓸勇屎筒蓸用芏瓤梢杂行У脑\斷和修復(fù)周跳；因此盡管在短基線的測(cè)量中仍然應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑龃笕勇省Ｍ瑯?，在基線長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，可以適當(dāng)增加觀測(cè)時(shí)間和采樣間隔，在不影響精度的情況下，提高基線處理速度。

（四）起算點(diǎn)精度影響。對(duì)于短基線邊，起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確對(duì)于基線解的影響并不顯著，起點(diǎn)坐標(biāo)精度在15米以內(nèi)，就可以獲得合格的基線解；（作者單位：江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院）

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