GAMIT軟件基線解算模式的對比研究

張成 劉文豪 孫健

摘 要：在使用GAMIT軟件進行基線解算時，可使用兩種不同高精度的基線解算模式，即BASELINE模式以及RELAX.模式。為了研究這兩種基線解算模式對不同基線長度解算結(jié)果的差異，并確定其適用范圍，分別應(yīng)用BASELINE模式和RELAX.模式對基線進行解算，并對兩種模式的NRMS值、基線重復(fù)性、三維基線向量改正數(shù)以及點位精度等指標(biāo)進行對比分析。實驗表明，基線長度在1 000 km以內(nèi)時，兩種解算模式的解算效果相當(dāng);當(dāng)基線長度大于1 000 km時，BASELINE模式的基線解算效果要優(yōu)于RELAX.模式。

關(guān)鍵詞：GAMIT;GNSS基線解算;基線解算模式

中圖分類號：P228.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）08-0044-03

A Comparative Study of Baseline Solution Modes Based on GAMIT Software

ZHANG Cheng LIU Wenhao SUN Jian

（China Design Group Co.， Ltd.，Nanjing Jiangsu 210000）

Abstract： When using GAMIT software for baseline calculation， two different high-precision baseline calculation modes can be used， namely BASELINE mode and RELAX. mode. In order to study the differences of the results of the two baseline calculation modes for different baseline lengths， and to determine the scope of their application， the baseline was calculated by using the BASELINE mode and RELAX. mode respectively， and the NRMS value， baseline repeatability， three-dimensional baseline vector correction and point accuracy of the two modes were compared and analyzed. The experimental results show that when the baseline length is less than 1 000 km， the results of the two methods are equivalent; when the baseline length is more than 1 000 km， the baseline solution effect of BASELINE model is better than that of RELAX.

Keywords： GAMIT;GNSS baseline solution;baseline solution modes

由于2000國家大地坐標(biāo)系（China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000）的建立與使用，在GNSS控制網(wǎng)[1]數(shù)據(jù)處理時往往需要獲取CGCS2000坐標(biāo)。一般通過聯(lián)測附近國家大地控制點或者IGS站點獲取CGCS2000坐標(biāo)[2]，基線長度能達(dá)到數(shù)千千米，使用GAMIT[3]進行基線解算時可使用兩種不同的解算模式[4]，因此本文主要探究這兩種解算模式對不同基線長度的解算差異和效果。

1 基線解算模式概述

在使用GAMIT軟件進行基線解算時，可使用兩種不同的解算模式，即BASELINE模式以及RELAX.模式。其中，BASELINE模式不包含軌道或者地球定向參數(shù)，可用來固定軌道;RELAX.模式包含測站、軌道和地球自轉(zhuǎn)參數(shù)，需要設(shè)置先驗約束，包括軌道坐標(biāo)、各方向的約束值和1%的直接輻射壓、[y]-平差系數(shù)、1%第三軸系數(shù)。

如果處理近期IGS軌道或者區(qū)域的網(wǎng)格數(shù)據(jù)時，可以使用BASELINE基線解算模式修復(fù)軌道，從而忽略約束。如果在處理全球網(wǎng)格數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)與MIT或者SOPAC全球H文件聯(lián)合解算時，可以選擇RELAX.基線解算模式，得到軌道的偏導(dǎo)數(shù)。

2 兩種解算模式結(jié)果對比分析

通常情況下，在基線解算時使用GAMIT中默認(rèn)的BASELINE模式，但由于在數(shù)據(jù)處理過程中IGS站[5]等的引入，使得基線長度從數(shù)十千米到數(shù)千千米不等，因此需要探究兩種模式對于不同基線長度的解算差異和效果。

為了驗證這兩種模式對基線解算的差異[6]，本文選擇23個站點的數(shù)據(jù)，其中，11個是中國境內(nèi)及其周邊的IGS跟蹤站數(shù)據(jù)，分別為BJFS、BJNM、AIRA、CHAN、DAEJ、GMSD、LHAZ、PIMO、SHAO、TNML、URUM，12個是CORS站數(shù)據(jù)，基線長度分布為4～4 435 km，數(shù)據(jù)為2017年1月1日到1月3日共計3天的數(shù)據(jù)。用兩種不同模式對數(shù)據(jù)分別進行處理，探究不同解算模式進行GNSS基線解算的差異。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化的均方根誤差（Normalized Root Mean Square，NRMS）的比較分析

標(biāo)準(zhǔn)化的均方根誤差（Normalized Root Mean Square，NRMS）是衡量基線解算質(zhì)量的最主要的指標(biāo)之一。表1給出了兩種基線解算模式的NRMS值統(tǒng)計結(jié)果。從表1可以看出，RELAX.模式的NRMS值優(yōu)于BASELINE模式，但兩者誤差在0.15～0.30，滿足高精度GNSS數(shù)據(jù)處理的要求（<0.3）。

2.2 基線重復(fù)性的比較分析

基線解算完成后，對兩種模式下基線在4個方向的重復(fù)性[7]進行詳細(xì)統(tǒng)計分析。從圖1至圖4可以看出，N、E、U和L的重復(fù)性走勢基本一致?；€編號1～130為1 000 km以內(nèi)的基線，基線編號131～300為1 000～3 000 km的基線，基線編號301～325為3 000 km以上的基線。從4幅圖可以看出，當(dāng)基線長度在1 000 km以內(nèi)時，兩種解算模式的基線重復(fù)性相當(dāng)，基本維持在2 mm以內(nèi);當(dāng)基線長度在1 000～3 000 km時，BASELINE模式的基線重復(fù)性較低，且表現(xiàn)較RELAX.平穩(wěn);當(dāng)基線長度超過3 000 km時，兩種解算模式的基線重復(fù)性都有一個明顯的增大趨勢，BASELINE模式明顯好于RELAX.模式。從整體來看，在基線解算過程中，BASELINE模式的基線重復(fù)性較好，數(shù)值平穩(wěn)，RELAX.模式波動較大。

2.3 三維基線向量改正數(shù)與點位精度的比較分析

基線三維無約束平差后的基線向量改正數(shù)和點位精度也是衡量基線解算質(zhì)量的重要參考。三維無約束網(wǎng)平差即只固定網(wǎng)中某一點的坐標(biāo)，其主要目的是考察網(wǎng)本身的內(nèi)符合精度以及基線向量之間有無明顯的系統(tǒng)性偏差和粗差。

以靠近研究區(qū)域中心的SHAO（上海佘山）站為基準(zhǔn)，對兩種解算模式得到的基線進行三維無約束平差。圖5和圖6是兩種模式得到的基線三維向量改正數(shù)?；€編號1～1 000為3 000 km以內(nèi)的基線，基線編號1001～1082為3 000 km以上的基線。由圖可知，兩種解算策略對應(yīng)不同長度基線解算得到的改正數(shù)走勢完全一致，當(dāng)基線較短時兩者無明顯差異，當(dāng)基線長度在3 000 km以上時，RELAX.模式出現(xiàn)了較強的波動，尤其是Z方向。

圖7是三維無約束平差后，點位精度的統(tǒng)計結(jié)果。在BASELINE解算模式下，點位精度最大值為3.3 mm，最小值為2.5 mm，平均點位精度為2.6 mm;在RELAX.解算模式下，點位精度最大值為4.3 mm，最小值為2.7 mm，平均點位精度為3.1 mm。綜合各項結(jié)果可知，BASELINE模式下的點位精度更高，各項統(tǒng)計結(jié)果都優(yōu)于RELAX.模式。

3 結(jié)語

本文通過比較不同基線解算模式下的NRMS值、基線重復(fù)性、三維基線向量改正數(shù)以及點位精度可以得出以下結(jié)論。

①雖然RELAX.模式下NRMS值優(yōu)于BASELINE模式，但兩者誤差在0.15～0.30，滿足高精度GNSS數(shù)據(jù)處理的基本要求。

②對于1 000 km以內(nèi)的基線，RELAX.模式與BASELINE模式的解算效果相差很小，基本可以忽略不計。對于基線長度大于1 000 km的基線，BASELINE模式下的基線重復(fù)性、三維基線向量改正數(shù)、點位精度都優(yōu)于RELAX.模式。因此，在使用GAMIT軟件處理基線長度小于1 000 km的基線時，兩種基線解算模式均可選擇，當(dāng)處理基線長度大于1 000 km時，應(yīng)選用BASELINE解算模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊偉，吳迪軍.GAMIT在高精度橋梁平面控制網(wǎng)中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2012（2）：91-93.

[2]陳俊勇.中國現(xiàn)代大地基準(zhǔn)：中國大地坐標(biāo)系統(tǒng)2000（CGCS2000）及其框架[J].測繪學(xué)報，2008（3）：5-7.

[3]高旺，高成發(fā)，潘樹國，等.基于廣播星歷的GAMIT基線解算方法及精度分析[J].測繪工程，2014（8）：54-57.

[4]楊登科，安向東，湯勰.GAMIT數(shù)據(jù)處理中基線解算模式的對比分析[J].測繪地理信息，2016（2）：18-21.

[5]薛慧艷，獨知行，李勝春，等.基于GAMIT的IGS跟蹤站網(wǎng)基線解算[J].全球定位系統(tǒng)，2012（1）：32-34.

[6]高旺，高成發(fā)，潘樹國，等.基于快速星歷的GAMIT高精度基線解算研究[J].測繪科學(xué)，2015（2）：22-25.

[7]黃功文，王斌，王延偉.高精度GNSS控制網(wǎng)基線重復(fù)性檢驗與質(zhì)量分析[J].測繪通報，2011（7）：13-15.