基于Track 模塊的GPS監測數據分析

殷自成 譚海洲

（1.長沙理工大學交通運輸學院，湖南長沙410004；2.長沙理工大學橋梁工程湖南省高校重點實驗室，湖南長沙410004）

0 引言

高精度GPS 動態定位是具有很廣闊的應用天地， 它可應用于工程測量領域，安全監測領域和航空航海等領域，它具有用戶多樣性、速度多異性、定位實時性、數據短時性、精度要求多變性等特點。 隨著動態用戶的目的與要求的精度的不同，GPS 動態定位的方法也不同，如單點動態定位，實時差分動態定位等。

無論何種方法，動態定位要想獲得高精度的定位結果，其關鍵問題是如何快速、正確地求解整周模糊度。近二十年來，大量學者對運動過程中求解整周模糊度的方法（簡稱為OTF）進行了大量的研究，提出了各類方法，主要有雙頻偽距法，模糊度函數法等。 TRACK 模塊利用雙頻P 碼偽距觀測量和相位觀測量組合求解模糊度的方法。本文利用TRACK 模塊對短基線與長基線兩組數據進行單歷元解算， 逐歷元解出監測點的動態軌跡， 再利用小波分析理論獲得較好的觀測數據，并且對短基線與長基線的數據進行對比，分析其優劣。

1 TRACK 模塊

TRACK 模塊是麻省理工學院開發軟件GAMIT 中的一個動態雙差定位模塊，即動態得到動態觀測站相對于參考站的三維坐標差及單位權中誤差, 從而得到觀測站的真實運動軌跡。

TRACK 模塊采用“M-W”方法來計算寬巷模糊度：

（其中fi為Li波段的載波頻率， ?i為對應的相位觀測量；Pi為對應的偽距觀測量）

從式中可知寬巷模糊度還與基線長度無關，這是TRACK 模塊得到L1，L2模糊度的主要途徑。

TRACK 中影響GPS 觀測量精度的衛星鐘差和軌道誤差可以采用IGS 數據中心提供的精密鐘差和星歷來消除，電離層和對流層延遲影響可以采用相關模型進行削弱。

2 高橋墩GPS 監測點數據的實驗對比研究

第一組短基線測量方案： 采用二臺Trimble R8 系列雙頻GPS 接收機， 一臺布設在高橋墩南側半山腰集料水泥場地上的強制觀測墩上，點位穩定，作為參考點。 監測點選在高橋墩(206m)上面，采用有強制固定的裝置，采樣頻率為5HZ。第二組長基線測量方案：參考點采用IGS-Wuhn 站,監測點選在高橋墩上面，與第一組短基線方案采用的監測點是一樣的。

圖1

圖2

GPS 數據處理采用TRACK 模塊逐歷元解出監測點的動態軌跡，即逐歷元解出監測點相對于參考點的坐標，限于文章篇幅，僅繪出兩組方案的東西向02:59－03:59 時間段（UTC）的位移變化量,兩組數據都采用相同的時間且采樣率都歸算為30s（圖1，圖2）與其相對應時刻雙差相位觀測量RMS（圖3，圖4）。

圖3

圖4

由于TRACK 模塊采用載波相位觀測值差分進行動態相對定位且第一組短基線測量方案中基準點與監測點的空間弦長不過一公里，可知對流層，電離層、衛星、接收機有關的誤差可認為均已消除。 第二組長基線測量方案中基準點與監測點的空間弦長超過500 公里，可知對流層，電離層等有關的誤差不能很好的消除，只能根據TRACK 模塊提供的相關模型進行削弱。 因此，第一組數據比第二組可靠。 同時根據橋墩的現場環境來看，第一組數據（短基線）主要受多路徑與GPS 測量噪聲的影響，可采用小波分析理論，削弱測量噪聲與多路徑影響，結果如圖5，圖形較好的反應了橋墩的動態位移量。 而對第二組數據而言，橋墩的變形量已淹沒于測量的誤差中，其數據的增大與觀測時段內的觀測條件逐漸變差是相關的。

圖3， 圖4 為兩組方案相同時間段內每個歷元的雙差相位RMS變化情況。 從圖中可以看出，第一組方案（短基線）的RMS 集中在5mm到17mm 之間，最大不超過22mm，而第二組方案（長基線）的RMS 則是比第一組RMS 大，且有一定的趨勢性即增大。考慮其測量時間段是向正中午靠近，觀測條件會漸漸的不利于觀測，因此數據的質量會變差，圖形是符合實際情況的。

圖5

3 結論

3.1 與傳統的變形監測技術相比，GPS 技術有著獨特的優勢，但橋墩施工過程中，現場比較復雜，GPS 信號會受到各種因素影響。由于采用的是高采樣率GPS 進行監測，其數據量大，在使用GAMIT 軟件中的TRACK 模塊進行軌跡估計時，不可將長時間的觀測值一同處理，必須分段處理觀測數據,以避免多路徑的影響。

3.2 利用Track 模塊可得到相對于觀測站的空間直角坐標，從而可獲得橋墩的每時刻的動態位移量、 通過對獲得的GPS 觀測數據進行分析，可知當基線較長時，利用Track 模塊處理數據是達不到變形監測要求。因此，在觀測時基線不宜過長，且要采用濾波方法進一步提高觀測數據的質量。

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