TBC加載精密星歷處理中短程基線分析

吳 偉，任 超

(1.中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院，貴州貴陽550004;2.桂林理工大學測繪地理信息學院，廣西桂林541004;3.廣西空間信息與測繪重點實驗室(桂林理工大學)，廣西桂林541004)

一、引 言

Trimble Business Center(TBC)是Trimble的新一代后處理軟件，不僅能夠處理GNSS(包含GPS和GLONASS)數據，還可以處理全站儀、水準儀、3D掃描儀數據，集成了功能強大的可視工具和建模工具，利用多種視圖全面反映數據信息。全新的處理算法保證其處理速度，并提供了靈活的處理配置方案，可以通過網絡升級軟件。該款軟件同樣支持加載精密星歷數據處理模式，為測繪工作者提高中小型GPS控制網數據處理的精度和效率提供了捷徑。

高精度GPS控制網數據處理多采用GAMIT/GLOBK軟件，它是美國麻省理工學院編制的高精度定位定軌軟件，廣泛用于大尺度、高精度定位和地殼形變分析中。但是，該軟件結構復雜、文件準備繁瑣、需要設置的參數多，在安裝和解算過程中嚴格按照步驟操作有時也會遇到許多問題，而且還受到運行平臺的限制，其處理的數據和得到的成果需要在兩個不同系統之間頻繁流轉［1-4］。因此，在商用軟件中加載精密星歷以提高控制網精度成為需要解決的問題。

二、可行性分析

1.星歷數據來源

目前，國際GPS服務(IGS)機構主要發布最終星歷(IGF)、快速星歷(IGR)和超快速星歷(IGU)，它們在更新率、精度、時延方面有所不同，具體情況見表1。

表1 GPS精密星歷及鐘差相關信息［5-7］

在GPS數據后處理中，一般采用最終星歷和鐘差，但是其時延性較長，更新率較慢，最終精密星歷一般要兩周才能得到，而快速精密星歷在一天以后可以得到，而且在軌道精度、鐘差方面與最終星歷相當。

2.精密星歷對基線解算精度的提高

衛星星歷誤差對相對定位結果的影響一般可用下式來估計［8-9］，即

式中，δb為衛星星歷誤差所引起的基線誤差;b為基線長;δs為星歷誤差;ρ為衛星至測站的距離。式(1)中系數的具體取值則取決于基線向量的位置和方向、觀測時段的長短、觀測的衛星數量及其幾何分布等因素。根據表1，對于50 km長的基線，取ρ=22 000 km，分別采用廣播星歷和精密星歷解算引起的基線誤差見表2。

由表2可知，在不考慮其他因素對基線解算精度影響的條件下，采用廣播星歷進行基線解算引起的基線誤差遠大于采用精密星歷的誤差。對于高精度的GPS控制網而言，采用廣播星歷而引起的軌道誤差不容忽視。

表2 采用兩種星歷所引起的基線誤差估算 mm

3.精密星歷格式變換

當前所下載的精密星歷中，IGR開頭的文件為快速星歷，其文件格式為GAMIT/GLOBK軟件所制定的SP3格式。文件以周為單位、以0～6代表周內的星期，文件信息內的星歷數據每15 min更新一次，記錄長度被嚴格限定為60列［10］。限于篇幅，對SP3格式的每一個記錄(行)的詳細定義不再贅述。

由于商用軟件TBC所能載入的SP3精密星歷格式不同于GAMIT軟件，因此，將精密星歷載入TBC時，需要對SP3格式精密星歷進行修改。修改的方法可根據GAMIT與TBC所能接受的星歷格式(如圖1、圖2所示)的比對，編制相應的小軟件進行自動修改。

圖1 SP3標準星歷格式

三、TBC加載精密星歷基線解算的實現

下載IGS精密星歷文件(*.sp3)并統一放在同一個文件夾內，在TBC的文件菜單選擇導入選項卡，在導入文件夾選項選擇放置精密星歷的文件夾，完成精密星歷導入工作;然后在“工程設置→基線處理→常規→星歷表類型”里把星歷由“自動或廣播”改成“精密”就可以進行基線處理。具體操作步驟如圖3所示。其中，所下載的精密星歷文件必須能覆蓋觀測時間，最好同時下載比觀測當天早一天和晚一天的數據。

圖2 TBC所能載入的精密星歷格式

圖3 TBC加載精密星歷數據處理流程

四、實例分析

數據來源于某市全國第二次土地調查城鎮地籍調查GPS二等控制網項目，網點數24個。其中，B級點3個，C級點11個，新埋點10個，平均基線長度21.5 km，最長基線52.1 km，最短基線2.5 km。分別采用TBC加載廣播星歷、TBC加載超快速星歷、TBC加載快速星歷、TBC加載最終星歷、GAMIT/GLOBK 5種模式進行基線解算。在GAMIT軟件的處理中，引入的全球跟蹤站為WUHN(武漢)、KUNM(昆明)、XIAN(西安)，采用快速精密星歷，衛星高度角15°，歷元間隔30 s，同步環解算的nrms值均不大于0.3，基線解算精度統計如圖4所示。

圖4 5種模式解算的基線RMS值

由圖4可知，GAMIT的解算結果更為精確，TBC加載精密星歷后其解算精度比采用廣播星歷有明顯提高，采用3種精密星歷的解算模式結果精度相當且基線越長精度提高越明顯。在兼顧質量與效率的前提下，采用超快速精密星歷或快速精密星歷的解算模式較好。

將TBC加載廣播星歷和精密星歷的基線解算成果分別與GAMIT/GLOBK軟件的基線解算成果求差，其較差如圖5所示。

圖5 TBC四種解算模式與GAM IT解算成果比較

由圖5可知，與GAMIT/GLOBK解算成果相比，TBC加載精密星歷模式解算成果比加載廣播星歷模式更加接近，前者平均基線較差為1.9 mm，后者平均基線較差為2.8 mm，最大基線較差均為7 mm。因此，對于有較高精度要求、較長基線的網采用GAMIT軟件或TBC加載精密星歷的方式有較高的可靠性，采用后者解算，不僅能滿足精度要求，而且操作簡單易學，可應用性更強。

五、結束語

本文在TBC數據處理軟件的基礎上，分別采用廣播星歷和精密星歷進行基線解算。通過與GAMIT解算成果對比，可以發現，對于利用精密星歷進行基線向量解算，基線質量明顯優于采用廣播星歷的解算結果，尤其基線越長，精密星歷解算基線的精度提高效果越明顯。雖然基線處理結果與應用范圍相對于科研軟件GAMIT/GLOBK較弱，但也可顯著提高GPS控制網的精度。另一方面，商用TBC軟件較科研軟件具有安裝、使用及維護方便的優勢，因此，對事后數據處理的用戶，如果定位精度要求較高，則可以采用TBC加載精密星歷數據處理的方式。

［1］劉延軍，李培軍.利用商用軟件TGO加載精密星歷進行GPS基線解算的方法探討［J］.新疆有色金屬，2008(S1)：75-77.

［2］宋佩穎，丁曉光.基于IGS超快速星歷的高精度實時GPS 測量［J］.測繪工程，2009，18(4)：17-20.

［3］張雙成，曹海洋，高涵，等.基于GAMIT的GPS短基線解類型分析及應用［J］.測繪通報，2011(10)：27-29.

［4］鄂棟臣，詹必偉，姜衛平，等.應用GAMIT/GLOBK軟件進行高精度 GPS數據處理［J］.極地研究，2005，17(3)：173-182.

［5］茍長龍.廣播星歷插值和精密星歷外推方法研究［D］.長沙：中南大學，2009：5-10.

［6］鄭作亞，盧秀山，陽凡林.基于IGS超快星歷的GPS鐘差線性預報分析［J］.測繪科學，2009，34(6)：48-50.

［7］帥平，陳定昌，江涌.GPS廣播星歷誤差及其對導航定位精度的影響［J］.數據采集與處理，2004，19(1)：107-110.

［8］趙建三，楊創，聞德保.利用GAMIT進行高精度GPS基線解算的方法及精度分析［J］.測繪通報，2011(8)：5-8.

［9］郭斐，張小紅，李星星，等.GPS系列衛星廣播星歷軌道和鐘的精度分析［J］.武漢大學學報：信息科學版，2009，34(5)：589-592.

［10］李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理［M］.武漢：武漢大學出版社，2005：202-213.