GNSS基線解算與控制網(wǎng)平差探討

張?jiān)瞥? 張霽陽 王文斌

摘 要：闡述了GNSS基線解算質(zhì)量控制指標(biāo)，并對(duì)單位權(quán)方差因子、RMS、RATIO、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、重復(fù)基線較差等基本概念進(jìn)行了詳細(xì)解釋說明。分析影響GNSS基線解算質(zhì)量的主要因素有起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確、少數(shù)衛(wèi)星觀測(cè)時(shí)間太短、周跳太多及路徑效應(yīng)比較嚴(yán)重等。介紹了網(wǎng)平差數(shù)據(jù)處理的主要步驟為平差預(yù)處理、數(shù)據(jù)有效性檢查及數(shù)據(jù)處理。研究取得的有關(guān)概念、步驟與主要結(jié)論，可以為類似GNSS的基線解算與控制網(wǎng)平差提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：GNSS 基線解算 控制網(wǎng)平差 影響因素 質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）12（a）-0020-02

21世紀(jì)，對(duì)于全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（GNSS）來說，將是其迎來“百星爭鳴”的輝煌時(shí)代[1]。GNSS （Global Navigation Satellite System）是一個(gè)綜合性概念，泛指全球所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。至2020年，將會(huì)有美國的GPS（24顆星）、俄羅斯的GLONASS（24顆星）、歐盟的Galileo（30顆星）、中國的BDS（35顆星）四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行[1，2]。應(yīng)用GNSS進(jìn)行工程測(cè)量主要解決：（1）衛(wèi)星空間坐標(biāo)如何得到：（2）衛(wèi)星至接收機(jī)天線相位中心的距離如何獲取：（3）用戶所需的坐標(biāo)信息怎樣得到三個(gè)關(guān)鍵性問題。用戶坐標(biāo)信息的獲取關(guān)鍵在于基線解算與控制網(wǎng)平差。為了更好的了解基線解算與控制網(wǎng)平差的相關(guān)知識(shí)，有必要就相關(guān)概念、基線處理過程、基線解算方法等進(jìn)行系統(tǒng)分析與研究。

1 基線解算的質(zhì)量控制指標(biāo)

基線解算的質(zhì)量控制是通過質(zhì)量控制指標(biāo)來體現(xiàn)基線的觀測(cè)質(zhì)量。基線解算的質(zhì)量控制指標(biāo)包括：單位權(quán)方差因子、RMS、RATIO、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差及重復(fù)基線較差。

（1）單位權(quán)方差因子以mm為單位，該值越小，表明基線的觀測(cè)值殘差較小，且相對(duì)集中，該基線觀測(cè)質(zhì)量較好。

（2）RMS表明觀測(cè)值的質(zhì)量，觀測(cè)值質(zhì)量越好，RMS越小，反之，觀測(cè)值質(zhì)量較差，則RMS越大，RMS不受觀測(cè)條件的好壞的影響。

（3）RATIO反映了所確定出的整周未知數(shù)參數(shù)的可靠性，這一指標(biāo)取決于多種因素，既與觀測(cè)值的質(zhì)量有關(guān)，也與觀測(cè)條件的好壞有關(guān)。

（4）同步環(huán)閉合差是由同步觀測(cè)全部基線所組成的閉合環(huán)的閉合差。在超限的情況下，同步環(huán)至少有一條基線是錯(cuò)位的。但是沒有超限的情況下還不能說明全部基線合格。

（5）異步環(huán)閉合差是不是完全同步觀測(cè)全部基線的的閉合環(huán)的異步環(huán)的閉合差。當(dāng)異步環(huán)閉合差滿足限差要求時(shí)，說明基線的向量是合格的。反之，不合格。

（6）重復(fù)基線較差是不同觀測(cè)時(shí)段，對(duì)同一條基線的觀測(cè)結(jié)果

2 影響GNSS基線解算質(zhì)量因素的分析

影響GNSS基線解算結(jié)果的因素主要有[3，4]：

（1）基線解算時(shí)所設(shè)定的起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確，起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確，會(huì)導(dǎo)致基線出現(xiàn)尺度和方向上的偏差。

（2）少數(shù)衛(wèi)星觀測(cè)時(shí)間太短，導(dǎo)致這些衛(wèi)星的整周未知數(shù)無法準(zhǔn)確確定，當(dāng)衛(wèi)星的觀測(cè)時(shí)間太短時(shí)，會(huì)導(dǎo)致與該顆衛(wèi)星有關(guān)的整周未知數(shù)無法確定，而對(duì)于基線的解算來講，對(duì)于參與計(jì)算的衛(wèi)星，如果與其相關(guān)的整周未知數(shù)沒有準(zhǔn)確確定的話，就講影響該條基線解算精度。

（3）在整個(gè)觀測(cè)時(shí)間段里，有個(gè)別時(shí)間段里周跳太多，致使周跳修復(fù)不完善。

（4）在觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)，多路徑效應(yīng)比較嚴(yán)重，觀測(cè)值的改正數(shù)普遍較大。

（5）對(duì)路徑效應(yīng)嚴(yán)重，對(duì)流層或者電離層折射影響過大。

3 網(wǎng)平差的數(shù)據(jù)處理

3.1 平差預(yù)處理

平差預(yù)處理主要有兩個(gè)目的，其一是對(duì)整個(gè)控制網(wǎng)的網(wǎng)形進(jìn)行測(cè)試與檢查：其二是初步發(fā)現(xiàn)基線數(shù)據(jù)粗差。

3.2 數(shù)據(jù)有效性檢查

在基線結(jié)算欄和網(wǎng)平差欄都可以對(duì)數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行檢查。當(dāng)在基線結(jié)算欄進(jìn)行該測(cè)試時(shí)，以CGO處理軟件為例檢查的是基線向量是否有足夠的觀測(cè)時(shí)段，當(dāng)在網(wǎng)平差欄進(jìn)行該測(cè)試時(shí)，CGO檢查的網(wǎng)平差是否有足夠的的基線來進(jìn)行網(wǎng)平差。

3.3 數(shù)據(jù)處理

（1）第一步是打開CGO軟件，然后新建項(xiàng)目，輸入項(xiàng)目名稱和保存位置。為了對(duì)以后項(xiàng)目的確認(rèn)和識(shí)別。之后要對(duì)項(xiàng)目屬性進(jìn)行初步的擬定，其目的是在后面數(shù)據(jù)處理給予正確的規(guī)范和處理。例如項(xiàng)目基準(zhǔn)，時(shí)間系統(tǒng)和單位等[2]。

（2）第二步是把GNSS的觀測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，可以一次性的全部導(dǎo)入，然后根據(jù)觀測(cè)時(shí)間段和GNSS的型號(hào)對(duì)文件名進(jìn)行更改，對(duì)控制點(diǎn)確認(rèn)，方便項(xiàng)目的識(shí)別。其中，不同儀器的測(cè)量方法也不同。完事后確認(rèn)，出現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)圖，綠色代表可以使用，紅色說明不合格，需要重新觀測(cè)。

（3）第三步是基線處理，一般情況下用的衛(wèi)星很多，要對(duì)基線處理，處理掉不需要的。處理原則是當(dāng)ratio大于5的時(shí)候可以使用，最好達(dá)到50以上，但是不可能達(dá)到100。可以通過基線處理報(bào)告，來看對(duì)基線處理的是否合格，合格繼續(xù)下一步不合格需要對(duì)基線數(shù)據(jù)重新處理。

（4）第四步是網(wǎng)平差，先進(jìn)行平差設(shè)置修改，設(shè)置具體要求和規(guī)范規(guī)定等級(jí)。然后錄入之前處理好的基線，沒有問題后，進(jìn)行網(wǎng)平差，查看平差報(bào)告。對(duì)平差報(bào)告中得到的結(jié)果，進(jìn)行一一檢查。

4 結(jié)語

闡述了GNSS基線解算質(zhì)量控制指標(biāo)、影響GNSS基線解算質(zhì)量的因素及網(wǎng)平差數(shù)據(jù)處理的主要步驟，取得如下主要結(jié)論。

（1）GNSS基線解算質(zhì)量控制指標(biāo)有單位權(quán)方差因子、RMS、RATIO、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、重復(fù)基線較差。

（2）影響GNSS基線解算質(zhì)量的因素有起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確、少數(shù)衛(wèi)星觀測(cè)時(shí)間太短、周跳太多及路徑效應(yīng)比較嚴(yán)重。

（3）網(wǎng)平差數(shù)據(jù)處理的主要步驟是平差預(yù)處理、數(shù)據(jù)有效性檢查及數(shù)據(jù)處理。

參考文獻(xiàn)

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