MGEX站解算GPS/BDS基線精度對比分析

李 征，嚴志文，張永滎

（1.青海省自然資源綜合調查監測院，青海 西寧 810000；2.青海省基礎測繪院，青海 西寧 810000）

隨著全球衛星導航系統（global navigation satellite system,GNSS）的快速發展，GNSS技術在地震監測、火山噴發、冰川移動、山體滑坡、城市地表沉降監測和滑坡形變監測，均取得了較好的研究成果，因此各個領域均對GNSS數據處理提出了更高的要求和標準[1-4]。美國麻省理工學院基于LINUX操作系統研發的GAMIT/GLOBK軟件是受國內外研究學者認可的GPS數據處理軟件之一[5-9]。

2020-06-23，我國自主建設、獨立運行的北斗衛星導航系統第55顆衛星發送到指定軌道，標志著我國北斗衛星導航系統正式向全球用戶提供高精度導航與定位服務[10-12]。為了對最新GPS與BDS基線解算結果進行精度評估，本文選取了MGEX（multi-GNSS ex?periment,MGEX）網所采集到的觀測數據31 d觀測數據進行基線解算，并從標準均方根誤差值、基線重復性等方面進行精度評估。

1 GAMIT/GLOBK簡介與解算策略

GAMIT/GLOBK軟件是由美國麻省理工學院基于LINUX操作系統研發的一種高精度GPS數據處理軟件，該軟件解算短基線的精度可以達到1~3 mm，主要由7大功能模塊組成，主要包括MAKEXP模塊、ARC模塊、FIXDRV模塊、MODEL模塊、AUTCLN模塊、CFMRG模塊和SOLVE模塊，各個模塊間相互獨立、又相互協作的關系，目前最新的GAMIT/GLOBK10.7版本加入北斗觀測數據的解算服務的功能。

本次實驗過程中選取MGEX網中30個觀測站中觀測數據質量較好的數據產品，利用TEQC數據分析軟件對原始觀測數據進行數據格式標準化處理及質量檢核分析，剔除觀測質量較差的觀測文件，觀測數據采樣間隔均為30 s，精密星歷及鐘差產品使用MGEX提供的事后精密產品，基線解算過程中參數設置如表1所示。

表1 基線解算參數設置

表1可以看出，本次實驗過程中基線處理模式選擇為RELAX模型，衛星截止高度角設置為10°，坐標框架設置為ITRF2014，對電離層采用了去電離層組合、對流層借助經驗模型進行改正，其目的是使解算結果更加可靠、穩定、精度更高。

2 精度評價指標

標準化均方根誤差（normalized root mean square,NRMS）是GAMIT軟件中用來表示基線解算結果中基線值偏離加權平均值的程度，具體計算公式為：

式（1）中，Yi為基線向量歷元解算值；Y為基線向量真值；N為歷元總數；δi2為各歷元解算值中誤差。一般情況下認定NRMS值越小，基線解算結果越好、精度越高，反之越差。一般情況下NRMS小于0.30，若大于0.30則認為基線解算失敗，其原因可能是周跳。

基線重復率是GAMIT軟件中用來表示基線解算結果中基線質量的重要指標。一般基線解的相對精度能夠達到1×10-9量級，短基線的精度優于1 mm。具體計算公式為：

在式（2）（3）中：R1和Rr分別是基線L的重復性和相對重復性的統計值；i表示觀測時段，n為總觀測時段；δi是單時段基線L的中誤差；Li表示為第i個單時段的基線解算結果；Lˉ是基線單天解的加權平均值，其計算公式為:

3 案例分析

通過對基線解算結果文件進行統計對比分析，結果發現GPS數據基線解算結果的NRMS值均小于0.20，BDS數據基線解算的NRMS值均小于0.26，所有NRMS值均小于0.30，表明基線解算成功。為了進一步對MGEX站GPS、BDS基線解算精度進行定量分析，本文對實驗結果中的20條基線N、E、U方向誤差及基線整體誤差結果進行統計分析，結果如圖2所示。

由圖1可以看出，GPS在N、E、U方向的基線誤差及基線總體均優于BDS，在N、E方向分量上：GPS基線誤差均優于3 mm、BDS基線誤差均優于5 mm；在U方向分量上：GPS和BDS基線誤差分別優于6 mm、8 mm；無論是GPS還是BDS基線，N、E方向上的基線誤差精度都優于U方向上的基線誤差精度。就GPS而言，基線4和基線8精度表現最佳，在N、E方向的精度均優于1mm，基線4在U方向精度優于4 mm；對BDS而言，基線4、基線8和基線19精度表現最佳，在N、E方向精度誤差優于3 mm，在U方向精度誤差優于4 mm。

圖1 基線解算結果

為了進一步對比分析GPS與BDS基線解算得結果，分別對GPS、BDS的基線向量重復性以及基線向量的相對重復性結果進行統計分析，結果如圖2所示。

由圖2a可以看出，GPS基線向量重復性在整體上小于0.02；BDS基線向量重復性在整體上小于0.06。與GPS相比，BDS整體上重復性較高，其中最大值超過0.05。由圖2b可知，對GPS而言，除3號和14號基線外，其余基線相對重復性均達到了10-9量級，而BDS基線除4號基線相對重復性達到了10-9量級外，其余基線相對重復性達到了10-8量級。

圖2 基線重復性結果對比分析

4 結語

本文通過對MGEX站31 d觀測數據進行基線解算，從標準化均方根誤差、基線誤差及基線重復性3個方面對GPS和BDS解算結果進行定量對比分析，實驗結果表明：

基于GAMIT10.7軟件分別對GPS和BDS數據進行解算，結果發現NRMS值均小于0.30，滿足高精度基線解算得要求，其中GPS和BDS的NRMS值分布均小于0.20和0.26。

GPS在N、E、U方向的基線誤差及基線總體均優于BDS。在N、E方向分量上：GPS基線誤差均優于3 mm、BDS基線誤差均優于5 mm；在U方向分量上：GPS和BDS基線誤差分別優于6 mm、8 mm；無論是GPS還是BDS基線，N、E方向上的基線誤差精度都優于U方向上的基線誤差精度。

GPS基線向量重復性在整體上小于0.02，BDS基線向量重復性在整體上小于0.06。與GPS相比，BDS整體重復性較高，對GPS而言，除3號和14號基線外，其余基線相對重復性均達到了10-9量級，而BDS基線除4號基線相對重復性達到了10-9外，其余基線相對重復性達到了10-8量級。