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      不同星歷的GAMIT高精度基線解算

      2018-03-06 12:36:30王樹東
      導(dǎo)航定位學(xué)報 2018年1期
      關(guān)鍵詞:鐘差高精度數(shù)據(jù)處理

      王樹東,萬 軍,2

      (1.建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計院有限公司,北京 100007;2.中國測繪科學(xué)研究院,北京 100830)

      0 引言

      全球定位系統(tǒng)(global positioning system,GPS)測量數(shù)據(jù)處理是研究全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(global navigation satellite system,GNSS)定位技術(shù)的一項重要內(nèi)容,其中尤為重要的是GPS基線解算。目前,高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件國際上比較知名的是GAMIT數(shù)據(jù)處理軟件,采用雙差觀測量解算模式,通過最小二乘算法進(jìn)行參數(shù)估計,其優(yōu)點是可以完全消除衛(wèi)星鐘差與接收機鐘差產(chǎn)生的影響,同時也能大幅度減弱大氣折射誤差、軌道誤差等的影響。GAMIT基線解算過程中通常要求精密的軌道信息文件作為位置基準(zhǔn),但是在實際工作中由于最終精密星歷的播發(fā)是延后的,所以有時在一些需要實時進(jìn)行解算基線的工程中,不能滿足GAMIT基線解算的要求[1-5]。

      本文通過分析星歷精度對于定位精度的影響,探討基于不同的星歷進(jìn)行GAMIT基線解算與平差計算的方法。

      1 星歷誤差

      1.1 星歷類型

      按照精度劃分,GPS衛(wèi)星星歷可以分為精密星歷和廣播星歷。國際GNSS服務(wù)組織(International GNSS Service,IGS)負(fù)責(zé)提供各種導(dǎo)航定位系統(tǒng)的星歷,由7個IGS處理分析中心的結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均之后得到,主要分為最終星歷、快速衛(wèi)星歷和超快速星歷3種。廣播星歷較精密星歷的精度稍差,目前主要用于導(dǎo)航定位、低等級或短基線的工程測量[6-8]。

      星歷的更新時刻為世界協(xié)調(diào)時(coordinated universal time,UTC)。各種星歷的具體情況如表1所示。

      表1 星歷類型

      1.2 星歷誤差對定位精度的影響

      衛(wèi)星星歷誤差指衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星實際位置之差。衛(wèi)星在空中運行時,會受到很多力的影響,如天體引力攝動、太陽輻射壓力、衛(wèi)星鐘差等。經(jīng)過理論的分析與實驗研究,衛(wèi)星星歷誤差對相對定位的影響結(jié)果為

      (1)

      表2 不同星歷的相對基線誤差

      2 計算流程

      2.1 基線解算原理

      假設(shè)在2點同步觀測s、k衛(wèi)星,可以組成2個單差觀測方程為:

      (2)

      (3)

      式中:A、B表示2臺接收機;s、k表示衛(wèi)星;f為相位頻率;τ為波長;ρAB為t時刻測站到衛(wèi)星的幾何距離;δAB為接收機鐘差;NAB為t時刻的相位整周未知數(shù);ΔAB為大氣誤差。

      僅考慮頻率相同的情況,即τs、τk相同時用τ表示,對式(2)及式(3)求差化簡可得

      (4)

      由式(4)可見通過雙差觀測方程消除了衛(wèi)星鐘差與接收機鐘差。對于短距離基線來說,大氣誤差影響較小,可忽略不計。此時的未知參數(shù)為2測站的相對矢量和整周模糊度[9-10]。

      2.2 解算策略設(shè)置

      本文中的解算軟件為GAMIT 10.5,其需要在UNIX或LINUX系統(tǒng)中運行,同時需要GCC編譯器的支持。軟件的具體安裝步驟可參考相關(guān)文獻(xiàn),本文不再對軟件的安裝進(jìn)行詳細(xì)講述。

      比特幣交易是相互關(guān)聯(lián)的輸入輸出交易事務(wù),使用未經(jīng)使用的交易的輸出(UTXO)作為輸入,并生成新的輸出。同一筆交易可以有多個輸入和多個輸出,具體交易格式如表1所示。

      GAMIT數(shù)據(jù)處理主要的解算策略設(shè)置,采用軌道松弛模式;LC_AUTCLN解算類型;光壓模型采用BERNE;對流層天頂距延遲參數(shù)采取2 h估計1個,采用GMF映射函數(shù);海潮改正模型采用FES2004;衛(wèi)星截止高度角設(shè)置為10°。

      2.3 解算流程

      2.3.1 基線解算處理流程

      1)GAMIT的參數(shù)設(shè)置。采用RELAX解模式,解的數(shù)據(jù)類型為LC-AUTCLN,衛(wèi)星截止高度角為10°,對流層延遲每2 h設(shè)置1個,對基準(zhǔn)站N、E、U方向的約束都為5 cm。

      2)GAMIT數(shù)據(jù)解算分步進(jìn)行處理,編制調(diào)用GAMIT有關(guān)模塊的命令。通過創(chuàng)建一個年積日文件夾,將觀測文件、廣播星歷文件以及tables中的文件復(fù)制到年積日的文件夾下[11]:

      ①執(zhí)行makexp,檢查要解算的RINEX格式或GAMIT認(rèn)可的X開頭的觀測文件,正常運行后,按照提示依次輸入有關(guān)工程的各類信息和參數(shù);

      ②執(zhí)行sh_sp3fit,生成g文件以及t文件;

      ③執(zhí)行sh_check_sess,對生成的g文件進(jìn)行檢查,以查看session.info中有對應(yīng)的衛(wèi)星;

      ④執(zhí)行makej,由廣播星歷文件生成鐘差文件,即參考時刻衛(wèi)星鐘的鐘偏以及鐘漂;

      ⑤執(zhí)行sh_check_sess,檢查J文件,以查看session.info中有對應(yīng)的衛(wèi)星;

      ⑦執(zhí)行fixdrv,生成接收機鐘差多項式系數(shù)I文件以及批處理文件(b****y.bat)和相應(yīng)的輸入文件;

      ⑧執(zhí)行csh b****y.bat,得到每天的計算結(jié)果文件。

      2.3.2 平差處理流程

      1)利用GLOBK的htoglb模塊將H文件轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制文件。

      2)將所有*.glx文件做一個列表文件,命名為*.gdl。

      3)執(zhí)行g(shù)lobk單天平差計算,輸入“glred 6 glred.prt glred.log *.gdl globk_comb.cmd”,得到單天平差結(jié)果文件。

      2.4 解算結(jié)果分析

      單時段解算的標(biāo)準(zhǔn)化均方根殘差(normalized root mean square value,NRMS)是判斷GAMIT基線解算結(jié)果質(zhì)量好壞的一個重要指標(biāo)。通常來說,NRMS值越小,基線解算精度越高;反之,精度越低。依據(jù)Q文件中的NRMS值對其結(jié)果進(jìn)行衡量分析,比較理想的NRMS值應(yīng)小于0.25;若大于0.5,說明處理過程中有可能存在未消除的大周跳或某一參數(shù)的解存在較大偏差;查看O文件中的基線解算結(jié)果和精度,從而進(jìn)一步對基線解算結(jié)果進(jìn)行分析[12-15]。

      3 算例及精度分析

      3.1 算例

      選用2012-10-02(年積日第289天)福建省7個連續(xù)運行參考站(continuously operating reference stations,CORS)的原始觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行解算,觀測時間為24 h,歷元間隔30 s。7個CORS站點分布如圖1所示。

      用7種星歷對CORS站的數(shù)據(jù)進(jìn)行了解算,并從解算完的基線中選擇了14條,具體情況如表3所示。

      表3 GAMIT解算實驗基線

      3.2 精度分析

      通常只要NRMS值符合要求,則可認(rèn)為基線解算結(jié)果比較可靠。表4為不同的星歷解算得到的NRMS值。從表中可以看到,幾種星歷解算的NRMS值都小于0.25,并且與最終精密星歷解算的NRMS值之差僅為0.012,說明由快速星歷和超快速星歷得到的解算結(jié)果是合理的。

      表4 7種星歷解算驗后NRMS值

      為進(jìn)一步比較解算結(jié)果的精度,對不同星歷平差完成的基線坐標(biāo)進(jìn)行比較分析。解算結(jié)果以利用最終精密星歷進(jìn)行解算的結(jié)果為基準(zhǔn),將其他星歷解算得到的基線坐標(biāo)分量與之求差,得到基線解分別在北方向(N)、東方向(E)、天向(U)3個方向的差值,如圖2、圖3、圖4所示。

      從圖2~圖4中可以看出由快速星歷解算得到的結(jié)果和最終精密星歷解算得到的結(jié)果在3個方向上的差值都為零。這說明在本次基線解算實驗中,快速精密星歷和最終精密星歷基線解算的測站坐標(biāo)結(jié)果一致。超快速精密星歷解算得到的結(jié)果與最終精密星歷解算得的結(jié)果在3個方向上存在差異;當(dāng)基線長度在370 km以內(nèi)時,在N、E方向上差值基本在0.5 mm以內(nèi);當(dāng)基線長度達(dá)到432和494 km時,差值在1~2 mm之間,且呈現(xiàn)隨著基線增長差值逐漸增大的趨勢。

      4 結(jié)束語

      本文使用不同星歷對實測CORS站數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算,通過這次基線解算實驗以及工作中大量的基線解算經(jīng)驗,驗證了在特定情況下,使用其他2種星歷代替最終精密星歷進(jìn)行基線解算的可行性與準(zhǔn)確性,且得出:當(dāng)在無法獲取最終精密星歷但可以獲取快速精密星歷的的特殊情況下,可以使用快速精密星歷代替最終精密星歷進(jìn)行高精度的基線解算與平差處理;當(dāng)在無法獲取上述2種星歷但可獲取超快速星歷的特殊情況下,在處理小于400 km以內(nèi)的中短基線數(shù)據(jù)時,可以使用超快速精密星歷代替精密星歷進(jìn)行高精度的基線解算與平差處理。

      [1] HERRING T A,KING R W,MCCLUSKY S C.GAMIT reference manual GPS analysis at MIT(Release 10 3)[EB/OL].(2015-06-16)[2017-01-19].http://www.doc88.com/p-817688430780.html.

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      [4] 劉大杰,施一民,過靜珺.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2005.

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