应用Bernese 5.0软件进行精密单点定位计算*

邰 贺,付 妍

(沈阳市勘察测绘研究院,辽宁沈阳110004)

0 引 言

传统定位模式下用户想要完成诸如像控点测量等工作,均需要布设静态控制网,费时费力,不但成本高昂,而且大大增加工期。精密单点定位(PPP)技术是目前国际上高精度研究的热点技术,采用该模式,用户只需要在预选控制点位上观测一段时间,就可以得到高精度的坐标信息,从而避免了布设常规静态控制网的工作。Bernese软件是目前广泛使用的高精度GNSS科研型定位解算软件[1],能够提供源代码,并为可视化界面操作。其内部提供非差解算(PPP)模块,可以实现高精度精密单点定位解算。

1 软件操作流程

流程大致分为数据准备、解算准备、数据解算和成果评定共4个部分:

1)数据准备阶段主要是准备相关的外部文件,包括电离层文件、极点文件、码偏差表文件、精密星历文件、精密钟差文件、原始数据文件、板块运动文件、站点信息文件、参考坐标文件、速度场文件、潮汐文件等。其中大部分文件可以通过Berne的匿名FTP下载获得。

2)解算准备主要是一些设置部分。因为Bernese 5.0软件在解算中顾及各种误差,比如对流层延迟误差、卫星轨道误差、地球固体潮等,所以需要在相关的设置文件中进行设置。一些误差可以通过模型进行估计,另外一些可以通过差分消除。

3)数据解算主要是进行包括差分解算以及PPP解算等。因为GPS定位主要是要求出地面上的待求点的位置,一般情况下都是基于某一个框架以及某一个时间点上的。目前经常使用的框架包括IT RF97、ITRF00、ITRF05等[2],常用的历元包括2000.0、瞬时历元等。计算时需要根据需要选择合适的坐标框架和历元,从而基于该框架和历元下的点位坐标。

4)成果评定部分主要是看生成的报表。一般情况下主要查看结算残差文件、定位摘要文件等,查看解算指标是否超限,分析原因等。

目前Bernese软件提供了高效率的处理引擎BPE,只需要设置好选项,就可以进行各种解算的批处理工作,非常方便,在实际解算中经常采用这种方式。

2 BPE架构

BPE的部分采用Perl编写的,是一个独立的模块,采用了C/S结构,有交互式和非交互式两种模式可以选择[4]。目前在实际使用中主要采用交互式方式,这样便于实时分析。

BPE的实现主要依靠 4个 PCF控制文件:PPP.PCF、RNX2SNX.PCF、CLK.PCF以及BASTST.PCF[3]。在这些控制文件中,定义了某种解算方式需要调用的各种命令和脚本的顺序,具体的含义如下:

PPP.PCF:主要是估计各个点位的坐标以及估计各种参数,如对流层误差以及接收机钟误差等(估计的间隔可以在控制文件中设定)。

RNX2SNX.PCF:根据原始观测值(已经转换成RINEX标准格式)估计测站的坐标以及各种解算参数,同时形成法方程,进而可以求出测站的点位速度场等参数,同时将解算的结果以SINEX的标准格式输出。

CLK.PCF:根据网内的原始观测值和星历文件,计算接收机钟差和卫星钟差,并且单独的生成一个文件,格式是Rinex格式,同时还可以对原始观测文件进行一些处理,比如存在较大观测盲段的计算会被自动放弃,以及出现残差的时候也同样自动放弃等等。

BASTST.PCF:差分模式下的基线解算,所使用的信息可以由以上的3个PCF控制文件所生成的文件组成,处理结果包括报表等。BPE处理的流程图如图1所示:

图1 BPE引擎处理流程图

3 解算实例

我们采用Bernese 5.0软件计算了沈阳市勘察测绘研究院所建立的CORS基准站的观测数据,时段长为24小时,采样率为30 s.采用其中一个站点(位于全网重心位置)作为已知站点,其余6个站点作为未知站点,利用PPP解算6个未知站点的地心坐标,与差分模式解算出的6个未知站点的地心坐标进行对比,并计算出平均定位误差,计算结果如表1所示:

表1 PPP模式与差分模式定位结果差异表

从以上数据可以看出,采用Bernese软件的PPP解算模式,其解算结果与差分模式的解算结果的差异在几个厘米,完全可以满足高精度定位的需求。

4 结 论

Bernese 5.0由于其既能进行精密单点定位的解算又能进行差分解算,同时具备速度快精度高等优点,在国内外诸多项目中得到了广泛的应用。在目前建立区域CORS网费用高昂的情况下,很多单位都选择建立单基准站的方式,由于不能获取精确的地心坐标,通常都采用单点定位坐标作为基准,如果将该网合并入整个区域的参考站网络[5],在重新全网解算成本高昂、不便于短时间内完成的前提下,会出现结果不匹配的情况。采用Bernese 5.0软件的精密单点定位模式,就可以在不联测IGS站点的情况下,获得高精度的指定框架和历元下的坐标,是目前各个城市单基准站合并入CORS网简便快捷的方式,具有很大的实际应用意义。

[1] 过静珺,王 丽,张 鹏.国内外连续运行基准站网新进展和应用展望[J].全球定位系统,2008,33(1):1-10.

[2] 李征航,黄劲松,GPS测量与数据处理[M].武汉,武汉大学出版社,2005.

[3] 周 利,匡翠林.Bernese高精度GPS数据处理软件介绍及其应用实例[J].测绘与空间地理信息,2007,30(5):110-113.

[4] 孟 黎,徐 杰,任 超.Bernese GPS 4.2版本数据处理软件的使用以及常见错误分析[J].全球定位系统,2007,32(3):42-46.

[5] 刘经南,刘 晖.建立我国卫星定位连续运行参考站网的若干思考[J].武汉大学学报.信息科学版,2003(S1):27-31.