GPS基线解算的质量控制和精化处理①

张亚东，白 薇

（中国冶金地质总局 地球物理勘查院，河北 保定071051）

0 引 言

基线解算是GPS静态数据处理中的重要环节，其解算质量的好坏，直接影响到GPS定位测量的成果和精度。对于GPS短基线（＜5km），即使通过选择合适的点位和观测时间来保证观测条件，在基线解算过程中，有时也得不到质量合格的基线解［1]。在这种情况下，通过对基线进行精化处理，提高基线向量的解算质量，减少野外返工重测。

1 基线解算流程

不同厂商的接收机所配备的数据处理软件，在具体操作细节上存在一些不同之处，但总的操作步骤大体相同。以南方测绘仪器公司的GPS数据处理软件GPSPro Ver4.0为例，其基线解算流程如图1所示。

2 基线解算的质量控制

质量控制包括质量评定和质量控制两方面。基线解算结果的质量通过一系列质量控制指标来评定，而基线解算结果质量的改善则是通过基线的精化处理来实现［2]。基线解算主要由以下指标来进行质量控制。

1）数据剔除率

在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阈值，就认为该观测值含有粗差，需要剔除。它从某一方面反映了GPS原始观测值的质量。数据剔除率越高，说明观测值的质量越差。根据GB／T 18314－2009，同一时段观测值的数据剔除率小于10%.

2）同步环闭合差

由于同步观测基线间具有一定的内在联系，使得其值在理论上应为0.但在实际的工程应用中所采用的商业软件的基线解算模式为单基线模式，同步环闭合差通常为一个微小量，并不一定为0.如果同步环闭合差超限，则说明组成同步环的基线中至少存在一条基线向量是错误的；反过来，如果同步环闭合差没有超限，还不能说明组成同步环的所有基线其质量是合格的。

3）异步环闭合差

当异步环闭合差满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量的质量是合格的；当异步环闭合差不满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量中至少有一条基线向量的质量不合格，要确定出哪些基线向量的质量不合格，可以通过综合分析多个相邻的异步环或重复基线来进行。

4）重复基线长度较差

重复基线较差是评定基线结果质量非常有效的指标，当其超限时，就表明重复基线中一定存在质量不满足要求的基线。通过一条基线三次以上的复测结果，通常能够确定出存在质量问题的基线，流程图如图1所示。

图1 基线解算流程

5）单位权方差

当观测值的权阵确定时，单位权方差的数值就取决于观测值的残差，残差越大，其数值也越大。

6）Ratio值

Ratio值反映了所确定出的整周模糊度参数的可靠性，该值始终≥1.这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量有关，也与观测条件的好坏有关。通常要求Ratio≥3.

7）RDOP值

RDOP值的大小与观测时段、基线位置和卫星在空间中的几何分布及运行轨迹有关。RDOP值反映了观测期间GPS卫星星座的状态对相对定位的影响，不受观测值质量的影响。

8）观测值残差的RMS

RMS是一个内符合精度指标，RMS小，内符合精度高，RMS大，内符合精度差。RMS与结果质量有一定的关系，结果质量不好时，RMS会较大，但是RMS大并不代表结果质量不好。

在实际工程应用中，往往将异步环闭合差和重复基线长度较差作为绝对指标［3－4]来评定基线解算结果的质量，而其他指标只是作为相对指标来参考使用，并不能最终确定成果的质量。

3 影响基线解算结果的因素及精化处理方法和应用实例

通过对新疆某地GPS控制网的施测和解算，分析了影响基线解算结果的基本因素，并给出了相应的精化处理方法。

1）少数卫星观测时间太短，导致这些卫星的整周未知数无法准确确定。精化处理方法：直接删除该卫星的观测数据，不让它们参加基线解算，以保证基线解算结果的质量。判断这类问题最直接的方法是查看卫星的可见性图，如图2所示。

图2 卫星的可见性图

2）存在未探测出或未正确修复的周跳。精化处理方法：删除周跳严重的时间段。判断这类问题可以通过卫星的信噪比曲线查看，如图3为R02号卫星的信噪比，期间存在明显的周跳。

3）多路径效应。多路径效应往往造成观测值残差较大，可以通过缩小编辑因子的方法剔除，一般设在2.5～3.5之间；也可以直接删除多路径效应严重的时间段或卫星。如图4所示，将有多路径效应的时间段直接删除。

4）对流层或电离层折射影响过大。通常采用提高卫星截止高度角、和选择不同的观测组合方案来提高解算质量。如图5所示，基线XY24－XY12用L1的观测组合方案解算时，虽然方差比达到了100，但基线解算不合格，手动设置为LC组合方案后基线解算合格，方差比仍然为100，如图6所示。

5）参考卫星选取不适当。解算软件一般会自动选取观测数据最多、周跳最少且高度角较高的卫星作为参考卫星，但受观测条件的影响，软件的选择未必合理。当参考卫星选择不合理时，也会影响基线解算的质量，必须根据卫星预报、野外观测记录和卫星的可见性图，手动重设观测时间长、残差小的卫星作为参考卫星。如图7所示，基线XY17－0347解算时软件自动选取20号卫星作为参考卫星解算，虽然方差比为100，但基线结果不合格，手动选取32号卫星作为参考卫星后，基线解算结果合格，如图8所示。

图6 XY24－XY12基线解算方案2

4 结 论

基线解算的质量直接影响着后续平差处理的结果和精度，依据基线解算的质量控制指标，及时发现问题，并根据实际情况采取措施，确保野外观测质量。

如果基线解算质量不合格，通过精化处理方法重新解算可以得到质量合格的基线解算结果，以减少野外返工。

基线解算时采用的删除卫星观测数据、删除周跳严重时间段、选择参考卫星等措施，一定要慎重，要多比较和试验，选择质量最佳的解算结果。

［1]张 伟.GPS基线解算的优化处理［J].山东煤炭科技，2010（3）：160－161.

［2]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理［M].2版.武汉：武汉大学出版社，2010.

［3]杜拴宝.GPS基线解算质量控制研究［J].科技情报开放与经，2010，20（14）：199－201.

［4]王国祥.GPS基线解算与质量控制［J].铁道勘察，2005（6）：7－10.