基于Bernese软件的CORS网基线解算＊

纪冬华，郭 英，3，李国伟，刘景瑞，彭福国

（1．山东科技大学测绘科学与工程学院，山东 青岛266590；2．海岛（礁）测绘技术国家测绘局重点实验室，山东 青岛266590；3．中国测绘科学研究院，北京100830）

0 引 言

连续运行基准站系统（CORS）由空中GNSS卫星、地面基准站和控制中心3部分组成。其定位方式多采用网络实时动态定位技术（NRTK），即系统将地面的基准站点构成相应的三角网络，通过处理网络观测数据，估计基准站之间的空间相关误差，并采用一定的内插方法，提供用户所在位置的空间相关误差，以实现用户较高精度的定位［1］。

目前，高精度GPS数据处理软件主要有:美国麻省理工学院（MIT）和加州大学圣地亚哥分校Scripps海洋研究所（SIO）研制的 GAMIT／GLOBK，瑞士BERNE大学研制的Bernese软件和美国喷气推进实验室（JPL）研制的GIPSY／OASIS软件。三种软件的功能各有差异，前两者的共性是均可采用双差模型处理GPS观测值，而后者仅能处理载波非差观测量，即实现精密单点定位。与一般随机软件相比，三种软件都顾及了GPS测量中各项误差的影响，其解算结果能更好地满足生产实际需求。因此，被广泛应用于GPS卫星定轨以及长基线、大面积的定位应用中［2］。

1 Bernese软件功能及基线解算流程

Bernese GPS软件是由瑞士伯尔尼大学天文研究所研究开发的GPS数据处理软件，其用户界面友好，模块条理清晰，内嵌有图形软件，功能强大。该软件大约由100个数据处理程序和100个菜单程序组成，包括1 000个子程序和函数，源代码有300 000行左右。程序语言是FORTRAN 77，ADDNEQ2等，个别程序由FORTRAN90编写［3］。

1．1 软件主要功能［4－5］

Bernese软件有着非常强大的功能，它的一些主要功能为:

1）既可用非差方法进行单点定位，又可用双差方法进行整网平差；

2）可处理中小型、大型乃至全球的GPS网观测数据，以实现高精度定位；

3）组合处理GPS和GLONASS观测数据，还可以处理SLR数据；

4）估计太阳光压参数；

5）估计卫星或者接收机的钟差，以实现时间传递和频率转换；

6）监测电离层、对流层的变化；

7）实现低轨卫星、GPS卫星的精密定轨，以及求解地球自转参数；

8）对法方程或者SINEX文件进行数据综合，反演更精确的求解参数。

1．2 静态基线解算流程

Bernese软件进行基线解算时以最稳定的测站做主差，其生成独立基线的方法有多种，本实例中以构成单差观测值数量最多OBS－MAX为原则生成独立基线。基线解算过程中，需对各项误差进行模型改正，包括影响较小的地球物理效应（极移、岁差、章动、潮汐等）。卫星轨道采用9参数光压模型，接收机钟差利用改正后的卫星位置和伪距观测值计算而得，对流层采用Saastamoinen模型，映射函数为Niell干湿延迟；电离层采用LC观测值消电离层方法；每条基线的整周模糊度采用QIF法确定［6］。结合CORS网基线解算实例，图1示出了Bernese软件双差数据处理流程。

图1 Bernese软件双差数据处理流程

2 数据准备及处理结果分析

2．1 数据准备

数据选取2009年8月4日（年积日216）某省CORS网部分站点的24h观测数据，其接收机均为Trimble netr5，数据包括双频载波相位和C1码、P2码观测值。其CORS站点的点位示意图如图2所示。

2．2 TEQC数据质量检测

TEQC是一个操作简单但功能强大的GPS数据预处理软件，主要包含数据格式转换、数据编辑和数据质量检测三个功能，采用数据质量检测（QC），其检测原理是通过伪距和相位观测量的线性组合，计算出L1、L2观测量的多路径效应、电离层对相位的影响、电离层延迟的变化及接收机的钟漂和周跳等，采用MP1、MP2、O／SLPS三个关键性指标反映数据质量，根据IGS跟踪站的数据统计，三指标的标准分别为:MP1＜0．5、MP2＜0．75，O／SLPS＞100［6］．

图2 CORS站点的点位示意图

基线解算前，利用TEQC软件对CORS网各站点观测数据进行质量检核，其中检核的MP1值因CORS网各站点的观测文件缺乏P1码，故由原观测文件中C1码替换P1码后计算而得，各测站检核结果如表1所示。

表1 区域CORS网站点的TEQC质量检核结果

由表1可知，MP1max＝0．35＜0．5；MP2max＝0．47＜0．75，说明各测站多路径效应的影响均较小；O／SLPSmin＝22＜100，说明除 QHBD站周跳较多外，其余站周跳均较少，综合分析考虑，该CORS网大部分测站观测数据质量良好，观测环境也较理想。

2．3 基线解算结果及分析

分别使用Bernese软件和GAMIT软件对该CORS网数据进行基线解算时，均采用ITRF2000参考框架及相同的卫星精密星历，其采样间隔及截止高度角分别设置为30s和10°，基线解算前，先利用Bernese软件对各测站进行精密单点定位，并将此定位结果作为先验坐标进行基线解算。按照坐标分量（Xi、Yi、Zi），对 Bernese的解算结果和GAMIT的结果进行对比，比较结果如表2所示。两种软件进行基线解算时均以QHBD、TSZH、TSTH站作为固定站，故不在表中显示。

表2 两种软件解算坐标及RMS值比较

为了更好地比较两种软件的结果差异，将其结果可视化，如图3，4所示。

图3 两种软件解算坐标（X方向）比较

由表3可知，GAMIT双差解的最后点位坐标和初始坐标符合较好，Bernese次之，但从RMS来看，两种软件的双差解算精度均在毫米级，运用Bernese软件进行基线解算，其精度较高。

图4 两种软件解算坐标中误差（X方向）比较

3 结 论

1）通过TEQC软件对CORS网各测站观测数据进行质量检核，便于对基线解算后各点位精度的分析，本实例中若QHBD站观测数据质量较好，其基线解算精度将有进一步提高；

2）实例中GAMIT双差解的最后点位坐标较Bernese更接近于初始坐标（Bernese单点定位结果），但由于Bernese非差模式在探测粗差和周跳方面存在不足，其单点定位精度较差，故将之作为初始坐标并不十分准确，因此判别两种软件的双差解算精度，须参照各自的RMS值共同进行结果分析；

3）实例中两种软件的双差解算精度均在毫米级，但GAMIT略大，主要原因在于两种软件进行双差基线解算时，其参数设置有所差异；采用的数学模型也不尽相同，故解算结果必然不同。另外，两种软件使用的原始观测文件均无P1码，实际进行周跳探测时，用C1码代替了P1码，从某种程度上讲，也损害了两种软件的双差解算精度。

［1］ 郭 英，程鹏飞，吕洪标．基于DTIN的CORS基准站网络构造算法［J］．大地测量与地球动力学，2010，30（6）:108－111．

［2］ 李征航，张小红．卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法［M］．武汉:武汉大学出版社，2009．

［3］ HUGENTOBLER U，SCHAER S，FRIDEZ P．Bernese GPS software version 4．2［R］．Astronomical Institute，University of Bern，2001．

［4］ 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）:35－36．

［5］ 徐 杰，孟 黎，王焱筠，等．GAMIT与BERNESE在GPS基线解算中的比较［J］．山东国土资源，2011，27（9）:54－55．

［6］ 魏二虎，王中平，龚真春，等．TEQC软件用于GPS控制网数据质量检测研究［J］．测绘通报，2008（9）:6－9．