新疆天文台本地连接测量的GPS资料归算*

张阿丽 熊福文 朱文耀

1)中国科学院新疆天文台，乌鲁木齐 830011

2)上海市地质调查研究院，上海 200072

3)中国科学院上海天文台，上海 200030

新疆天文台本地连接测量的GPS资料归算*

张阿丽1)熊福文2)朱文耀3)

1)中国科学院新疆天文台，乌鲁木齐 830011

2)上海市地质调查研究院，上海 200072

3)中国科学院上海天文台，上海 200030

利用2011年8月在新疆天文台南山观测站进行的GPS与VLBI空间大地测量技术并置站的本地连接测量数据，探讨本地连接测量中GPS控制网的布设与观测、数据处理方法及测量精度，测控网的GPS测量结果与光学测量结果之间的坐标转换等问题。

国际地球参考框架;GPS;VLBI;并置站;本地连接测量

1 引言

所谓空间大地测量技术并置站本地连接，源于国际地球参考架(ITRF)对 VLBI、SLR、GPS、DORIS等多种空间大地测量技术所实现的地球参考架的综合。进行这种综合的基本约束参数是在多技术并置站获得不同技术参考点之间的三维坐标差，即本地连接参数［1－4］。

测站参考点通常指主转动轴与从属轴所在平面的交点，位于设备内部，是个虚拟的点，因此观测难度比较大，必须布设一些观测网站，借助一些观测仪器，并通过GPS测量获得测控点在ITRF下的坐标，再经坐标转换最终得到参考点在ITRF中的坐标［5－10］。由此可见，GPS测量资料的归算精度及其与常规大地测量结果之间转换关系将直接影响到本地连接参数的测量精度。为此，我们利用新疆天文台南山观测站的GPS与VLBI空间大地测量技术并置站的本地连接测量数据，探讨了本地连接测量中GPS控制网的观测、数据处理方法及测量精度，测控网的GPS测量结果与光学测量结果之间的坐标转换等问题。

2 局域网的布设与观测

新疆天文台南山观测站的GPS与VLBI本地连接的局域网的布设如图1所示。

图1 南山观测站局域网示意图Fig.1 Local network sketch of the Nanshan site

从图1可见，三角网的布设总体与GPS控制网相同(在局域网中，将1号点编号为11，2号点编号为12，3、4、5 号点类推)，由于 GUAO CORS 站无法安装棱镜，采取在4、5号点交会的方式测量其中心，高程测量采用工程上竖井高程传递的方法，用吊钢尺配合数字水准仪，精确测量中心高程。对局域网采用GPS载波相位双差测量和常规大地测量的边角测量方法，含水平方向、高度角和斜距测量。常规大地测量用于确定各点位在局域网中的坐标，GPS测量用于局域网与地心三维坐标的转换。

图1 中在01、02、03、04、05 五个点位上安置 GPS接收机，通过与GUAO站长时间连续观测，精确求得01、02、03、04、05 五个控制点的 ITRF2008 坐标。

三角网测量时，在 01、02、03、04、05 五个点位上设站，分别观测这五个点位间平距、斜距、角度、高差，按照四等三角测量技术要求精确测量相对关系，精确求得 01、02、03、04、05 五个控制点的局域网坐标。

测量所用的5台接收机为Z-Surveyor双频接收机。观测时间为2011-08-31T0 9:24—09-06T02:53年积日DOY243～DOY249，观测卫星高度角≥15°;有效观测卫星数≥5;时段长度为24小时;时段数≥3;数据采样间隔30秒。

3 GPS数据处理与精度分析

3.1 参考历元及起算数据

数据处理时，选取 GUAO站为起算基准。GUAO站在历元1997.0的X、Y、Z坐标分量的精度分别为 0.6、0.7、0.7 mm，速度三分量Vx、Vy、Vz的精度分别为 0.04、0.08、0.08 mm/a。根据观测时刻(2011年第241天，t=2011.660 27)，GUAO站站坐标X(t)、Y(t)、Z(t)为:

其中t0=1997.0。根据误差传播定律，得到观测时刻GUAO站坐标X(t)、Y(t)、Z(t)的精度分别为1.0、1.2 、1.2 mm。

3.2 基线处理

选取南山GPS观测站GUAO站作为起算基准。基线处理用GAMIT 10.4版软件，采用SP3格式IGS精密星历，在Sittbl.文件中不固定任何点，只是给GUAO 站较强的约束值(0.005 0.005 0.010)，处理5个本地连接点和GUAO CORS站GPS数据及气象数据。按照年积日分别计算出243—249单日基线解，表1为243日的基线数据。

为了检测和衡量GPS测量的精度，统计了单日解N、E、U三个方向分量的重复性。重复性定义为:

式中n为同一基线的观测时段总数，Ci是同一观测时段的基线的某一坐标分量或边长，为Ci分量相应的方差，Cm为各时段Ci的加权平均值。

根据式(2)，对doy243—249的基线文件进行统计分析，得出N、E、U三个方向和长度分量重复性如表2所示。表2表明基线在N、E和长度方向的重复性较高，为0.3～0.4 mm，U方向分量重复性稍差，重复性为1.4 mm。基线相对精度为0.8 ×10－8，满足《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB_T 18314—2009)中A级网基线相对精度1×10－8的要求。

表12011.243X基线精度统计一览表(单位:m)Tab.1 Statistics list of 2011.243X baseline precision(unit:m)

表2 GPS控制网基线处理重复性统计表Tab.2 Repeatability statistics of baseline processing of GPS control network

3.3 GPS 网平差

南山站GPS控制网平差采用GPS_NET软件，固定 GUAO站在 ITRF2008框架下 2011.66027(2011.8.30日)历元的坐标，对整网进行平差，平差后01、02、03、04 四个点的X、Y、Z坐标精度达 0.4 mm，05点的X、Y、Z坐标精度为0.5 mm(表3)。

4 三角测量数据处理

如图1，将2号点作为局域网原点，1号点作为参考方向(y=0)，2号点垂直向上为z轴，xyz为右手系，建立局域网坐标系。

局域网的常规大地测量由全站仪完成。经三维网平差得到的各点位坐标见表4。

表3 测控点在ITRF2008框架下的坐标(单位:m)Tab.3 Coordinates(ITRF2008)of survey points in local network(unit:m)

表4 测控点在局域网中的坐标及精度(单位:m)Tib.4 Coordinates and precision of survey points in local network(unit:m)

5 结论

利用GAMIT、GPS net等数据处理软件，分析了南山2011年本地连接测量中GPS网与局域三角网的测量精度，获得了测控网点在ITRF2008下的高精确坐标以及在局域网里的坐标，结果显示:基线在N、E和长度方向的重复性在0.3～0.4 mm，U方向分量重复性为1.4 mm，GPS测控点在ITRF2008系统下的坐标精度均好于0.5 mm。

1 Steinforth C，et al.Stability of space geodetic reference points at Ny-Alesund and their excentricity vectors［DB/OL］.ftp://ivs.bkg.bund.de/pub/analysis/papers/083 － Steinforth.pdf.

2 Zuheir Altamimi.ITRF2005 residuals and co-location tie issues［R］.IERS Workshop，June 2008.

3 Zuheir Altamimi.Position paper on:ITRF and collocation sites［R］.IERS Workshop on Local Surveys and Collocation Sites，Thursday，23 October，2003.

4 John Dawson，IERS Working Group on Site Survey and Colocation(WG 2)［R］，2007(http://www.iers.org/iers/about/wg/wg2/).

5 Pierguido sarti.Height bias and scali effect induced by antenna gravitational deformations in geodetic VLBI data analysis［J］.J Geod.，2011，85:1 －8.

6 刘光明，马金辉，唐颖哲.VLBI归心测量中的空间拟合［J］.测绘通报;2011，(10):11 － 19.(Liu Guangming，Ma Jinhui and Tang Yingzhe.Fit method in determination of space coordinate differences of VLBI sites［J］.Bulletin of Surveying and Mapping，2011，(10):11 －19).

7 Ding X L，et al.Seasonal and secular posional variations at eight co-located GPS and VLBI stations［J］.J Geod.，2005，79:71－81.

8 Zhu Wenyao，Fu Yang and Li yan.Globat elevation vibration and seasonal changes derived by the analysis of GPS height［J］.Science in China，Series(D)，2003，46(8):765 －778.

9 Zhu Wenyao.Recommendations for construction of a nonlinear international Terrestrial Reference Frame［J］.Science China，2011，54(1):1 －8.

10 Claudio Abbondanza and Zuheir Altamimi.Local effects of redundaet terrestrial and GPS-based tie vectors in ITRF-like combinations［J］.J Geod.，2009，83:1 031－1 040.

ANALYSIS ON GPS OBSERVATIONS IN COLLOCATION SURVEY AT XINJIANG ASTRONOMICAL OBSERVATORY

Zhang Ali1)，Xiong Fuwen2)and Zhu Wenyao3)
1)Xinjiang Astronomical Observatory，CAS，Wulumuqi830011
2)Shanghai Institute of Geological Survey，Shanghai200072
3)Shanghai Astronomical Observatory，CAS，Shanghai200030

The GPS data of collocation survey between the GPS and VLBI stations at the Nanshan stations of the Xinjiang astronomical observatory in August，2011 were used to discuss the layout and observation，data processing method and the measurement accuracy of GPS control network，and coordinate transformation between the GPS measurements and optical measurements in the monitoring network.

ITRF;GPS;VLBI;co-location site;local collocation survey

P227

A

1671-5942(2013)05-0129-04

2013-03-30

国家自然科学基金(10978022)

张阿丽，女，副研究员，主要研究方向天体测量与地球动力学.E－mail:zhangal@uao.ac.cn