TBC加载精密星历处理中短程基线分析

吴 伟，任 超

(1.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，贵州贵阳550004;2.桂林理工大学测绘地理信息学院，广西桂林541004;3.广西空间信息与测绘重点实验室(桂林理工大学)，广西桂林541004)

一、引 言

Trimble Business Center(TBC)是Trimble的新一代后处理软件，不仅能够处理GNSS(包含GPS和GLONASS)数据，还可以处理全站仪、水准仪、3D扫描仪数据，集成了功能强大的可视工具和建模工具，利用多种视图全面反映数据信息。全新的处理算法保证其处理速度，并提供了灵活的处理配置方案，可以通过网络升级软件。该款软件同样支持加载精密星历数据处理模式，为测绘工作者提高中小型GPS控制网数据处理的精度和效率提供了捷径。

高精度GPS控制网数据处理多采用GAMIT/GLOBK软件，它是美国麻省理工学院编制的高精度定位定轨软件，广泛用于大尺度、高精度定位和地壳形变分析中。但是，该软件结构复杂、文件准备繁琐、需要设置的参数多，在安装和解算过程中严格按照步骤操作有时也会遇到许多问题，而且还受到运行平台的限制，其处理的数据和得到的成果需要在两个不同系统之间频繁流转［1-4］。因此，在商用软件中加载精密星历以提高控制网精度成为需要解决的问题。

二、可行性分析

1.星历数据来源

目前，国际GPS服务(IGS)机构主要发布最终星历(IGF)、快速星历(IGR)和超快速星历(IGU)，它们在更新率、精度、时延方面有所不同，具体情况见表1。

表1 GPS精密星历及钟差相关信息［5-7］

在GPS数据后处理中，一般采用最终星历和钟差，但是其时延性较长，更新率较慢，最终精密星历一般要两周才能得到，而快速精密星历在一天以后可以得到，而且在轨道精度、钟差方面与最终星历相当。

2.精密星历对基线解算精度的提高

卫星星历误差对相对定位结果的影响一般可用下式来估计［8-9］，即

式中，δb为卫星星历误差所引起的基线误差;b为基线长;δs为星历误差;ρ为卫星至测站的距离。式(1)中系数的具体取值则取决于基线向量的位置和方向、观测时段的长短、观测的卫星数量及其几何分布等因素。根据表1，对于50 km长的基线，取ρ=22 000 km，分别采用广播星历和精密星历解算引起的基线误差见表2。

由表2可知，在不考虑其他因素对基线解算精度影响的条件下，采用广播星历进行基线解算引起的基线误差远大于采用精密星历的误差。对于高精度的GPS控制网而言，采用广播星历而引起的轨道误差不容忽视。

表2 采用两种星历所引起的基线误差估算 mm

3.精密星历格式变换

当前所下载的精密星历中，IGR开头的文件为快速星历，其文件格式为GAMIT/GLOBK软件所制定的SP3格式。文件以周为单位、以0～6代表周内的星期，文件信息内的星历数据每15 min更新一次，记录长度被严格限定为60列［10］。限于篇幅，对SP3格式的每一个记录(行)的详细定义不再赘述。

由于商用软件TBC所能载入的SP3精密星历格式不同于GAMIT软件，因此，将精密星历载入TBC时，需要对SP3格式精密星历进行修改。修改的方法可根据GAMIT与TBC所能接受的星历格式(如图1、图2所示)的比对，编制相应的小软件进行自动修改。

图1 SP3标准星历格式

三、TBC加载精密星历基线解算的实现

下载IGS精密星历文件(*.sp3)并统一放在同一个文件夹内，在TBC的文件菜单选择导入选项卡，在导入文件夹选项选择放置精密星历的文件夹，完成精密星历导入工作;然后在“工程设置→基线处理→常规→星历表类型”里把星历由“自动或广播”改成“精密”就可以进行基线处理。具体操作步骤如图3所示。其中，所下载的精密星历文件必须能覆盖观测时间，最好同时下载比观测当天早一天和晚一天的数据。

图2 TBC所能载入的精密星历格式

图3 TBC加载精密星历数据处理流程

四、实例分析

数据来源于某市全国第二次土地调查城镇地籍调查GPS二等控制网项目，网点数24个。其中，B级点3个，C级点11个，新埋点10个，平均基线长度21.5 km，最长基线52.1 km，最短基线2.5 km。分别采用TBC加载广播星历、TBC加载超快速星历、TBC加载快速星历、TBC加载最终星历、GAMIT/GLOBK 5种模式进行基线解算。在GAMIT软件的处理中，引入的全球跟踪站为WUHN(武汉)、KUNM(昆明)、XIAN(西安)，采用快速精密星历，卫星高度角15°，历元间隔30 s，同步环解算的nrms值均不大于0.3，基线解算精度统计如图4所示。

图4 5种模式解算的基线RMS值

由图4可知，GAMIT的解算结果更为精确，TBC加载精密星历后其解算精度比采用广播星历有明显提高，采用3种精密星历的解算模式结果精度相当且基线越长精度提高越明显。在兼顾质量与效率的前提下，采用超快速精密星历或快速精密星历的解算模式较好。

将TBC加载广播星历和精密星历的基线解算成果分别与GAMIT/GLOBK软件的基线解算成果求差，其较差如图5所示。

图5 TBC四种解算模式与GAM IT解算成果比较

由图5可知，与GAMIT/GLOBK解算成果相比，TBC加载精密星历模式解算成果比加载广播星历模式更加接近，前者平均基线较差为1.9 mm，后者平均基线较差为2.8 mm，最大基线较差均为7 mm。因此，对于有较高精度要求、较长基线的网采用GAMIT软件或TBC加载精密星历的方式有较高的可靠性，采用后者解算，不仅能满足精度要求，而且操作简单易学，可应用性更强。

五、结束语

本文在TBC数据处理软件的基础上，分别采用广播星历和精密星历进行基线解算。通过与GAMIT解算成果对比，可以发现，对于利用精密星历进行基线向量解算，基线质量明显优于采用广播星历的解算结果，尤其基线越长，精密星历解算基线的精度提高效果越明显。虽然基线处理结果与应用范围相对于科研软件GAMIT/GLOBK较弱，但也可显著提高GPS控制网的精度。另一方面，商用TBC软件较科研软件具有安装、使用及维护方便的优势，因此，对事后数据处理的用户，如果定位精度要求较高，则可以采用TBC加载精密星历数据处理的方式。

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