短距离基线解算精度的因素分析

陈锐　周才文

摘 要：本文主要研究了影响短基线的结算精度因素旨在分析和控制工程测量上GPS网的精度影响因素。（1）起算点坐标的影响，（2）电离层延迟的影响，在短边时其相关性比较好，由于电离层影响较小。加入电离层改正后基线解精度反而降低[1]；（3）对卫星高度截止角和观测量取样率的影响，通过实验总结出了在实际工作中应该自助灵活的选用基线解算条件的方法，对于不同边长的基线，实际工作中所需采用的适当观测时间。从而总结出GPS控制网的精度内业方面需要注意和改正的方面。

关键词：基线解算；GPS控制网；精度；电离层延迟

一、绪论

（一）研究动机与目的。对于全球或全国性的高精度GPS网来说，通常精度要求会很高，因为基线长度很长（几千千米），所要考虑到的影响因素也相对需要更全面些，所以一般会用专用软件来解算对应基线。其中较为著名的有BERNESE、GAMIT等。对区域性的GPS网，基线长度一般为几公里到几十公里，通常用商业软件来进行解算。现在所拥有的商业化的GPS差分接收机及事后处理软件技术成熟种类各异，如进行卫星位置预报、野外数据采集及传输、项目管理、坐标系管理及坐标转换等，并且对外业数据进行检核。并对合格的基线向量所构成的GPS网进行平差解算，最终得出解算的坐标结果。

（二）主要研究内容。主要通过对短基线边的解算影响因素的研究来得出GPS控制网内业处理的影响其精度的因素：1.起算坐标不准确的影响起点坐标不准确所对基线解算质量造成的影响；2.电离层传播延迟对基线解的影响；3.卫星高度截止角影响；4.观测量取样率影响；5.基线长度与观测时间长短的关系。

二、gps控制网的布设与优化设计

（一）gps基线向量网的等级。GPS基线向量网被分成了A、B、C、D、E五个级别GPS网的精度指标，通常是以控制网中相邻点间的距离误差来表示的，对于等级不同的GPS网，有下列的精度要求：

（二）GPS的布网形式。GPS网常用的布网形式有以下几种：（1）会战式（2）跟踪站式（3）多基准站式（枢纽点式）（4）同步图形扩展式（5）单基准站式。

（三）GPS控制网的设计准则。（1）为了确保在相邻点的GPS网具有高的相对精度，对网中的短距离必须同步观测，以获得它们之间的直线观测基线。（2）为了提高GPS网络的精度，该网络可以被放置在一个全面布设框架上，以便成为整个GPS网的骨架。（3）在布网时所有异步环是不超过六个。（4）当布设GPS网时，引进高精度激光测距，与GPS观测值（基线向量）一同平差，或作为起算边长。（5）采用高程拟合方法，网中各点正常高，需要在布网时，选择一定数量水准点，对水准点的数量应多些，并且应均匀地分布在网络上，还要保证有部分点分布在网的四周。（6）为了提高GPS网络规模的准确性，可以使用如下：增长观测时间，多时段的基线向量。

三、GPS测量的误差来源

利用GPS定位时，GPS卫星播发的信号受各种因素的影响，使得测量时产生误差，精度下降，在GPS卫星定位测量中，影响观测量精度的主要误差来源一般可分为三类.与GPS卫星有关的误差：卫星轨道误差、卫星时表误差[2]。

（一）与卫星有关的误差：（1）卫星星历误差；（2）卫星钟差；（3）SA干扰误差；（4）相对论效应影响。

（二）与传播途径有关的误差：（1）电离层折射；（2）对流层折射；（3）多路径效应。

（三）与GPS 接收机有关的误差：（1）接收机时钟误差；（2）位置误差接收器；（3）在接收机天线相位中心偏移。

四、GPS基线解算

（一）基线解算精度。基线解算完，应先对解算基线的质量进行检验。只有质量合格的基线才能用于后续的处理，如果不合格则需要对基线进行重新解算或重新测量。基线的质量精度通过RATIO、RDOP、RMS、同步环。

（二）影响基线解算质量的各种因素。在解算中，由于不同的外业作业中的采集模式、精度要求都会出现不同的情况，所以在解算是有必要制定相应的解算条件，包括高度截止角、基线类型、具体的历元间隔；在野外GPS测量中不仅要遵守相应仪器的操作规范，还必须要有相应的手段来提高改进基线向量的成果，根据不同的情况通过改变高度角，采用适当的对流层模型，高精度的起算点坐标或采用双频观测量和电离层延迟、通过设置卫星高度角、采样间隔、有效历元等参数、选择适当观测时间等可以对基线进行优化[4]。

（三）实验数据来源。本次研究采用数据是GPS观测赣州市章贡区区域的一部分，观测时间为2015年7月，地点为赣州市章贡区。观测点为五个.本次实验观测的全部为短边网：

五、短距离基线向量解算影响因素分析

（一）电离层延迟对基线解的影响。通过实验对比发现，对于短边基线，用加电离层延迟改正的解算方式所得基线解精度较不加电离层改正的解算方式所得基线解精度反而有所降低，分析认为这是因为在短边的两个测站上电离层延迟效应具有较强的相关性，加入电离层改正反而使这种相关性减弱，降低了组差方法对电离层影响消除的能力和效果。

（二）卫星高度截止角影响。实验表明在短基线的基线解算中提高卫星高度截止角来进行解算使误差变大，主要是因为低仰角时卫星信号质量较差，容易产生多路劲效应和对流层延迟影像。截止角20度以下时的观测数据受到的对流层延迟影响较大[4]。

（三）观测量取样率影响。观测取样率对于基线解算精度的影响并不显著但是高质量相位观测值的采集可以有效的修复解决周跳问题，适当的增加采样率和采样密度可以有效的诊断和修复周跳；因此尽管在短基线的测量中仍然应该适当的增大取样率。同样，在基线长度较长时，可以适当增加观测时间和采样间隔，在不影响精度的情况下，提高基线处理速度。

（四）起算点精度影响。对于短基线边，起点坐标不准确对于基线解的影响并不显著，起点坐标精度在15米以内，就可以获得合格的基线解；（作者单位：江西理工大学建筑与测绘工程学院）

参考文献：

[1] 朱伟刚；林勋；姜放；《GPS拟合高程测量研究[D]》，2011-04

[2] 李征航；黄劝松；高等学校测绘工程专业核心教材GPS测量与数据处理[M].天津：天津理工大学出版社，2010

[3] 卡普兰；赫加蒂；GPS原理与应用[M]，北京：国防电子信息技术出版社，2012

[4] 第五江波；GPS在城市控制网中的应用研究[J]；科技风；2011年21期

[4] 袁德宝；崔希民；王果；王圣尧；邱亚辉；纪银晓；；GPS水准单一模型和综合模型精度比较[J]；测绘科学；2011年05期

[5] 黎小浪；最小二乘配置法应用于GPS高程拟合的处理[J]；技术与市场；2011年11期