顾及江西CORS网的GPS基线联合解算可靠性分析

梅 泽，孙喜文，赵旭坤

(1.陕西铁路工程职业技术学院测绘与检测学院，陕西 渭南 714099) (2.陕西铁路工程职业技术学院城轨工程学院，陕西 渭南 714099)

随着全球导航定位系统(global positioning system，GPS)的迅猛发展，部分发达国家已经建立完成并在扩充省市级连续运行参考站(continuously operating reference stations,CORS)网系统[1-2]。CORS系统对于地震带的监测具有重要作用，我国香港、四川、江西、河北等地均不断完善升级CORS网的建设[3-4]，其中四川省建立的CORS网在国内处于领先水平，其将多个单独的CORS基准站连接形成CORS网，并将永久基站作为CORS网的控制点，大大提高了城市测量的速度与效率[5]。因此，如何高效且保持精度地处理城市中CORS网的GPS测量数据，得到高精度的基线解算成果，已成为城市GPS测量和相对定位亟待解决的问题。张双成等[6]的研究表明高精度双频GPS短基线适合处理不同型号混合双频(L1、L2)GPS监测数据，L1、L2_INDENT与L1_ONLY分别适合处理双频、单频的GPS短基线，得到的定位精度较高；杨登科等[7]通过研究分析了4种常用的高精度GPS基线解算类型，证实了适用于5 km以下精密基线解算的解算类型；薛慧艳等[8]采用GMAIT软件证实了基线解算的好坏直接影响GPS的定位精度与工作效率；而GPS接收机接收的载波相位观测量是GPS高精度测量的基本观测量，其中双差观测消除了接收机钟差影响[9-10]。因此，本文选择基于双差数学模型的GPS基线解算江西CORS网的台站坐标参数，并联合国际地球力学服务组织(International GNSS Service，IGS)全球连续运行参考站进行参数估计，为提高GPS高精度基线解算做数据支撑。

1 基于双差模式的GPS基线解算方法

1.1 双差数学模型

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1.2 GPS基线解算

基于双差模式的GPS基线解算采用GAMIT批处理方式，在LINUX系统中的2019目录中键入命令[12]sh_setup -yr 2019，在tables文件中进行各项运算，运行运算命令sh_upd_stnfo -l sd (2019/tables/)，再执行批处理命令sh_gamit -expt scal - d 2019 0X0 0X0 0X0-press ELEV -orbit IGSF -copt x k p -dopts c ao (2019/)，在vslon目录键入如下命令(部分)[13]：

ls../????/glbf/h*glx > scal.gdl；

glred 6 globkl_comb.prt globk_comb.log scal.gdl globk_cmb.cmb；

gred ' POS STAT' globl_cmd.org；

在提取出的数据中需要确定均方根残差(RMS)和保留的台站数量是否达标，批处理的数据可提前设置在P文件中，精度指标选择标准化均方根残差(NRMS)、基线分量误差及基线长度的相对精度，其运行界面如图1所示。

图1 批处理运行界面图

2 CORS网IGS站基线联合解算可靠性分析

江西省连续运行参考站(JXCORS)于2009年4月投入运行后，广泛应用于江西省各项大型工程测绘生产工作中，极大满足了各测绘部门的测量需求，现江西CORS网正逐渐将更多早期控制点转换成2000国家大地坐标系。

本文选取CORS网中的NCAY、NCCH、NCNJ 3个台站的数据进行解算，台站所设观测时长24 h的TRIMBLE NETR9型接收机[14]，其采样间隔为15 s。为获得高精度的基线解算结果，需引入具有准确先验坐标的IGS全球站参与联合解算。本文选取BJFS、SHAO、URUM站进行联合解算，联合解算的3个台站的数据可从武汉大学IGS数据中心下载，也可从ftp://garner.ucsd.edu/pub/网站获取[15]，然后对获取的数据进行基线联合解算分析。

2.1 IGS站基线联合解算结果分析

对IGS站基线联合解算结果进行分析时，采用江西省2019年CORS网的NCAY站、NCCH站、NCNJ站第213天至第215天所采集的数据，其中第213天IGS站基线联合解算结果见表1(截取部分数据)。

从表1可知，每条基线各坐标分量上的分量中误差均不超过1 cm；标准化均方根误差NRMS值的范围为0.209～0.210，小于0.30；基线长度的中误差取值范围为3～4 mm，由此可知基线解算的相对精度完全可以达到要求。

2.2 IGS站基线平差精度分析

本文利用GLOBK平差对基线进行解算分析，每天的平差结果保存于gsoln文件目录下的globk_scal(项目名)_19213(日期)文档中，则联合IGS测站解算的第213天的平差结果见表2。

表1 第213天3个IGS站的基线解算结果

表2 IGS站最小约束平差结果(WGS84坐标) 单位：m

BJFS站、SHAO站、URUM站作为已知控制点，三坐标中误差为0，WGS84坐标下的三坐标中，X坐标中误差最大为2.62 mm，Y坐标中误差最大为2.99 mm，Z坐标中误差最大为2.92 mm，中误差最大不超过3 mm，符合精度要求。第213、214、215天的平差解算结果见表3。

由表3可得CORS网三台站的平差坐标，添加口令 -pres ELEV，生成天空图和残差图，进一步分析3个台站天空图，质量低的测站会出现锯齿现象，即残差抖动。天空图中光滑的细线表示卫星运动轨迹，锯齿线表示残差，中间的粗短条状线表示刻度(10 mm)，以BJFS站2019年第213天的天空图为例，如图2所示。

表3 NCAY、NCCH、NCNJ台站的平差坐标 单位:m

由图2可知，不同时间、同一地点的高残差代表有多路径效应，对比图2中0—4 h的天空图与4—8 h的天空图，在某一时段所有测站都出现锯齿状，说明在这个时段IGS测站有多路径效应，对观测效果影响较大，其中SHAO站2019年第213天16—20 h的天空图如图3所示。

图2 BJFS站2019年第213天的天空图

图3 SHAO站2019年第213天的天空图

由图2、图3可得，RMS值为9.6 mm，接近10 mm。在天空图中出现的规整锯齿形状较多，说明在对流层和电离层某一个位置上接收机受到影响，所采集的数据出现错误估计，造成基线的错误解算。进一步对CORS网中NCNJ站、NCAY站做对比残差图，如图4(a)、(b)所示。

图4 NCNJ站与NCAY站残差图

由图4(a)、(b)可知，残差图中横坐标为仰角，纵坐标为相位残差，图中中间的波动线型代表平均值，图中上下两条曲线代表进行相位观测值周跳和粗差自动修复(autcln)的卫星高度角噪声。对比两图可得，图(a)信号较为稳定，其中波动曲线整体趋势平缓，中间部分可能是受大气延迟误差影响；图(b)的波动曲线波动较大，说明天线相位模型较差，也有可能是station.info中的天线信息错误，导致接收机接收到的是错误信息。残差图可为下一次基线运算选择合适的卫星高度角，为更好地做GPS基线解算提供基础数据支撑。

3 结论

本文选取江西CORS网中的3个GPS台站，利用GAMIT软件进行数据批处理，同时联合现有全球GNSS跟踪站，对GPS基线联合解算进行可靠性分析，得出以下结论：

1)GAMIT批处理结果满足高精度的基线解算要求，每条基线的各坐标分量上的分量中误差不超过1 cm，NRMS值小于0.3 mm，整周模糊度解算小于90%；

2)通过对已知控制点的GLOBK平差，能得到较精确的空间坐标，CORS网中3个台站的各项坐标中误差最大不超过3 mm；

3)通过对天空图、残差图的探讨，可知残差图曲线随着观测时间增加而增长，观测精度随之越来越高，其中波动曲线波动越来越小，因此在采集数据时观测时间应尽量延长，从而使精度更高。