GAMIT软件基线解算模式的对比研究

张成 刘文豪 孙健

摘 要：在使用GAMIT软件进行基线解算时，可使用两种不同高精度的基线解算模式，即BASELINE模式以及RELAX.模式。为了研究这两种基线解算模式对不同基线长度解算结果的差异，并確定其适用范围，分别应用BASELINE模式和RELAX.模式对基线进行解算，并对两种模式的NRMS值、基线重复性、三维基线向量改正数以及点位精度等指标进行对比分析。实验表明，基线长度在1 000 km以内时，两种解算模式的解算效果相当;当基线长度大于1 000 km时，BASELINE模式的基线解算效果要优于RELAX.模式。

关键词：GAMIT;GNSS基线解算;基线解算模式

中图分类号：P228.4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）08-0044-03

A Comparative Study of Baseline Solution Modes Based on GAMIT Software

ZHANG Cheng LIU Wenhao SUN Jian

（China Design Group Co.， Ltd.，Nanjing Jiangsu 210000）

Abstract： When using GAMIT software for baseline calculation， two different high-precision baseline calculation modes can be used， namely BASELINE mode and RELAX. mode. In order to study the differences of the results of the two baseline calculation modes for different baseline lengths， and to determine the scope of their application， the baseline was calculated by using the BASELINE mode and RELAX. mode respectively， and the NRMS value， baseline repeatability， three-dimensional baseline vector correction and point accuracy of the two modes were compared and analyzed. The experimental results show that when the baseline length is less than 1 000 km， the results of the two methods are equivalent; when the baseline length is more than 1 000 km， the baseline solution effect of BASELINE model is better than that of RELAX.

Keywords： GAMIT;GNSS baseline solution;baseline solution modes

由于2000国家大地坐标系（China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000）的建立与使用，在GNSS控制网[1]数据处理时往往需要获取CGCS2000坐标。一般通过联测附近国家大地控制点或者IGS站点获取CGCS2000坐标[2]，基线长度能达到数千千米，使用GAMIT[3]进行基线解算时可使用两种不同的解算模式[4]，因此本文主要探究这两种解算模式对不同基线长度的解算差异和效果。

1 基线解算模式概述

在使用GAMIT软件进行基线解算时，可使用两种不同的解算模式，即BASELINE模式以及RELAX.模式。其中，BASELINE模式不包含轨道或者地球定向参数，可用来固定轨道;RELAX.模式包含测站、轨道和地球自转参数，需要设置先验约束，包括轨道坐标、各方向的约束值和1%的直接辐射压、[y]-平差系数、1%第三轴系数。

如果处理近期IGS轨道或者区域的网格数据时，可以使用BASELINE基线解算模式修复轨道，从而忽略约束。如果在处理全球网格数据时，将数据与MIT或者SOPAC全球H文件联合解算时，可以选择RELAX.基线解算模式，得到轨道的偏导数。

2 两种解算模式结果对比分析

通常情况下，在基线解算时使用GAMIT中默认的BASELINE模式，但由于在数据处理过程中IGS站[5]等的引入，使得基线长度从数十千米到数千千米不等，因此需要探究两种模式对于不同基线长度的解算差异和效果。

为了验证这两种模式对基线解算的差异[6]，本文选择23个站点的数据，其中，11个是中国境内及其周边的IGS跟踪站数据，分别为BJFS、BJNM、AIRA、CHAN、DAEJ、GMSD、LHAZ、PIMO、SHAO、TNML、URUM，12个是CORS站数据，基线长度分布为4～4 435 km，数据为2017年1月1日到1月3日共计3天的数据。用两种不同模式对数据分别进行处理，探究不同解算模式进行GNSS基线解算的差异。

2.1 标准化的均方根误差（Normalized Root Mean Square，NRMS）的比较分析

标准化的均方根误差（Normalized Root Mean Square，NRMS）是衡量基线解算质量的最主要的指标之一。表1给出了两种基线解算模式的NRMS值统计结果。从表1可以看出，RELAX.模式的NRMS值优于BASELINE模式，但两者误差在0.15～0.30，满足高精度GNSS数据处理的要求（<0.3）。

2.2 基线重复性的比较分析

基线解算完成后，对两种模式下基线在4个方向的重复性[7]进行详细统计分析。从图1至图4可以看出，N、E、U和L的重复性走势基本一致。基线编号1～130为1 000 km以内的基线，基线编号131～300为1 000～3 000 km的基线，基线编号301～325为3 000 km以上的基线。从4幅图可以看出，当基线长度在1 000 km以内时，两种解算模式的基线重复性相当，基本维持在2 mm以内;当基线长度在1 000～3 000 km时，BASELINE模式的基线重复性较低，且表现较RELAX.平稳;当基线长度超过3 000 km时，两种解算模式的基线重复性都有一个明显的增大趋势，BASELINE模式明显好于RELAX.模式。从整体来看，在基线解算过程中，BASELINE模式的基线重复性较好，数值平稳，RELAX.模式波动较大。

2.3 三维基线向量改正数与点位精度的比较分析

基线三维无约束平差后的基线向量改正数和点位精度也是衡量基线解算质量的重要参考。三维无约束网平差即只固定网中某一点的坐标，其主要目的是考察网本身的内符合精度以及基线向量之间有无明显的系统性偏差和粗差。

以靠近研究区域中心的SHAO（上海佘山）站为基准，对两种解算模式得到的基线进行三维无约束平差。图5和图6是两种模式得到的基线三维向量改正数。基线编号1～1 000为3 000 km以内的基线，基线编号1001～1082为3 000 km以上的基线。由图可知，两种解算策略对应不同长度基线解算得到的改正数走势完全一致，当基线较短时两者无明顯差异，当基线长度在3 000 km以上时，RELAX.模式出现了较强的波动，尤其是Z方向。

图7是三维无约束平差后，点位精度的统计结果。在BASELINE解算模式下，点位精度最大值为3.3 mm，最小值为2.5 mm，平均点位精度为2.6 mm;在RELAX.解算模式下，点位精度最大值为4.3 mm，最小值为2.7 mm，平均点位精度为3.1 mm。综合各项结果可知，BASELINE模式下的点位精度更高，各项统计结果都优于RELAX.模式。

3 结语

本文通过比较不同基线解算模式下的NRMS值、基线重复性、三维基线向量改正数以及点位精度可以得出以下结论。

①虽然RELAX.模式下NRMS值优于BASELINE模式，但两者误差在0.15～0.30，满足高精度GNSS数据处理的基本要求。

②对于1 000 km以内的基线，RELAX.模式与BASELINE模式的解算效果相差很小，基本可以忽略不计。对于基线长度大于1 000 km的基线，BASELINE模式下的基线重复性、三维基线向量改正数、点位精度都优于RELAX.模式。因此，在使用GAMIT软件处理基线长度小于1 000 km的基线时，两种基线解算模式均可选择，当处理基线长度大于1 000 km时，应选用BASELINE解算模式。

参考文献：

[1]熊伟，吴迪军.GAMIT在高精度桥梁平面控制网中的应用[J].地理空间信息，2012（2）：91-93.

[2]陈俊勇.中国现代大地基准：中国大地坐标系统2000（CGCS2000）及其框架[J].测绘学报，2008（3）：5-7.

[3]高旺，高成发，潘树国，等.基于广播星历的GAMIT基线解算方法及精度分析[J].测绘工程，2014（8）：54-57.

[4]杨登科，安向东，汤勰.GAMIT数据处理中基线解算模式的对比分析[J].测绘地理信息，2016（2）：18-21.

[5]薛慧艳，独知行，李胜春，等.基于GAMIT的IGS跟踪站网基线解算[J].全球定位系统，2012（1）：32-34.

[6]高旺，高成发，潘树国，等.基于快速星历的GAMIT高精度基线解算研究[J].测绘科学，2015（2）：22-25.

[7]黄功文，王斌，王延伟.高精度GNSS控制网基线重复性检验与质量分析[J].测绘通报，2011（7）：13-15.