GPS精密数据处理方案探讨

GPS 精密数据处理方案探讨精密数据处理方案探讨 唐丹 1 廖超明 2 3 1 广西电力工业勘察设计研究院 广西南宁 530023 2 武汉大学 GPS 工程技术研究中心 湖北武汉 430079 3 广西壮族自治区测绘局 广西南宁 530023 摘 要 本文作者通过对 GPS 测量原理进行深入研究 针对某水电工程控制网 应用高精度 GPS 精密数据处 理技术进行基线解算 并详细介绍了 GPS 数据处理流程 关键技术及质量控制指标 关键词 GPS 精密数据处理 闭合差 0 引言引言 GPS 数据处理与常规测量数据处理相比具有数据量大 处理过程复杂 处理方法多样 自动化程度高等特点 作者针对越南某水电工程控制网 应用高精度 GPS 精密数据处理技术进行基线解算 取得了预期的效果 本文作者 重点对 GPS 基线向量解算的基本流程 关键技术及质量控制指标 以供读者参考 1 GPS 数据处理流程数据处理流程 GPS 精密数据处理从原始卫星观测数据开始到最终定位成果 可分为 GPS 基线向量解算和 GPS 基线向量网平 差计算两个阶段 GPS 数据处理的基本流程如图 1 所示 图 1 GPS 数据处理基本流程 2 GPS 数据处理技术方案数据处理技术方案 本项目需要布设一个用于控制超长隧洞贯通的首级 GPS 控制网 要求内业数据处理必须保证 GPS 基线边长相 对中误差优于10 7 点位精度优于 5 毫米 才能确保隧洞的顺利贯通 作者查阅了大量的相关资料 制定以下 GPS 精密数据处理方案 2 1 精密数据处理软件 GPS 基线处理软件采用美国麻省理工学院和 Scripps 研究所共同研制的 GAMIT Ver 10 05 软件 该软件是国 际公认最好的 GPS 基线数据处理软件之一 2 2 精密星历 卫星轨道的精度也是影响 GPS 基线解算精度的重要因素之一 提高卫星轨道的精度是保证 GPS 相对定位精度 的关键之一 因此 GPS 基线数据处理时采用 IGS 数据处理中心经加权给出的 IGS 精密星历 ITRF 框架 SP3 格 式 其轨道精度优于 0 1m 2 3 坐标框架与历元 GPS 精密相对定位数据处理中 定位的基准是由卫星星历和基准站坐标共同给出的 因此 控制网基线处理采 用的坐标框架与历元为观测期间 IGS 事后精密星历所对应的框架和瞬时历元 2 4 起算坐标 为确保基线解算的精度和稳定度 在基线数据处理中引入高精度全球 GPS 跟踪站数据加以控制 因此 在 GPS 精密数据处理时引入的跟踪站包括上海 SHAO 武汉 WUHN 西安 XIAN 昆明 KUNM 印 度大学 IISC 马尼拉天文台 PIMO 将这些全球永久跟踪站作为 GPS 控制网的基准 从而使 GPS 控制点获 得高精度的 ITRF 坐标 2 5 基线数据预处理 生成 RINEX 数据格式 利用 GPS 接收机的随机软件将 GPS 原始数据转换成 RINEX 标准数据格式 以供 GAMIT 软件进行基线处理 编制接收机天线高度表 根据外业记录信息 在测站信息表 Station info 中正确输入各测站的量高方式和垂直高度信息 编制已知坐标和概略坐标表 将 IGS 跟踪站的 ITRF 坐标和检定场的概略坐标纳入坐标表 Vg in 中 IGS 精密星历及其它信息文件的下载 登陆 IGS 数据处理中心网站下载相应的 IGS 精密星历文件 卫星和接收机天线相位中心改正信息文件 2 6 基线解算的主要模型和参数 每个时段 GPS 基线数据处理时 主要考虑以下控制参数 卫星钟差的模型改正 用广播星历中的钟差参数计算 接收机钟差的模型改正 用根据伪距观测值计算出的钟差计算 电离层折射影响改正 用 LC 观测值消除 对流层折射影响改正 根据标准大气模型用萨斯坦莫宁 Saastamoinen 模型改正 采用分段线性的方法估 算折射量偏差参数 卫星和接收机天线相位中心改正 接收机天线 L1 L2 相位中心偏差采用 GAMIT 软件的设定值 截止高度角采用 15 度 历元间隔为 15 秒 考虑卫星轨道的误差 采用松弛的 IGS 轨道 2 7 GPS 控制网精度等级设计 本项目布设的 GPS 控制网作为 15 2 公里长的超长隧洞施工的首级控制网 其施测质量的好坏将关系到整个隧 洞的贯通 因此 GPS 控制网施测严格按照 全球定位系统 GPS 测量规范 GB T 18314 2001 的 A 级网 a 3mm b 0 1ppm 要求进行实施 要求基线向量解算的相对精度达到10 7量级 短基线的绝对精度达到毫米 量级 3 基线解算质量检核指标基线解算质量检核指标 按照以上设计的技术方案进行 GPS 基线向量解算 获得的基线向量必须进行各项闭合差的质量检核 当各项精 度指标达到了相应等级精度要求后方可进入第二阶段的网平差计算 否则 必须重新解算基线 直到各项精度指标 符合要求为止 4 1 重复基线闭合差 各时段基线向量解的重复性反映了基线解的内部精度 是衡量基线解质量的一个重要指标 其定义为 式中 Ci 是各时段解基线的各分量 是相应分量的协方差 为相应基线分量的加权平均值 R 为相应 的重复性 4 2 同步环闭合差 同步环闭合差应满足 式中 a 3mm b 0 1ppm s 为平均基线长公里数 n 为环的边数 4 3 异步环闭合差 异步环闭合差应满足 式中 a 3mm b 0 1ppm s 为平均基线长公里数 n 为环的边数 4 结论结论 本项目从 2005 年开始施工到 2006 年 4 月隧洞全部贯通 历时 1 年 7 个月 按实地测定 隧洞横向贯通误差值 优于隧洞贯通误差估计值 隧洞实际贯通误差分别为 轴线纵向误差 0 071m 横向误差 0 085m 竖向误差 0 043m 隧洞的顺利贯通进一步验证了项目精密数据处理技术方案是科学可行的 参考文献 1 刘基余 李征航等 全球定位系统原理及其应用 M 北京 测绘出版社 19