静态GPS 基线解算经验之我谈

1、静态GPS基线解算经验之我谈（2.5版）郭仁安（福建省八闽测绘院 福建 厦门 361012） 摘要GPS测量采用的技术与传统测量采用的方法有着本质的不同。想要获取高精度的GPS测量成果，必须深刻理解GPS测量方法和原理，掌握观测和数据处理的方法。本文主要论述了静态GPS内业基线处理的一些经验与技巧，对提高GPS成果精度有事半功倍之效。关键词GPS 基线 静态 经验 高度角 星历 1.引言随着GPS技术的不断发展与成熟，它的应用也越来越广泛。目前GPS技术在测绘领域的应用已涉及到诸多方面：静态GPS在控制测量中的应用已有取代传统导线控制的趋势；动态RTK技术的迅速发展更是在工程放样、地形测图等方

2、面广泛应用，极大地提高了外业效率。GPS具有精度高、速度快、通用性强、便于操作、不受通视条件限制、护干扰能力强、可全天候作业等特点。这些优点的充分发挥有赖于作业员的正解操作及作业技巧、经验。若操作不当，将可能获得不到正解理解的成果。当前基线解算软件众多，诸如南方测绘GPS数据处理、GPS_Vect、HDS2003数据处理、LTP GPS50以及TGOffice等都是不错的基线解算软件，虽然各软件界面设计不同，但主体功能相差不大。笔者在使用TGOffice解算基线过程中，通过发现问题与解决问题，对GPS有了更深刻的认识，现对GPS基线解算这个最基本的过程谈一谈自己的一些经验，供广大同行参考。2.

3、静态与快速静态定位技术所谓静态定位，就是在进行 GPS 定位时，认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是保持不变的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式是多台接收机在不同的观测站上进行静止同步观测，观察时间有几分钟、几小时到数十小时不等。由于普通的静态定位技术需要的观测时间较长，影响了其在低等级控制测量（如三四等控制测量，I、II级导线等）中的竞争力，从而产生了快速静态定位技术。快速静态利用载波相位观测值本身的具有的毫米级或更好的精度，故只需一个或少数几个历元的观测值就可满足厘米级定位的需求。目前

4、快速静态定位主要有下列两种方法。2.1go and stop 法该法是首先通过初始化来确定基准站和流动站间的双差整周模糊度。然后要求流动站在迁站过程中保持对卫星的连续跟踪。这样我们就利用在连续跟踪过程中整周模糊度保持固定不变的特性将其传递到待定点去。由于在待定点上无需重新确定整周模糊度，故有几个历元的载波相位观测值即可在短基线上获得厘米级精度的相对定位结果。2.2FARA法该法在观测值非常多时，可以大大减少计算工作量。采用这种方法时所需的观测时间稍长，例如双频观测时510分钟，单频观测时1020分钟。但迁站时无需开机，只需像普通静态定位那样组织观测即可。3.基线解算3.1基线解算类型3.1.1

5、单基线解 （1）定义：当有台GPS接收机进行了一个时段的同步观测后，每两台接收机之间就可以形成一条基线向量，共有条同步观测基线，其中最多可以选出相互独立的条同步观测基线，至于这条独立基线如何选取，只要保证所选的条独立基线不构成闭和环就可以了。这也是说，凡是构成了闭和环的同步基线是函数相关的，同步观测所获得的独立基线虽然不具有函数相关的特性，但它们却是误差相关的，实际上所有的同步观测基线间都是误差相关的。所谓单基线解算，就是在基线解算时不顾及同步观测基线间误差相关性，对每条基线单独进行解算。 （2）特点：单基线解算的算法简单，但由于其解算结果无法反映同步基线间的误差相关的特性，不利于后面的网平差

6、处理，一般只用在普通等级GPS网的测设中。3.1.2多基线解 （1）定义：与单基线解算不同的是，多基线解算顾及了同步观测基线间的误差相关性，在基线解算时对所有同步观测的独立基线一并解算。 （2）特点：多基线解由于在基线解算时顾及了同步观测基线间的误差相关特性，因此，在理论上是严密的。3.1.3基线解算过程（1）单基线解算过程：（2）利用基线解算软件解算基线向量的过程：3.2基线解算策略3.2.1参数设置Timeline: 少数卫星的观测时间太短，导致这些卫星的整周未知数无法准确确定，此时就要剔除观测时间太短的卫星，不允许此数据参与解算。另外，在观测很短时间就消失的卫星要去掉，刚开始出现的前一部

7、分可去掉。有时由于卫星的颗数较少，可以把一些卫星有条件的保留下来。截止高度角:系统缺省预置的截止高度角是15度，增大截止高度角，对求解整周未知数与提高成果精度有益。因为所有相位的噪声随卫星的高度角增大而降低。如果能满足具有良好的GDOP值、卫星数4，选择25度截止高度角最理想。星历:系统有两种星历：广播星历和精密星历。厂方一般情况下不提供精密星历，所以只能采用广播星历。如果系统内已有精密星历文件则采用精密星历。解算类型:系统支持三种解算类型：编码、浮动及固定。编码解算类型一般不用，做静态GPS测量选择固定解。如果基线解算是浮动的则必须通过修改各参数让它为固定解。对流层模型:系统有六种对流层模型

8、可供选择，当经过试验或几次作业的验证与探讨，认为某种模型适合某一测区时，可选择最实用的一种。如果对这几种模型都不熟悉，则可选择系统默认模型。电流层模型:电流层模型有两个值控制：模糊度解算通过与最后通过。如果对电流层模型的选择不清楚，应选择系统默认设置。其他:其他参数包括：静态、动态、全部、质量、事件、OTF搜索。这些参数一般采用系统默认设置即可。对于某些科研项目可适当选择修改。3.2.2分组解算由于基线长短不同，解算模式有区别，比如超过20km的基线不解算整周未知数，若将观测时间长短不同、基线距离不同的所有观测数据混为一组解，会出现大量的短基线也不能解出整周未知数的异常现象。因观测时间的长短对

9、基线的解算精度有影响，随着内业人员的经验积累，可根据观测时间的长短不同，对GPS成果的精度要求不同，灵活、适当的选择计算参数与处理方法，并使设计、观测及计算处理达到最优。根据笔者在实际作业过程中积累的经验认为较为理想的分组方案是：a.按基线距离分，小于10km的基线分为一组，10km至20km的基线分为一组；大于20km的基线分为一组。b.按观测时间的长短分，60分钟以下分为一组；60分钟至120分钟可分为一组；120分钟以上分为一组。3.3基线解算结果的质量评定指标3.3.1单位权方差因子: ，反映观测值的质量，又称为参考方差因子。越小越好。 3.3.2RMS - 均方根误差： ，表明了观测

10、值的质量，观测值质量越好，越小，反之，观测值质量越差，则越大，它不受观测条件（观测期间卫星分布图形）的好坏的影响。3.3.3数据删除率：在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阈值时，则认为该观测值含有粗差，则需要将其删除。被删除观测值的数量与观测值的总数的比值。数据删除率从某一方面反映出了GPS原始观测值的质量。数据删除率越高，说明观测值的质量越差。 3.3.4RATIO：ATIO值为在采用搜索算法确定整周未知数参数的整数值时，产生次最小的单位权方差与最小的单位权方差的比值。反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性，这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量有关，也与观测条件的好坏有关。3.3

11、.5RDOP: RDOP值指的是在基线解算时待定参数的协因数阵的迹的平方根， RDOP值的大小与基线位置和卫星在空间中的几何分布及运行轨迹（即观测条件）有关，当基线位置确定后，RDOP值就只与观测条件有关了，而观测条件又是时间的函数，因此，实际上对与某条基线向量来讲，其RDOP值的大小与观测时间段有关。表明了GPS卫星的状态对相对定位的影响，即取决于观测条件的好坏，它不受观测值质量好坏的影响。    3.3.6同步环闭合差: 同步环闭合差是由同步观测基线所组成的闭合环的闭合差。由于同步观测基线间具有一定的内在联系，从而使得同步环闭合差在理论上应总是为0的，如果同步

12、环闭合差超限，则说明组成同步环的基线中至少存在一条基线向量是错误的，但反过来，如果同步环闭合差没有超限，还不能说明组成同步环的所有基线在质量上均合格。 3.3.7异步环闭合差: 由独立基线所组成的闭合环称为异步闭合环，简称异步环异步环的闭合差称为异步环闭合差。当异步环闭合差满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量的质量是合格的；当异步环闭合差不满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量中至少有一条基线向量的质量不合格，要确定出哪些基线向量的质量不合格，可以通过多个相邻的异步环或重复基线来进行。3.3.8重复基线较（互）差: 不同观测时段，对同一条基线的观测结果，就是所谓重复基线。这些观测结果之间的差异，就是重复基线较（互）差。当重复基线较（互）差满足限差要求时，则表明这些基线向量的质量是合格的；否则，则表明这些基线向量中至少有一条基线向量的质量不合格，要确定出哪些基线向量的质量不合格，可以通过多重条件进