GPS基线解算的优化技术[1]

GPS基线解算的优化技术

2008-12-11 10:15:03 新闻类别:全球定位系统(GPS)

摘要:对影响GPS基线解算质量的主要因素进行分析和研究,根据多年GPS测量实践经验,结合实例阐明基于GPSuvey软件的GPS基线解算的优化技术和方法。

关键词:GPS基线解算;固定解;浮动解;残差曲线;优化

一、引言

根据多年来的GPS短基线(簇8k m)外业观测和基线数据处理的经验,即使通过选取恰当的点位来保证良好的观测条件,进行星历预报来保证观测到的卫星数目及星座的图形强度(GDOP-<6),但在实际的基线解算过程中,时常会遇到基线只有浮动解而无固定解。在此情况下,对基线解算进行优化处理后通常能够得到固定解,从而提高基线质量,避免或减少返工重测现象。

二、影响GPS基线解算质量的主要因素及处理措施

影响GPS基线解算质量的因素较多也较为复杂,如卫星的周跳、星历误差、对流层及电离层影响、多路径误差、无线电干扰、不明因素影响及起算点误差过大等都会影响基线解算。

1. 起算点对基线解算的影响。基线解算时,需要一个点的WGS-84坐标作为起算,而该点的点位精度直接影响基线解算的精度,其影响可用下式计算凡= 0 .6 x 1 0一 4x 8 . b式中,8m为起算点的坐标误差;b为以km为单位的基线长度;6b为因起算点误差而引起的基线向量误差。边长 b二 5k m时,如果要使Sb<1m m则要求(S,n < 3 m 。在SA政策取消前难以达到3m 的绝对定位精度,随着2000年5月1日起SA政策取消,现在用测量型GPS接收机进行静态观测,绝对定位精度能达到或优于1 m。现在进行GPS静态测量,起算点的误差对基线解算的影响不会超过0.3 mm.

2. 卫星整周模糊度难以确定的影响。由于个别或少数卫星观测时间太短,而导致这些卫星的整周模糊度难以准确确定。对于参与解算的卫星,其整周模糊度不能确定,必将对这一组同步观测的基线解算带来影响。

对于卫星观测时间过短,是非常容易识别的,因观测时间短,则观测记录的数据量就会小。解算基线时观察卫星相位跟踪图,能直观地看到观测到的各颗卫星的出、没时间。当基线无固定解时,在基线报告中可以看到各颗卫星的整周模糊度及其误差。

3. 确定适当的历元间隔及卫星截止高度角。一般地,对于同步观测时间较短时,可适当增加历元间隔,让更多的数据参与基线解算;反之,可适当减少历元间隔,让更少的数据参与基线解算。既考虑到观测的时间长短又要顾及到历元间隔(采样率),通常静态观测的采样率以巧s为宜。就基线解算而言,当观测到的GPS卫星数目足够多时,可适当调高卫星截止高度角,让更多的高空卫星数据参与解算;反之,可适当降低高度角,让更多的卫星数据参与解算,似乎有一定的益处。而实际上,增大高度角虽可提高相位观测值的精度,但会使卫星图形强度变弱,影响到坐标精度,因此调高高度角是徒劳的;降低高度角,可能有更小的中误差值,但此时对流层误差的影响特别严重,也会得不偿失。因此卫星截止高度角以150为好。

4. 多路径误差的影响。布设短边的小区域GPS控制网,多路径误差是主要的误差源之一。

文献「 1」对多径误差进行了研究分析,认为如下措施有助于削弱多径误差:点位尽量避开高反射体;选用能削弱多径误差的天线,如具有Pinwheel的天线;采用扼流圈天线;可能时,延长每点的观测时间,最好在一天的不同时间观测。作者根据多年作业经验认为措施切实可行。

5. 对流层或电离层折射的影响。对于短基线,通过选择适当的计算模型,基本上可消除对流层或电离层折射对基线的影响。在GPSurvey 2.35中,电离层改正可选择的模型为:广播模型(Broadcastmodel),自由模型(Iono free)和无电离层模型(None);对 流层改正模型为:霍普费尔特模型(Hopfield),戈得一古德曼模型(Goad-Goodman),萨斯塔莫宁模型(Saastamoinen),勃兰克模型(Black),赖勒模型(Niell)和无对流层模型(None),

6. 卫星的周跳及星历误差的影响。卫星的周跳可在相位观测图中看出,当观测数据中包含有较多周跳时,可增

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