梅 澤，孫喜文，趙旭坤

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學院測繪與檢測學院，陜西 渭南 714099) (2.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學院城軌工程學院，陜西 渭南 714099)

隨著全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)(global positioning system，GPS)的迅猛發(fā)展，部分發(fā)達國家已經(jīng)建立完成并在擴充省市級連續(xù)運行參考站(continuously operating reference stations,CORS)網(wǎng)系統(tǒng)[1-2]。CORS系統(tǒng)對于地震帶的監(jiān)測具有重要作用，我國香港、四川、江西、河北等地均不斷完善升級CORS網(wǎng)的建設(shè)[3-4]，其中四川省建立的CORS網(wǎng)在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平，其將多個單獨的CORS基準站連接形成CORS網(wǎng)，并將永久基站作為CORS網(wǎng)的控制點，大大提高了城市測量的速度與效率[5]。因此，如何高效且保持精度地處理城市中CORS網(wǎng)的GPS測量數(shù)據(jù)，得到高精度的基線解算成果，已成為城市GPS測量和相對定位亟待解決的問題。張雙成等[6]的研究表明高精度雙頻GPS短基線適合處理不同型號混合雙頻(L1、L2)GPS監(jiān)測數(shù)據(jù)，L1、L2_INDENT與L1_ONLY分別適合處理雙頻、單頻的GPS短基線，得到的定位精度較高；楊登科等[7]通過研究分析了4種常用的高精度GPS基線解算類型，證實了適用于5 km以下精密基線解算的解算類型；薛慧艷等[8]采用GMAIT軟件證實了基線解算的好壞直接影響GPS的定位精度與工作效率；而GPS接收機接收的載波相位觀測量是GPS高精度測量的基本觀測量，其中雙差觀測消除了接收機鐘差影響[9-10]。因此，本文選擇基于雙差數(shù)學模型的GPS基線解算江西CORS網(wǎng)的臺站坐標參數(shù)，并聯(lián)合國際地球力學服務(wù)組織(International GNSS Service，IGS)全球連續(xù)運行參考站進行參數(shù)估計，為提高GPS高精度基線解算做數(shù)據(jù)支撐。

1 基于雙差模式的GPS基線解算方法

1.1 雙差數(shù)學模型

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1.2 GPS基線解算

基于雙差模式的GPS基線解算采用GAMIT批處理方式，在LINUX系統(tǒng)中的2019目錄中鍵入命令[12]sh_setup -yr 2019，在tables文件中進行各項運算，運行運算命令sh_upd_stnfo -l sd (2019/tables/)，再執(zhí)行批處理命令sh_gamit -expt scal - d 2019 0X0 0X0 0X0-press ELEV -orbit IGSF -copt x k p -dopts c ao (2019/)，在vslon目錄鍵入如下命令(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；

在提取出的數(shù)據(jù)中需要確定均方根殘差(RMS)和保留的臺站數(shù)量是否達標，批處理的數(shù)據(jù)可提前設(shè)置在P文件中，精度指標選擇標準化均方根殘差(NRMS)、基線分量誤差及基線長度的相對精度，其運行界面如圖1所示。

圖1 批處理運行界面圖

2 CORS網(wǎng)IGS站基線聯(lián)合解算可靠性分析

江西省連續(xù)運行參考站(JXCORS)于2009年4月投入運行后，廣泛應用于江西省各項大型工程測繪生產(chǎn)工作中，極大滿足了各測繪部門的測量需求，現(xiàn)江西CORS網(wǎng)正逐漸將更多早期控制點轉(zhuǎn)換成2000國家大地坐標系。

本文選取CORS網(wǎng)中的NCAY、NCCH、NCNJ 3個臺站的數(shù)據(jù)進行解算，臺站所設(shè)觀測時長24 h的TRIMBLE NETR9型接收機[14]，其采樣間隔為15 s。為獲得高精度的基線解算結(jié)果，需引入具有準確先驗坐標的IGS全球站參與聯(lián)合解算。本文選取BJFS、SHAO、URUM站進行聯(lián)合解算，聯(lián)合解算的3個臺站的數(shù)據(jù)可從武漢大學IGS數(shù)據(jù)中心下載，也可從ftp://garner.ucsd.edu/pub/網(wǎng)站獲取[15]，然后對獲取的數(shù)據(jù)進行基線聯(lián)合解算分析。

2.1 IGS站基線聯(lián)合解算結(jié)果分析

對IGS站基線聯(lián)合解算結(jié)果進行分析時，采用江西省2019年CORS網(wǎng)的NCAY站、NCCH站、NCNJ站第213天至第215天所采集的數(shù)據(jù)，其中第213天IGS站基線聯(lián)合解算結(jié)果見表1(截取部分數(shù)據(jù))。

從表1可知，每條基線各坐標分量上的分量中誤差均不超過1 cm；標準化均方根誤差NRMS值的范圍為0.209～0.210，小于0.30；基線長度的中誤差取值范圍為3～4 mm，由此可知基線解算的相對精度完全可以達到要求。

2.2 IGS站基線平差精度分析

本文利用GLOBK平差對基線進行解算分析，每天的平差結(jié)果保存于gsoln文件目錄下的globk_scal(項目名)_19213(日期)文檔中，則聯(lián)合IGS測站解算的第213天的平差結(jié)果見表2。

表1 第213天3個IGS站的基線解算結(jié)果

表2 IGS站最小約束平差結(jié)果(WGS84坐標) 單位：m

BJFS站、SHAO站、URUM站作為已知控制點，三坐標中誤差為0，WGS84坐標下的三坐標中，X坐標中誤差最大為2.62 mm，Y坐標中誤差最大為2.99 mm，Z坐標中誤差最大為2.92 mm，中誤差最大不超過3 mm，符合精度要求。第213、214、215天的平差解算結(jié)果見表3。

由表3可得CORS網(wǎng)三臺站的平差坐標，添加口令 -pres ELEV，生成天空圖和殘差圖，進一步分析3個臺站天空圖，質(zhì)量低的測站會出現(xiàn)鋸齒現(xiàn)象，即殘差抖動。天空圖中光滑的細線表示衛(wèi)星運動軌跡，鋸齒線表示殘差，中間的粗短條狀線表示刻度(10 mm)，以BJFS站2019年第213天的天空圖為例，如圖2所示。

表3 NCAY、NCCH、NCNJ臺站的平差坐標 單位:m

由圖2可知，不同時間、同一地點的高殘差代表有多路徑效應，對比圖2中0—4 h的天空圖與4—8 h的天空圖，在某一時段所有測站都出現(xiàn)鋸齒狀，說明在這個時段IGS測站有多路徑效應，對觀測效果影響較大，其中SHAO站2019年第213天16—20 h的天空圖如圖3所示。

圖2 BJFS站2019年第213天的天空圖

圖3 SHAO站2019年第213天的天空圖

由圖2、圖3可得，RMS值為9.6 mm，接近10 mm。在天空圖中出現(xiàn)的規(guī)整鋸齒形狀較多，說明在對流層和電離層某一個位置上接收機受到影響，所采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤估計，造成基線的錯誤解算。進一步對CORS網(wǎng)中NCNJ站、NCAY站做對比殘差圖，如圖4(a)、(b)所示。

圖4 NCNJ站與NCAY站殘差圖

由圖4(a)、(b)可知，殘差圖中橫坐標為仰角，縱坐標為相位殘差，圖中中間的波動線型代表平均值，圖中上下兩條曲線代表進行相位觀測值周跳和粗差自動修復(autcln)的衛(wèi)星高度角噪聲。對比兩圖可得，圖(a)信號較為穩(wěn)定，其中波動曲線整體趨勢平緩，中間部分可能是受大氣延遲誤差影響；圖(b)的波動曲線波動較大，說明天線相位模型較差，也有可能是station.info中的天線信息錯誤，導致接收機接收到的是錯誤信息。殘差圖可為下一次基線運算選擇合適的衛(wèi)星高度角，為更好地做GPS基線解算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

3 結(jié)論

本文選取江西CORS網(wǎng)中的3個GPS臺站，利用GAMIT軟件進行數(shù)據(jù)批處理，同時聯(lián)合現(xiàn)有全球GNSS跟蹤站，對GPS基線聯(lián)合解算進行可靠性分析，得出以下結(jié)論：

1)GAMIT批處理結(jié)果滿足高精度的基線解算要求，每條基線的各坐標分量上的分量中誤差不超過1 cm，NRMS值小于0.3 mm，整周模糊度解算小于90%；

2)通過對已知控制點的GLOBK平差，能得到較精確的空間坐標，CORS網(wǎng)中3個臺站的各項坐標中誤差最大不超過3 mm；

3)通過對天空圖、殘差圖的探討，可知殘差圖曲線隨著觀測時間增加而增長，觀測精度隨之越來越高，其中波動曲線波動越來越小，因此在采集數(shù)據(jù)時觀測時間應盡量延長，從而使精度更高。