商用GNSS数据处理软件解算精度对比分析

随着ＧＮＳＳ导航定位技术与计算机科学技术的快速发展，ＧＮＳＳ软件厂商不断推出各种商用ＧＮＳＳ数据处理软件，以满足实际工程应用的需要［１］。

不同的ＧＮＳＳ数据处理软件采用的数学模型有所不同，因而基线数据处理结果也会有所差异［２］，从而导致ＧＮＳＳ网平差计算结果的精度也存在差异［３］。

在复杂多变的野外工作环境中，ＧＮＳＳ静态观测的数据质量一般并不理想，这会给后续的数据处理带来许多问题。

为此，研究小组选择国内工程用户常用的ＴＢＣ３．６Ｖ、ＨＧＯ１．１．０Ｖ、ＳＧＯ１６．０５．２６共３款商用软件，结合工程实测数据，就ＧＮＳＳ数据处理方法、基线解算、整网平差计算等内容进行实验分析。

１ 软件介绍及数据来源
1.1 软件简介
ＴＢＣ３．６Ｖ软件是由美国天宝公司研发并推出的一款多功能测量数据后处理软件。

该软件可以对ＧＮＳＳ、全站仪、水准仪、无人机等测量数据进行处理，具有测量数据处理功能强大、解算快等特点。

ＨＧＯ１．１．０Ｖ软件是由中海达公司推出的一款ＧＮＳＳ静态数据处理软件。

该软件支持多种解算模式和多种作业模式，具有良好的窗口界面，操作简单，适合工程ＧＮＳＳ用户进行内业ＧＮＳＳ基线数据处理和平差计算［４］。

ＳＧＯ１６．０５．２６软件是思拓力公司推出的一款可处理多类型接收机数据的ＧＮＳＳ数据处理软件，它自带ＲＩＮＥＸ格式转换及四参数计算工具，能够实现多种数据类型的格式转换，且输出平差成果格式有多种选择。

1.2 数据来源
研究小组采用两套ＧＮＳＳ实测数据进行实验。

第一套数据是由５台华测接收机与３台天宝接收
商用GNSS数据处理软件解算
精度对比分析
● 李海深1，李月连2
（１．　百色市自然资源局，广西 百色 ５３３０００；２．　南宁师范大学，广西 南宁 ５３０００１）[摘 要]文章选择有代表性的ＴＢＣ３．６Ｖ、ＨＧＯ１．１．０Ｖ、ＳＧＯ１６．０５．２６一共３款商用ＧＮＳＳ数据处理软件进行精度对比测试。

实验结果表明，改变卫星高度角参数能够有效地改善基线解算的质量；单ＧＰＳ卫星信号解算得到的基线质量最高，而单ＢＤＳ卫星信号下的质量次之；ＴＢＣ３．６Ｖ在基线解算和网平差的能力最强，而ＨＧＯ１．１．０Ｖ与ＳＧＯ１６．０５．２６性能接近。

[关键词]ＧＮＳＳ；基线解算；网平差
[作者简介]李海深（1960-），男，2003年毕业于湖南师范大学法学院，法学理论专业，主要从事国土资源3S技术应用与行业管理工作，工程师。

机同步观测４小时的双星数据（ＧＰＳ＋ＧＬＯＮＡＳＳ）。

第二套数据是由６台天宝接收机同步观测２４小时的三星数据（ＧＰＳ＋ＧＬＯＮＡＳＳ＋ＢＤＳ）。

采用不同的商用ＧＮＳＳ软件分别进行不同卫星高度角、时间采样率、多模卫星信号组合等多种参数条件的基线解算与网平差计算，同时以ＧＡＭＩＴ／ＧＬＯＢＫ科研软件解算结果作为标准值，进行精度分析与讨论。

２ 基线向量解算精度分析
2.1 多种卫星高度角和时间采样率参数试验
该项试验选用第一套双星数据进行解算。

一是研究多种卫星高度角对基线解算质量的影响。

在固定时间采样率同样为１５ｓ的条件下，分别设置１０°、１５°、２５°、３５°共４组卫星高度角进行试验。

二是研究不同时间采样率对基线解算质量的影响。

在固定卫星高度角同样为１５°的条件下，分别设置５ｓ、１５ｓ、３０ｓ共３组时间采样率数据进行试验。

进行基线解算时，为检测软件自身预处理能力，暂不对基线进行人工干预处理。

从解算好的基线中抽取７条长度分别约为１ｋｍ、３．５ｋｍ、４．３ｋｍ、２０ｋｍ、２３ｋｍ、５３ｋｍ、８６ｋｍ的基线，分别用Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７代表。

将３种商用软件的基线解算结果与标准值进行较差比对分析，各种参数条件下的基线解算结果中误差（ＲＭＳ）值、基线长度较差绝对值见表１。

从表１中基线的ＲＭＳ值可知，３款商用软件解出的基线ＲＭＳ值随着卫星高度角的升高而逐渐降低。

在３组时间采样率中，３款商用软件解出的基线ＲＭＳ值基本不改变。

相对于
表１ 不同卫星高度角和时间采样率条件下的基线解算结果　ＲＭＳ值与长度较差绝对值表
（单位：ｍｍ）
处理软件卫星高度角
／°
时间采样率
／ｓ
基线
Ｂ１Ｂ２Ｂ３Ｂ４Ｂ５Ｂ６Ｂ７Ｂ１Ｂ２Ｂ３Ｂ４Ｂ５Ｂ６Ｂ７
ＲＭＳ长度较差绝对值
ＴＢＣ３．６Ｖ１０１５６６６１１１１１２１０９５１２７７１０２０２５１５５５４８５９７８７１２７８９１６３５１５２２２５４６４９７９６８７１５１５１５２６６１１１１１０１１９６１２７９８１９１５５７７７１１１２１０１２９７１２６９８１９１５３０５６６１１１０１０１０９６１２６９７１９
ＨＧＯ１．１．０Ｖ１０１５７９９１４１１１８１５１９０７０２９３３２５１５４７７１４９１５１１１９２５１４１０３２３５１５４５５１２７１１８１７３４１４９３６１５１５６９７１５１１１６１２１９０６０２１０３４１５５６７８１５１１１６１２１９１４０２１０３４１５３０５８７１５１１１５１１１９０６０１１０３２
ＳＧＯ１６．０５．２６１０１５６１０８１４１２１３１２２０１９４２７２２２５１５５７７１３８１２１０１９３６６８７２１３５１５４５６１２８１２９１９４６３７３１９１５１５６１０８１４１２１３１１１９１９４２７２２１５５６８７１４１２１２１３１９２９４２７２３１５３０６１１７７１０１１１１１９３８３２８１９
ＧＡＭＩＴ１５１５５５７７６３４０００００００注： RMS值越小则表示基线解算的质量越好。

ＨＧＯ和ＳＧＯ软件，ＴＢＣ软件解出的基线ＲＭＳ整体较低且较稳定。

ＨＧＯ与ＳＧＯ解算出的ＲＭＳ值相近，但ＳＧＯ稳定性略好。

ＧＡＭＩＴ软件解算得到的ＲＭＳ值整体优于７ｍｍ，并且比较稳定，因此选其作为标准值。

从表１中基线的长度较差绝对值可知，在解算基线Ｂ２～Ｂ６时，ＨＧＯ、ＳＧＯ软件基线长度较差绝对值为０～１０ｍｍ，而ＴＢＣ软件为６～１０ｍｍ。

ＨＧＯ、ＳＧＯ软件在解算Ｂ１、Ｂ７基线时，长度较差绝对值为１７～３６ｍｍ，而ＴＢＣ软件优于２０ｍｍ。

其中，Ｂ１短基线长度较差绝对值较大，可能是因为构成Ｂ１基线向量的两台接收机中其中一台所处的观测环境不理想造成的。

从以上分析可知，调整卫星高度角相比调整时间采样率，能更有效地改善基线解算的质量。

在１５ｓ时间采样率和２５°左右的卫星高度角下，基线解算结果趋于稳定，且ＴＢＣ软件基线解算的结果最优。

2.2 多模卫星组合试验
该项试验采用第二套静态数据进行解算，分析多模卫星组合条件下对基线解算质量的影响。

该项试验仅用ＴＢＣ软件进行数据处理。

考虑到设置３５°卫星高度角时单星系统的卫星观测量较少，会影响到基线解算的质量，所以设置２５°卫星高度角和１５ｓ采样率进行实验。

该项实验测试设计的卫星组合为：ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＢＳＤ、ＧＰＳ＋ＧＬＯＮＡＳＳ、ＧＰＳ＋ＢＤＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ＋ＢＤＳ、ＧＰＳ＋ＧＬＯＮＡＳＳ＋ＢＤＳ，分别用Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７表示。

完成基线解算后，为检测软件自身的基线处理能力，暂时不对基线进行人工干预处理。

基线处理完成之后，抽取８条长度分别约为３９ｋｍ、４９ｋｍ、５５ｋｍ、７３ｋｍ、１０５ｋｍ、１２７ｋｍ、１４６ｋｍ、１６５ｋｍ的基线。

分别用Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８表示，解算得出基线ＲＭＳ值、基线长度较差绝对值见表２。

从表２中基线的ＲＭＳ值可知，在Ｓ２卫星组合下，ＴＢＣ软件解出的基线ＲＭＳ值相对较大，范围５～２０ｍｍ，而在其他卫星组合下所解出的基线ＲＭＳ值较小，范围２～９ｍｍ。

在Ｓ１卫星组合下，基线解算所得ＲＭＳ值范围２～４ｍｍ，与ＧＡＭＩＴ解算结果接近。

此外，与ＧＡＭＩＴ解算结果相近的还有Ｓ３卫星组合，且其仅次于Ｓ１卫星组合。

从表２中基线长度较差绝对值分析可知，Ｓ１、Ｓ２、Ｓ６组合的基线长度较差随基线长度增加而略微增大，但Ｓ１和Ｓ６较Ｓ２更平稳。

Ｓ４卫星组合中，基线长逐渐偏离ＧＡＭＩＴ的结果，较差值最大达到了１９ｍｍ；其余的卫星组合中，基线长度较差值较小，其中　Ｓ５和Ｓ７卫星组合
表２ 多模卫星基线解算结果ＲＭＳ值与基线长度较差绝对值表
（单位：ｍｍ）
处理软件组合
卫星
卫星
高度角
／°
时间
采样率
／ｓ
基线
Ａ１Ａ２Ａ３Ａ４Ａ５Ａ６Ａ７Ａ８Ａ１Ａ２Ａ３Ａ４Ａ５Ａ６Ａ７Ａ８
ＲＭＳ长度较差绝对值
ＴＢＣ３．６ＶＳ１２５１５２２２３２４４３２３５５５５６６Ｓ２２５１５５７８８９１０１５２０２２９６７８７９Ｓ３２５１５３３３４３５５４４２５７４３３２Ｓ４２５１５３３３４５７９８１１６１１５１８１９１６Ｓ５２５１５３３３５４６６５３２５３４２２３Ｓ６２５１５３３３４４５６５３２７５５６６６Ｓ７２５１５３３３５４６７６３２５３５２２３
ＧＡＭＩＴＳ１２５１５２１２２１２２２００００００００
解得的基线长与ＧＡＭＩＴ最接近，范围２～５ｍｍ。

从以上分析可知，该项测试采用第二套试验数据，该数据同步观测２４小时，有足够的多余卫星观测量，因此整体基线解算的结果较好。

其中，单ＧＰＳ卫星基线解算结果最好，而单ＢＤＳ卫星解算结果与单星的ＧＰＳ卫星最相近。

３ 网平差结果精度分析
该项试验选用第一套实验数据进行基线处理。

根据前面实验的分析结果，设置基线解算参数为：卫星高度角２５°、时间采样率１５ｓ、单星的ＧＰＳ卫星信号。

研究小组采用软件自动处理功能进行ＧＮＳＳ基线数据处理。

在此基础上，对自动处理不合格的基线进行人工干预解算，进一步提高ＧＮＳＳ基线解算质量。

全部基线解算合格后，在ＣＧＣＳ２０００坐标系统下以２个已知点作为起算依据，进行网平差计算。

３款软件完成平差后，以ＧＬＯＢＫ软件平差的结果作为标准值，进行同名点平面坐标较差精度比对，结果见表３。

从表３中坐标分量较差结果可知，ＴＢＣ总体网平差的结果与ＧＬＯＢＫ相差都在毫米级，其中点Ｅ０９７的差值最大，ｘ偏差－９ｍｍ，ｙ偏差－７ｍｍ。

而ＨＧＯ与ＳＧＯ两款软件网平差结果相近，且与ＧＬＯＢＫ差值也基本保持在毫米级；其中两款软件在点Ｅ０９７平差结果与ＧＬＯＢＫ平差结果差值都达到厘米级，ｘ偏差最大为１５ｍｍ，ｙ偏差最大为２３ｍｍ。

相比ＨＧＯ、ＳＧＯ两款软件，ＴＢＣ软件的平差结果在ｘ与ｙ方向上与ＧＬＯＢＫ的平差结果符合程度更高。

４ 结 语
研究小组研究在不同卫星高度角、时间采样率、多模卫星组合等参数条件下，采用ＴＢＣ３．６Ｖ、ＨＧＯ１．１．０Ｖ、ＳＧＯ１６．０５．２６３种商用软件对野外实测数据进行处理。

经过基线解算和网平差精度比对与分析后，得出以下结论：（１）在卫星观测时间足够的前提下，通过改变时间采样率参数条件，对提高基线解算质量并不明显；通过适当提高卫星高度角，能够更有效地改善基线解算的质量。

（２）设置卫星高度角２５°、时间采样率１５ｓ，对多模卫星组合条件下的ＧＮＳＳ基线解算质量进行精度分析可知，采用单ＧＰＳ卫星进行解算所得到的基线质量最高，单ＧＬＯＮＡＳＳ卫星解算的质量最差，而单ＢＤＳ卫星解算的质量与单ＧＰＳ解算的质量接近。

　
（３）对比ＴＢＣ、ＨＧＯ、ＳＧＯ共３款软件基线解算和约束平差的结果显示，ＴＢＣ软件基线解算和网平差的能力相对于ＨＧＯ、ＳＧＯ软件更强，而ＨＧＯ与ＳＧＯ
两款软件基本相近。

　［参　考　文　献］
［１］卢献健，任超．ＧＰＳ数据处理科研软件与商业软件对比分析［Ｊ］．全球定位系统，２００７（５）：
２９－３２．
［２］刘紫平，余代俊，惠海鹏．几款商用ＧＰＳ数据处理软件基线解算结果比较分析［Ｊ］．矿山测量，
２０１１（１）：１８－２０．
［３］李毓照，王利，庄文泉，等．基于ＴＢＣ软件的ＧＰＳ基线解算结果及分析［Ｊ］．工程勘察，
２０１５，４３（４）：６０－６５．
［４］钟磊，崔文刚，敖德春，等．三种ＧＰＳ基线处理软件的解算精度分析［Ｊ］．测绘与空间地理信
息，２０１８，４１（２）：９０－９３．
表３ 平面坐标分量较差精度统计表
　（单位：ｍｍ）
点名ＴＢＣ３．６ＶＨＧＯ１．１．０ＶＳＧＯ４６．０５．２６ｘｙｘｙｘｙ
Ｅ００５－７－１－５－９－８－６Ｅ００９－６１－６－１０－８－７Ｅ０１０－２５－６－６－４４Ｅ０３８－５－２－５－５－７－４Ｅ０４６－２４－３－８－５－５Ｅ０９７－９－７－１５－２３－１１－１４。