GNSS基线解算的优化技术

GNSS基线解算的优化技术

作者：代祥勇

来源：《价值工程》2014年第21期

摘要：对影响GNSS基线解算质量的主要因素进行分析，结合实例阐明基于南方测绘Gnssadj软件基线解算的优化技术和方法。

Abstract： The paper analyzes the main factors influencing the GNSS baseline solution quality， clarifies the optimization technique and method of mapping the south baseline solution based on Gnssadj software combined with examples.

关键词： GNSS；基线解算；基线向量；固定解；精细化处理

Key words： GNSS；baseline；baseline vector；fixed solution；fine processing

中图分类号：P228.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）21-0217-02

0 引言

GNSS基线向量是GNSS同步观测的直接结果，也是进行GNSS网平差，获取最终点位的观测值。在基线解算时，常碰到个别短基线难以处理合格，在此情况，有必要对基线进行优化处理。

1 影响GNSS基线解算结果的因素及解决方案

1.1 基线解算时所设定的起点坐标精度不高，导致基线向量发生偏差。其影响程度可用公式表示：■≈■

式中△D为基线向量偏差，D为基线长度，△S为已知点坐标偏差，H为卫星轨道高度，可见基线向量偏差与起算点误差成正比。

解决方案：作业时尽量收集测区附近精度较高的已知点，测区附近的高等级点均进行联测。如果测区的七参数已知，可以在整网平差时，所有基线起点的坐标均由一个点坐标衍生而来，使得基线结果均具有某一系统偏差，然后在GNSS网平差处理时，输入已知七参数参与平差。

1.2 少数卫星的观测时间太短，导致与该卫星有关的整周未知数固定困难。

打开卫星相位跟踪图，如图1所示，横轴代表观测时间，纵轴代表卫星编号，G代表GPS 卫星，R代表格洛纳斯卫星，红色线和蓝色线分别代表L1和L2载波的观测量。解算时可以屏蔽掉观测时间短的卫星数据，如图1中R18号卫星跟踪时间太短，可以不让其参加基线解算。

1.3 在整个观测时段里，有个别卫星或个别时间段里周跳太多，致使周跳修复不完善，整周未知数固定困难，严重影响基线向量的质量。

如图2所示，G12卫星在第11个历元时间段里残差值超过0.060米，解算时可以屏蔽掉残差较大的时间段数据。

1.4 多路径效应，对流层折射或电离层折射影像，致使观测值的改正数普遍较大。多路径效应对基线向量的水平方向影响较大，大气折射对基线的垂直方向影响较大。多路径效应和大气折射的影响均可通过残差图分析，可在卫星相位跟踪窗口里删除掉质量较差的时间段数据。

1.5 其它因素：接收机本身的精度不高，致使数据质量太差。比如接收机的测相精度的降低，接收机的时钟不准确等。

2 基线精细化处理实例

在基线解算中，有时发现基线处理不合格的情况，当长基线Ratio

下面以某镇E级控制网为例说明基线精细化处理的基本原则和操作，解算软件为南方测绘Gnssadj。

该项目为E级网，点位平均距离5km，用5台南方S86T GNSS接收机同步观测，采样间隔为15秒，高度截止角15度，同步观测时间为80分钟。图3为软件默认设置解算的结果，其中基线GN01-GN02，GN02-CF20，GN01-CF20三条基线均为浮动解。

以基线GN02-CF20为例，分析其残差图，如图2，部分时间段残差较大，从数据编辑中查看卫星相位跟踪图，如图1，看到历元有中断的地方较多，中断处表示当时卫星信号失锁，为无效历元。删除无效历元时点中，然后按住鼠标左键拖拉框选中有历元中断的地方即可剔除无效历元，点中可恢复剔除历元。退出数据编辑框，重新解算剔除无效历元后的基线，基线解仍为浮动解。

再分析GN02-CF20基线，其基线长度为5.4km，同步观测时间为96分钟，可知基线较长，同步观测时间较长，可以尝试把高度截止角和采样间隔调大。通过基线解算设置中（如图4）调整高度截止角为25度，历元间隔设置为30秒，重新解算该基线，基线解仍为浮动解。

再尝试调整观测组合方案分别为L1（GPS），L2（GPS）及IonoFree（GPS），解算结果如表1所示。当选择IonoFree（GPS）解算时，解算结果合格。

综上所述，基线精细化处理一般采用以下四种措施：

2.1 剔除无效历元参考基线解算报表，对于卫星的健康状况恶劣，卫星信号经常失锁，整周模糊度搜索失败，禁用无效历元，当基线的某处参差超过±0.1m时，可以考虑删除相应时间段的卫星数据，同时注意同一时段观测值的数据剔除率不能大于数据总量的10%。

2.2 确定合适的历元间隔采集高质量的载波相位观测值是解决周跳问题的根本途径，适当增加采集密度是诊断和修复周跳的重要措施。

2.2.1 对基线同步观测时间较短时，可缩小历元间隔，让更多的数据参与解算。同步观测时间较长时，要增加历元间隔，让更少的数据参与解算。

2.2.2 数据周跳较多时，可增加历元间隔，使解算时跳过中断的数据继续解算。

2.2.3 确定合适的高度截止角

如果更改历元间隔来解算无法使基线方差比增加，再来调整高度截止角。确定合适的高度截止角原则：

①若同步观测时间较长，观测卫星数较多，GDOP值较小，根据点位环视图有障碍，增加高度截止角解算；

②若同步观测时间较短，观测卫星数较少，GDOP值较大，点位环视条件好，可降低高度截止角解算。

2.2.4 调整观测组合方案对于短基线（10km）通常选择L2。L1测量噪声小，但不利于求解模糊度；L2利于求解模糊度，但测量噪声大。如果GPS观测值是双频观测值，则可采用无电离层观测值（Iono-free）来进行基线解算。

用以上四种方法综合交叉使用来解算基线合格后再检核异步环、同步环和重复基线限差合格后才能网平差。

所述四种基线精细化方法只是一个大致的原则，可以根据基本原则合理的相互配合进行设置，以使基线解算达到要求。在基线解算中还要求同步环中各条基线解算设置条件尽量保持一致，而修改了基线设置后又很难使其保持一致从而造成闭合环差过大。因此，一般只对基线方差比小于解算通过条件的基线进行重解，其他基线不作改动。

3 结论