GPS基线解算精度分析

GPS基线解算精度分析

摘要：本文主要通过是建立在实验的上分析影响不同长度基线解算精度的因素。在熟悉TGO这款软件的同时进行实验分析影响基线解算精度的因素，进而掌握GPS基线解算是的一些简单技巧。

关键词：基线TGO精度RMS

作者简介：黄纪晨（1985－），男，硕士研究生，毕业于河海大学，先在新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院任职，主要从事星导航与定位和精密工程测量等方面的研究工作

GPS定位技术在测量中的应用日益深入广泛，随着该技术的不断发展，对GPS测量精度的要求越来越高。对于GPS控制网而言，提高基线解算精度是提

高GPS网点精度的基础。

本文使用Trimble提供的TGO进行解算，对不同长度基线的解算精度做简单的对比介绍。根据TGO的特点主要从卫星高度角设置、对流层模型选择、电离层改正进行实验对比。本文所采用的数据是来自三个不同的控制网的具有典型长度的基线，同样选择了Trimble 5700接收机所测数据。

选择的基线长度不同的六条基线，为了对比方便设置基准为：

Bern是高精度的基线解算软件，其的解算结果作为参考假设为真值，实验数据以对比RMS为主，同时注意水平精度和垂直精度，以及ΔL，ΔL是TGO 的基线解算结果和Bern解算结果之差的绝对值。

1、卫星高度角的设置

增加卫星高度角是为了剔除一些观测质量不佳的数据，比如高大建筑物遮挡造成的不佳。从信号质量来讲，增加高度角都会剔除一些质量不佳的数据。

实验分为Trimble默认的13和30度数下的解算精度进行对比。其中使用L1频率固定解算，对流层改正模型使用Saastamoine模型，电离层设置为对于10Km 以上的基线加入电离层改正。

表1 高度角设置为13度时的解算结果

表2 高度角设置为15度时的解算结果

对比表1和表2发现，除B6基线外，其余5条基线水平精度、垂直精度值和ΔL有不同程度的降。B6基线由于观察时间长，ΔL的值在不断减小，说明基线解算结果越来越接近真值。

从实验对比数据中来看总体上来说，结论是当高度角相应提高时，观测时间较短的基线增加高度角，参与解算的卫星个数减少以及参与解算的卫星观测数据减少时卫星精度都相应降低。观察时间较长的时候，在数据条件允许的情况下增加卫星高度角的设置有助于相应的提高基线解算的精度。

2、对流层改正模型的选择

这里对于对流层改正模型不在加以赘述。TGO的默认基线解算处理已经加入了双差改正，已经可以消除大部分的对流层延迟。

表3 无对流层改正的解算结果

表4 采用对流层改正模型的解算结果

表3中RMS值和ΔL的值明显较大，而且随着基线长度的增加越来越大，说明在长基线的解算中，TGO默认加入的双差改正已经不足以消除对流层影响。因此在长基线的解算中必须加入对流层改正模型。表4数据可以发现加入对流层改正后的基线解算精度有了明显的提高。当基线长度增加是，基线两端点的距离就远了，此时两端点的气象条件是不一样的，因此双差改正已经无法大幅度的消除对流层的影响。

3、电离层改正的应用

在TGO的基线解算模型中，默认的是给10Km以上的基线加入电离层改正模型。由此判断在长基线的解算中，电离层改正是必要的，本小节就是对比加入电离层改正前后的基线解算精度。

表5 无电离层改正的解算精度

从上表中可以明显看出在大于10Km的基线解算后RMS、水平精度和垂直精度数值提高，使得精度降低根本就没有通过解算时TGO的精度限制。ΔL的值也明显过大。但5Km的基线没有任何影响，因为在默认情况下这个解算结果也是没有加入电离层改正的。

表6 加入电离层改正的解算精度

在对全部GPS基线加入电离层改正的时候，长基线的解算的精度都恢复了正常，唯有B1基线的解算精度反而降低了。

这次关于电离层改正的实验数据的差别比较明显，结论也是显然的：对于大于10Km的长基线解算是必须要加入电离层改正，否则无法保证精度。同时观察可以不加入电离层改正时的基线越长精度越低，因为这是双差改正对于消除电离层影响是不够的，这也说明电离层改正对长基线解算的重要性。

但是对于短基线B1，加入电离层模型反而使精度降低，这也符合TGO默认将电离层改正加入的限制设置在10Km，分析原因，可能有以下两个原因：

①TGO默认基线解算处理已经加入了双差改正，在短基线的解算中双差改正已经可以消除电离层的对解算精度的影响，加入电离层改正模型后反而使基线解算精度降低。

②B1基线中的1号点的观测之间只有20分钟，数据的质量较差，以此电离层改正加入后使得其数据的质量更差，降低了基线解算精度。

综上所述，在经过双差改正后，短基线的解算中不需要加入电离层改正，而长基线（大于等于10Km）的解算必须加入电离层改正。

在GPS基线的解算中，影响精度的因素包括外业测量的质量和内业数据的处理方式，外业的测量影响是没有办法改变的，所以应该在内业处理上掌握提高

解算精度的方法。TGO作为Trimble接收机的随机软件在工程中被广泛使用，其最强大的功能在于Timeline的操作，本次实验由于时间有限对这方面没有深入研究。本次实验仅对TGO中最简单的功能进行实验，旨在初步探讨各种数据处理方式对基线解算精度的影响，更深入的分析有待于对TGO的进一步研究。

参考文献

[1] 刘大杰,施一民,过静珺编著.全球定位系统（GPS）的原理和数据处理.[M].1996

[2] 黄劲松,李征航编著.GPS测量与数据处理,[M].武汉大学出版社.2005

[3] 黄劲松,魏二虎编著.GPS测量操作与数据处理.[M].武汉大学出版社.2004

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[5] 黄声享.提高GPS基线质量的某些因素.[J].工程勘察.1995

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。