GPS卫星轨道误差对地铁GPS控制网基线解算影响

GPS卫星轨道误差对地铁GPS控制网基线解算的影响摘要：介绍了gps卫星轨道误差对基线解算的影响, 采用gamit 软件解算某地铁gps控制网基线。通过改变gamit软件中处理模式参数的设置来讨论gps卫星轨道误差对地铁控制网基线解算的影响，对城市地铁gps控制网的布设提出了一些新的看法。

关键词：gamit；gps控制网；基线解算；地铁；gps卫星轨道误差

1引言

目前我国在扩大内需的情况下各地都在修建地铁和轻轨项目，gps控制测量在平面控制测量方面具有极大优势，而作为高精度gps 数据处理软件之一的gamit软件也开始展现其独特的优势。本文中的地铁线项目由西向东贯穿长沙市区,西起汽车西站，过湘江后沿五一大道向东行进，下穿长沙火车站后沿荷花路向东经古曲路、白沙湾路至体育新城，再到武广新长沙站，穿越浏阳河至线路终点站光达站，线路全长21.925公里，布设gps控制网作为首级控制是最佳选择。下文将通过理论分析gps卫星轨道误差对基线解算的影响并结合该地铁项目来具体讨论gps卫星轨道误差对地铁gps控制网基线解算的影响。

2 gps卫星轨道误差及对基线解算的影响

gps卫星轨道误差是实时定位和基线解算的主要误差源之一。gps卫星轨道误差对基线解算结果的影响可用下式估算：（1）

式中，为轨道误差，d为基线长，r为卫星至地球表面距离，大约为20200km，为基线误差[1]。gps卫星轨道误差对基线解算结果的影响的理论值如表1：

表1 gps卫星轨道误差对基线解算结果的影响

轨道误差基线长度基线解算基线误差（mm）基线解算相对误差（ppm）

2.5m

2.5m

2.5m

2.5m 1km

10km

100km

1000km 0.1mm

1mm

10mm

100mm 0.1ppm

0.1ppm

0.1ppm

0.1ppm

为了具体分析，在这里我们采用igs站的观测数据，将igs精密轨道视为准确值，广播星历作为带有误差的卫星轨道，分别用广播星历和igs精密星历提供的轨道来解算出相同基线的长度并求

差，得到广播星历误差对基线解算结果的影响。在这里采用的igs 站点为bjfs，daej，osn1，pimo，usud。组成的基线为daej-osn1，osn1-bjfs，bjfs-usud，usud-pimo，长度分别约为82km，1011km，2001km和2912 km。计算出2008年年积日204天到218天共15天的广播星历解算基线的误差如图1所示。

图1 采用广播星历解算不同长度基线的误差

由图1我们可以得出，随着基线长度的增加，由广播星历解算基线的误差也随之增大。当基线长度在100km之内（如daej-osn1）时，其解算误差稳定在毫米级；基线长度在3000km之内时，其解算误差稳定在厘米级。可见对于一般的工程控制网gps轨道误差对基线解算的影响很小。

3 实例分析

以2009年10月8日布设的gps控制网为例，gps控制网外业施测时量取天线高方法统一到天线参考点（arp－antenna reference point），外业观测完毕后，用teqc软件检核观测质量并将数据统一转换为rinex格式，根据外业记录手簿输入点号、仪器型号、天线型号等。采用gamit软件解算基线时，在准备好所需各类文件后对gamit软件核心控制文件sestbl.文件的参数设置如下表2所示：表2 sestbl.文件的参数设置

参数设置

处理模式 choice of experiment = relax / baseline

观测量的选取choice of observable = lc_autcln

批处理迭代方案 type of analysis = 1-iteration

天顶延迟参数个数number zen = 4

l文件更新设置update tolerance = .3 m

光压模型 radiation model for arc = berne

数据筛选 clean option = autcln

arc 参考系统reference system for orbit = itr93

惯性框架 inertial frame = j2000

该gps控制网共设9个控制点，分别设置处理模式为relax和baseline进行基线解算，各得到基线45条及相应的基线解算结果o文件。处理模式设为relax时表明对卫星轨道参数的约束为松弛约束，处理模式设为baseline时表明固定轨道进行基线解算。由o 文件中的均方根误差nrms我们可以得到单天解基线的质量，前者的nrms=0.20150，后者的nrms=0.20148，他们的均方根误差都小于0.5表明解算过程中不存在大的周跳或参数解算存在较大偏差等情况。在处理模式为relax和baseline情况下基线分量改正分布情况如下表3所示：

表3 基线分量改正分布表

处理模式改正项1mm～5mm 6mm～10mm 11mm～15mm

choice of experiment = relax. x改正量73.3% 26.7%

0.0%

y改正量0.0% 40.0% 60.0%

z改正量11.1% 88.9% 0.0%

长度改正量100．0% 0.0% 0.0%

choice of experiment = baseline x改正量73.3% 26.7%

0.0%

y改正量0.0% 40.0% 60.0%

z改正量 6.7% 93.3% 0.0%

长度改正量100．0% 0.0% 0.0%

通过表3可知对gps卫星轨道采取松弛和固定模式对基线的结算精度影响不大，都能够完全能满足控制网三维坐标平差的要求。目前gps卫星广播星历精度可达5m左右，精密星历精度达到5cm

左右，因此一般情况下，地铁gps工程控制网卫星轨道误差对基线解算影响不大，但在太阳活动强烈发生磁暴时太阳发射的高能粒子会冲击太阳能帆板并使得卫星元器件温度异常，造成广播星历轨道gps卫星轨道误差变大，会对基线解算产生影响。

4总结

地铁gps控制网由于布设在市区，高楼林立，多路径效应造成的误差不可忽视，在控制网选点时因尽量选择四周开阔、高楼较少的地方，在观测时还要安装抑径板以减少多路径效应的影响。

由于gps控制网对基线的相对精度要求较高，而地铁控制网中某些边长较短，难以满足精度要求，此时可以采用以gps测量为主，少量短边用全站仪测边符合的方法进行联合布网，可以大大提供整个地铁控制网的精度。

参考文献：