北斗中长基线静态解算算法实现及结果分析
应俊俊1,2张京奎1,2
【摘 要】该文对北斗中长基线静态基线解算的算法模型进行了介绍,基于北斗双频观测数据,对站间小高差和站间大高差中长基线的解算精度进行了测试和分析。实测结果表明:站间小高差基线各时段解算精度均优于平面1 cm+1 ppm,高程2 cm+2 ppm;站间大高差基线绝大部分时段解算精度均优于平面1 cm+1 ppm,高程2 cm+2 ppm,在解算时段长度为4 h时,解算精度优于平面1 cm+1 ppm,高程2 cm+2 ppm的时段比例高于95%。 【期刊名称】科技资讯 【年(卷),期】2016(014)017 【总页数】3
【关键词】北斗 中长基线 静态基线解算 站间高差 时段长度
静态基线解算在大地控制网布设和控制点加密中具有重要应用,主流GNSS数据处理软件有Trimble的TBC、Leica的LGO、Novatel的WayPoint、中海达的HGO等。虽然北斗静态基线解算原理与GPS类似,但由于北斗星座设计的特点,站星几何图形变化较慢,载波相位观测量间具有很强的相关性,造成方程严重病态,北斗系统在基线解算的理论研究和应用方面正在展开,相关的实验分析还需要进行大量的工作。
对于中长基线而言,电离层、对流层等误差的空间相关性减弱,导致双差残余的电离层、对流层等误差较大,以致影响浮点模糊度的精度,增大模糊度固定难度。为了得到正确的模糊度整数值,中长基线情况下需要考虑电离层延迟误差和对流层延迟误差的影响。通常,电离层延迟采用双频消电离层组合进行消除,对流层延迟
通过干延迟改正和湿延迟参数估计的综合处理进行消除。其中,对流层延迟与站间高差关系密切,一般而言,站间高差越大,对流层延迟的影响越显著。
该文着重对北斗中长基线静态解算中的算法模型进行阐述,对站间大高差和小高差解算结果进行分析,文中所有数据均采用自研的北斗静态基线解算软件进行数据处理。
1 中长基线静态解算的算法实现
静态基线解算通过对载波进行双差组合(首先在站r和站b间进行单差,再基于卫星间进行双差),此时接收机钟差已消除,则其双差观测方程为:
在进行解算时,对流层延迟通过干延迟GPT/GMF改正和湿延迟参数估计进行消除,电离层延迟采用双频消电离层组合进行消除。中长基线静态解算主要基于上述公式,具体做法为:基于长时间观测数据,首先使用宽巷载波双差数据列立观测方程,求解出宽巷模糊度；其次将宽巷模糊度代入消电离层组合观测方程中,估计模糊度浮点解和坐标(隐含在中)；再次通过搜索方法对模糊度浮点解进行取整；最后将模糊度整数解代入到上述方程中,得到精确的基线坐标。
2 基线精度测试
为了获得较全面的基线精度统计结果,分别选取不同长度、不同站间高差基线进行测试,数据情况及测试结果如下所述。 2.1 站间小高差基线测试结果
中长基线站间小高差测试以2014年1月华北地区某次测试为例,基线长为41.4 km,站间高差为37m,A、B、C这3种型号在B1、B2双频接收机均进行了48 h测试,解算模式为双频消电离层模式,高度角为15°,4 h为一个时段,模糊度搜索方法为Lambda方法,Ratio阈值为2.5,对流层处理方式为对流层干延迟改正、
湿延迟估计。以LGO软件长时间观测、分时段解算的GPS基线结果为真值,平面精度统计结果如图1所示,高程精度统计结果如图2所示。其中,1～12时段为A型接收机测试结果,13～24时段为B型接收机测试结果,25～36时段为C型接收机测试结果。
从图1、图2可看出,解算的各时段平面精度均优于1 cm+1ppm,高程精度优于2 cm+2 ppm;平面精度总体优于高程精度;3种型号接收机解算结果存在一定的差异,尤其表现在平面精度。此种现象的存在,可能与接收机内部噪声水平和稳定性相关。
2.2 站间大高差基线测试结果
为对大高差数据进行测试,从香港CORS站下载HKWS、HKNP两站2015年8月26日、2015年11月25日、2016年2月24日、2016年6月1日共4天96 h测试数据分别进行解算。HKWS、HKNP两站基线长为49.89 km,站间高差为286.88 m。解算频点为北斗B1、B2双频、电离层为双频消电离层模式,高度角为15°,采样间隔为30 s,模糊度搜索方法为Lambda方法,Ratio阈值为2.5,分别以2 h、3 h、4 h为一个时段进行处理。以香港地政总署网站给出的2016年4月1日CORS站坐标为真值进行精度评估,时段长度为3 h的基线精度统计结果如表1所示,时段长度为4 h的基线精度统计结果如表2所示,表3为不同时段长度基线精度超限百分比统计结果。
为便于对精度结果进行对比统计,平面精度以1 cm+1 ppm、高程精度以2 cm+2 ppm为限值,对于HKWS、HKNP两站近50km基线,平面精度限值为6 cm,高程精度限值为12 cm。表1、表2中以黑色加粗字体标识的即为平面精度超过6 cm、高程精度超过12 cm的精度数据。表3为以此限值为基准的平
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