應用Bernese 5.0軟件進行精密單點定位計算*

邰 賀,付 妍

(沈陽市勘察測繪研究院,遼寧沈陽110004)

0 引 言

傳統定位模式下用戶想要完成諸如像控點測量等工作,均需要布設靜態控制網,費時費力,不但成本高昂,而且大大增加工期。精密單點定位(PPP)技術是目前國際上高精度研究的熱點技術,采用該模式,用戶只需要在預選控制點位上觀測一段時間,就可以得到高精度的坐標信息,從而避免了布設常規靜態控制網的工作。Bernese軟件是目前廣泛使用的高精度GNSS科研型定位解算軟件[1],能夠提供源代碼,并為可視化界面操作。其內部提供非差解算(PPP)模塊,可以實現高精度精密單點定位解算。

1 軟件操作流程

流程大致分為數據準備、解算準備、數據解算和成果評定共4個部分:

1)數據準備階段主要是準備相關的外部文件,包括電離層文件、極點文件、碼偏差表文件、精密星歷文件、精密鐘差文件、原始數據文件、板塊運動文件、站點信息文件、參考坐標文件、速度場文件、潮汐文件等。其中大部分文件可以通過Berne的匿名FTP下載獲得。

2)解算準備主要是一些設置部分。因為Bernese 5.0軟件在解算中顧及各種誤差,比如對流層延遲誤差、衛星軌道誤差、地球固體潮等,所以需要在相關的設置文件中進行設置。一些誤差可以通過模型進行估計,另外一些可以通過差分消除。

3)數據解算主要是進行包括差分解算以及PPP解算等。因為GPS定位主要是要求出地面上的待求點的位置,一般情況下都是基于某一個框架以及某一個時間點上的。目前經常使用的框架包括IT RF97、ITRF00、ITRF05等[2],常用的歷元包括2000.0、瞬時歷元等。計算時需要根據需要選擇合適的坐標框架和歷元,從而基于該框架和歷元下的點位坐標。

4)成果評定部分主要是看生成的報表。一般情況下主要查看結算殘差文件、定位摘要文件等,查看解算指標是否超限,分析原因等。

目前Bernese軟件提供了高效率的處理引擎BPE,只需要設置好選項,就可以進行各種解算的批處理工作,非常方便,在實際解算中經常采用這種方式。

2 BPE架構

BPE的部分采用Perl編寫的,是一個獨立的模塊,采用了C/S結構,有交互式和非交互式兩種模式可以選擇[4]。目前在實際使用中主要采用交互式方式,這樣便于實時分析。

BPE的實現主要依靠 4個 PCF控制文件:PPP.PCF、RNX2SNX.PCF、CLK.PCF以及BASTST.PCF[3]。在這些控制文件中,定義了某種解算方式需要調用的各種命令和腳本的順序,具體的含義如下:

PPP.PCF:主要是估計各個點位的坐標以及估計各種參數,如對流層誤差以及接收機鐘誤差等(估計的間隔可以在控制文件中設定)。

RNX2SNX.PCF:根據原始觀測值(已經轉換成RINEX標準格式)估計測站的坐標以及各種解算參數,同時形成法方程,進而可以求出測站的點位速度場等參數,同時將解算的結果以SINEX的標準格式輸出。

CLK.PCF:根據網內的原始觀測值和星歷文件,計算接收機鐘差和衛星鐘差,并且單獨的生成一個文件,格式是Rinex格式,同時還可以對原始觀測文件進行一些處理,比如存在較大觀測盲段的計算會被自動放棄,以及出現殘差的時候也同樣自動放棄等等。

BASTST.PCF:差分模式下的基線解算,所使用的信息可以由以上的3個PCF控制文件所生成的文件組成,處理結果包括報表等。BPE處理的流程圖如圖1所示:

圖1 BPE引擎處理流程圖

3 解算實例

我們采用Bernese 5.0軟件計算了沈陽市勘察測繪研究院所建立的CORS基準站的觀測數據,時段長為24小時,采樣率為30 s.采用其中一個站點(位于全網重心位置)作為已知站點,其余6個站點作為未知站點,利用PPP解算6個未知站點的地心坐標,與差分模式解算出的6個未知站點的地心坐標進行對比,并計算出平均定位誤差,計算結果如表1所示:

表1 PPP模式與差分模式定位結果差異表

從以上數據可以看出,采用Bernese軟件的PPP解算模式,其解算結果與差分模式的解算結果的差異在幾個厘米,完全可以滿足高精度定位的需求。

4 結 論

Bernese 5.0由于其既能進行精密單點定位的解算又能進行差分解算,同時具備速度快精度高等優點,在國內外諸多項目中得到了廣泛的應用。在目前建立區域CORS網費用高昂的情況下,很多單位都選擇建立單基準站的方式,由于不能獲取精確的地心坐標,通常都采用單點定位坐標作為基準,如果將該網合并入整個區域的參考站網絡[5],在重新全網解算成本高昂、不便于短時間內完成的前提下,會出現結果不匹配的情況。采用Bernese 5.0軟件的精密單點定位模式,就可以在不聯測IGS站點的情況下,獲得高精度的指定框架和歷元下的坐標,是目前各個城市單基準站合并入CORS網簡便快捷的方式,具有很大的實際應用意義。

[1] 過靜珺,王 麗,張 鵬.國內外連續運行基準站網新進展和應用展望[J].全球定位系統,2008,33(1):1-10.

[2] 李征航,黃勁松,GPS測量與數據處理[M].武漢,武漢大學出版社,2005.

[3] 周 利,匡翠林.Bernese高精度GPS數據處理軟件介紹及其應用實例[J].測繪與空間地理信息,2007,30(5):110-113.

[4] 孟 黎,徐 杰,任 超.Bernese GPS 4.2版本數據處理軟件的使用以及常見錯誤分析[J].全球定位系統,2007,32(3):42-46.

[5] 劉經南,劉 暉.建立我國衛星定位連續運行參考站網的若干思考[J].武漢大學學報.信息科學版,2003(S1):27-31.