GPS基線解算的質量控制和精化處理①

張亞東，白 薇

（中國冶金地質總局 地球物理勘查院，河北 保定071051）

0 引 言

基線解算是GPS靜態數據處理中的重要環節，其解算質量的好壞，直接影響到GPS定位測量的成果和精度。對于GPS短基線（＜5km），即使通過選擇合適的點位和觀測時間來保證觀測條件，在基線解算過程中，有時也得不到質量合格的基線解［1]。在這種情況下，通過對基線進行精化處理，提高基線向量的解算質量，減少野外返工重測。

1 基線解算流程

不同廠商的接收機所配備的數據處理軟件，在具體操作細節上存在一些不同之處，但總的操作步驟大體相同。以南方測繪儀器公司的GPS數據處理軟件GPSPro Ver4.0為例，其基線解算流程如圖1所示。

2 基線解算的質量控制

質量控制包括質量評定和質量控制兩方面。基線解算結果的質量通過一系列質量控制指標來評定，而基線解算結果質量的改善則是通過基線的精化處理來實現［2]。基線解算主要由以下指標來進行質量控制。

1）數據剔除率

在基線解算時，如果觀測值的改正數大于某一個閾值，就認為該觀測值含有粗差，需要剔除。它從某一方面反映了GPS原始觀測值的質量。數據剔除率越高，說明觀測值的質量越差。根據GB／T 18314－2009，同一時段觀測值的數據剔除率小于10%.

2）同步環閉合差

由于同步觀測基線間具有一定的內在聯系，使得其值在理論上應為0.但在實際的工程應用中所采用的商業軟件的基線解算模式為單基線模式，同步環閉合差通常為一個微小量，并不一定為0.如果同步環閉合差超限，則說明組成同步環的基線中至少存在一條基線向量是錯誤的；反過來，如果同步環閉合差沒有超限，還不能說明組成同步環的所有基線其質量是合格的。

3）異步環閉合差

當異步環閉合差滿足限差要求時，則表明組成異步環的基線向量的質量是合格的；當異步環閉合差不滿足限差要求時，則表明組成異步環的基線向量中至少有一條基線向量的質量不合格，要確定出哪些基線向量的質量不合格，可以通過綜合分析多個相鄰的異步環或重復基線來進行。

4）重復基線長度較差

重復基線較差是評定基線結果質量非常有效的指標，當其超限時，就表明重復基線中一定存在質量不滿足要求的基線。通過一條基線三次以上的復測結果，通常能夠確定出存在質量問題的基線，流程圖如圖1所示。

圖1 基線解算流程

5）單位權方差

當觀測值的權陣確定時，單位權方差的數值就取決于觀測值的殘差，殘差越大，其數值也越大。

6）Ratio值

Ratio值反映了所確定出的整周模糊度參數的可靠性，該值始終≥1.這一指標取決于多種因素，既與觀測值的質量有關，也與觀測條件的好壞有關。通常要求Ratio≥3.

7）RDOP值

RDOP值的大小與觀測時段、基線位置和衛星在空間中的幾何分布及運行軌跡有關。RDOP值反映了觀測期間GPS衛星星座的狀態對相對定位的影響，不受觀測值質量的影響。

8）觀測值殘差的RMS

RMS是一個內符合精度指標，RMS小，內符合精度高，RMS大，內符合精度差。RMS與結果質量有一定的關系，結果質量不好時，RMS會較大，但是RMS大并不代表結果質量不好。

在實際工程應用中，往往將異步環閉合差和重復基線長度較差作為絕對指標［3－4]來評定基線解算結果的質量，而其他指標只是作為相對指標來參考使用，并不能最終確定成果的質量。

3 影響基線解算結果的因素及精化處理方法和應用實例

通過對新疆某地GPS控制網的施測和解算，分析了影響基線解算結果的基本因素，并給出了相應的精化處理方法。

1）少數衛星觀測時間太短，導致這些衛星的整周未知數無法準確確定。精化處理方法：直接刪除該衛星的觀測數據，不讓它們參加基線解算，以保證基線解算結果的質量。判斷這類問題最直接的方法是查看衛星的可見性圖，如圖2所示。

圖2 衛星的可見性圖

2）存在未探測出或未正確修復的周跳。精化處理方法：刪除周跳嚴重的時間段。判斷這類問題可以通過衛星的信噪比曲線查看，如圖3為R02號衛星的信噪比，期間存在明顯的周跳。

3）多路徑效應。多路徑效應往往造成觀測值殘差較大，可以通過縮小編輯因子的方法剔除，一般設在2.5～3.5之間；也可以直接刪除多路徑效應嚴重的時間段或衛星。如圖4所示，將有多路徑效應的時間段直接刪除。

4）對流層或電離層折射影響過大。通常采用提高衛星截止高度角、和選擇不同的觀測組合方案來提高解算質量。如圖5所示，基線XY24－XY12用L1的觀測組合方案解算時，雖然方差比達到了100，但基線解算不合格，手動設置為LC組合方案后基線解算合格，方差比仍然為100，如圖6所示。

5）參考衛星選取不適當。解算軟件一般會自動選取觀測數據最多、周跳最少且高度角較高的衛星作為參考衛星，但受觀測條件的影響，軟件的選擇未必合理。當參考衛星選擇不合理時，也會影響基線解算的質量，必須根據衛星預報、野外觀測記錄和衛星的可見性圖，手動重設觀測時間長、殘差小的衛星作為參考衛星。如圖7所示，基線XY17－0347解算時軟件自動選取20號衛星作為參考衛星解算，雖然方差比為100，但基線結果不合格，手動選取32號衛星作為參考衛星后，基線解算結果合格，如圖8所示。

圖6 XY24－XY12基線解算方案2

4 結 論

基線解算的質量直接影響著后續平差處理的結果和精度，依據基線解算的質量控制指標，及時發現問題，并根據實際情況采取措施，確保野外觀測質量。

如果基線解算質量不合格，通過精化處理方法重新解算可以得到質量合格的基線解算結果，以減少野外返工。

基線解算時采用的刪除衛星觀測數據、刪除周跳嚴重時間段、選擇參考衛星等措施，一定要慎重，要多比較和試驗，選擇質量最佳的解算結果。

［1]張 偉.GPS基線解算的優化處理［J].山東煤炭科技，2010（3）：160－161.

［2]李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理［M].2版.武漢：武漢大學出版社，2010.

［3]杜拴寶.GPS基線解算質量控制研究［J].科技情報開放與經，2010，20（14）：199－201.

［4]王國祥.GPS基線解算與質量控制［J].鐵道勘察，2005（6）：7－10.