基于Bernese軟件的CORS網基線解算＊

紀冬華，郭 英，3，李國偉，劉景瑞，彭福國

（1．山東科技大學測繪科學與工程學院，山東 青島266590；2．海島（礁）測繪技術國家測繪局重點實驗室，山東 青島266590；3．中國測繪科學研究院，北京100830）

0 引 言

連續運行基準站系統（CORS）由空中GNSS衛星、地面基準站和控制中心3部分組成。其定位方式多采用網絡實時動態定位技術（NRTK），即系統將地面的基準站點構成相應的三角網絡，通過處理網絡觀測數據，估計基準站之間的空間相關誤差，并采用一定的內插方法，提供用戶所在位置的空間相關誤差，以實現用戶較高精度的定位［1］。

目前，高精度GPS數據處理軟件主要有:美國麻省理工學院（MIT）和加州大學圣地亞哥分校Scripps海洋研究所（SIO）研制的 GAMIT／GLOBK，瑞士BERNE大學研制的Bernese軟件和美國噴氣推進實驗室（JPL）研制的GIPSY／OASIS軟件。三種軟件的功能各有差異，前兩者的共性是均可采用雙差模型處理GPS觀測值，而后者僅能處理載波非差觀測量，即實現精密單點定位。與一般隨機軟件相比，三種軟件都顧及了GPS測量中各項誤差的影響，其解算結果能更好地滿足生產實際需求。因此，被廣泛應用于GPS衛星定軌以及長基線、大面積的定位應用中［2］。

1 Bernese軟件功能及基線解算流程

Bernese GPS軟件是由瑞士伯爾尼大學天文研究所研究開發的GPS數據處理軟件，其用戶界面友好，模塊條理清晰，內嵌有圖形軟件，功能強大。該軟件大約由100個數據處理程序和100個菜單程序組成，包括1 000個子程序和函數，源代碼有300 000行左右。程序語言是FORTRAN 77，ADDNEQ2等，個別程序由FORTRAN90編寫［3］。

1．1 軟件主要功能［4－5］

Bernese軟件有著非常強大的功能，它的一些主要功能為:

1）既可用非差方法進行單點定位，又可用雙差方法進行整網平差；

2）可處理中小型、大型乃至全球的GPS網觀測數據，以實現高精度定位；

3）組合處理GPS和GLONASS觀測數據，還可以處理SLR數據；

4）估計太陽光壓參數；

5）估計衛星或者接收機的鐘差，以實現時間傳遞和頻率轉換；

6）監測電離層、對流層的變化；

7）實現低軌衛星、GPS衛星的精密定軌，以及求解地球自轉參數；

8）對法方程或者SINEX文件進行數據綜合，反演更精確的求解參數。

1．2 靜態基線解算流程

Bernese軟件進行基線解算時以最穩定的測站做主差，其生成獨立基線的方法有多種，本實例中以構成單差觀測值數量最多OBS－MAX為原則生成獨立基線。基線解算過程中，需對各項誤差進行模型改正，包括影響較小的地球物理效應（極移、歲差、章動、潮汐等）。衛星軌道采用9參數光壓模型，接收機鐘差利用改正后的衛星位置和偽距觀測值計算而得，對流層采用Saastamoinen模型，映射函數為Niell干濕延遲；電離層采用LC觀測值消電離層方法；每條基線的整周模糊度采用QIF法確定［6］。結合CORS網基線解算實例，圖1示出了Bernese軟件雙差數據處理流程。

圖1 Bernese軟件雙差數據處理流程

2 數據準備及處理結果分析

2．1 數據準備

數據選取2009年8月4日（年積日216）某省CORS網部分站點的24h觀測數據，其接收機均為Trimble netr5，數據包括雙頻載波相位和C1碼、P2碼觀測值。其CORS站點的點位示意圖如圖2所示。

2．2 TEQC數據質量檢測

TEQC是一個操作簡單但功能強大的GPS數據預處理軟件，主要包含數據格式轉換、數據編輯和數據質量檢測三個功能，采用數據質量檢測（QC），其檢測原理是通過偽距和相位觀測量的線性組合，計算出L1、L2觀測量的多路徑效應、電離層對相位的影響、電離層延遲的變化及接收機的鐘漂和周跳等，采用MP1、MP2、O／SLPS三個關鍵性指標反映數據質量，根據IGS跟蹤站的數據統計，三指標的標準分別為:MP1＜0．5、MP2＜0．75，O／SLPS＞100［6］．

圖2 CORS站點的點位示意圖

基線解算前，利用TEQC軟件對CORS網各站點觀測數據進行質量檢核，其中檢核的MP1值因CORS網各站點的觀測文件缺乏P1碼，故由原觀測文件中C1碼替換P1碼后計算而得，各測站檢核結果如表1所示。

表1 區域CORS網站點的TEQC質量檢核結果

由表1可知，MP1max＝0．35＜0．5；MP2max＝0．47＜0．75，說明各測站多路徑效應的影響均較小；O／SLPSmin＝22＜100，說明除 QHBD站周跳較多外，其余站周跳均較少，綜合分析考慮，該CORS網大部分測站觀測數據質量良好，觀測環境也較理想。

2．3 基線解算結果及分析

分別使用Bernese軟件和GAMIT軟件對該CORS網數據進行基線解算時，均采用ITRF2000參考框架及相同的衛星精密星歷，其采樣間隔及截止高度角分別設置為30s和10°，基線解算前，先利用Bernese軟件對各測站進行精密單點定位，并將此定位結果作為先驗坐標進行基線解算。按照坐標分量（Xi、Yi、Zi），對 Bernese的解算結果和GAMIT的結果進行對比，比較結果如表2所示。兩種軟件進行基線解算時均以QHBD、TSZH、TSTH站作為固定站，故不在表中顯示。

表2 兩種軟件解算坐標及RMS值比較

為了更好地比較兩種軟件的結果差異，將其結果可視化，如圖3，4所示。

圖3 兩種軟件解算坐標（X方向）比較

由表3可知，GAMIT雙差解的最后點位坐標和初始坐標符合較好，Bernese次之，但從RMS來看，兩種軟件的雙差解算精度均在毫米級，運用Bernese軟件進行基線解算，其精度較高。

圖4 兩種軟件解算坐標中誤差（X方向）比較

3 結 論

1）通過TEQC軟件對CORS網各測站觀測數據進行質量檢核，便于對基線解算后各點位精度的分析，本實例中若QHBD站觀測數據質量較好，其基線解算精度將有進一步提高；

2）實例中GAMIT雙差解的最后點位坐標較Bernese更接近于初始坐標（Bernese單點定位結果），但由于Bernese非差模式在探測粗差和周跳方面存在不足，其單點定位精度較差，故將之作為初始坐標并不十分準確，因此判別兩種軟件的雙差解算精度，須參照各自的RMS值共同進行結果分析；

3）實例中兩種軟件的雙差解算精度均在毫米級，但GAMIT略大，主要原因在于兩種軟件進行雙差基線解算時，其參數設置有所差異；采用的數學模型也不盡相同，故解算結果必然不同。另外，兩種軟件使用的原始觀測文件均無P1碼，實際進行周跳探測時，用C1碼代替了P1碼，從某種程度上講，也損害了兩種軟件的雙差解算精度。

［1］ 郭 英，程鵬飛，呂洪標．基于DTIN的CORS基準站網絡構造算法［J］．大地測量與地球動力學，2010，30（6）:108－111．

［2］ 李征航，張小紅．衛星導航定位新技術及高精度數據處理方法［M］．武漢:武漢大學出版社，2009．

［3］ HUGENTOBLER U，SCHAER S，FRIDEZ P．Bernese GPS software version 4．2［R］．Astronomical Institute，University of Bern，2001．

［4］ 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）:35－36．

［5］ 徐 杰，孟 黎，王焱筠，等．GAMIT與BERNESE在GPS基線解算中的比較［J］．山東國土資源，2011，27（9）:54－55．

［6］ 魏二虎，王中平，龔真春，等．TEQC軟件用于GPS控制網數據質量檢測研究［J］．測繪通報，2008（9）:6－9．