應用GAMIT－GLOBK軟件進行高精度GPS控制網解算＊

包 晗，邰 賀

（沈陽市勘察測繪研究院，遼寧 沈陽110004）

0 引 言

GAMIT－GLOBK軟件是美國麻省理工學院（MIT）與圣迭哥海洋研究所（Scirpps）研制的數據處理軟件。其特點是運算速度快、版本更新周期短以及在精度許可范圍內自動化處理程度高等，因此應用相當廣泛，計算的基線相對精度均優于10－7，平差后最弱點點位中誤差精度為厘米級［1］，廣泛應用于城市級的控制網建立工程中。介紹如何應用GAMIT－GLOBK軟件對沈陽市市級控制網進行定位解算。

1 GAMIT－GLOBK軟件組成

GAMIT－GLOBK軟件是由GAMIT和GLOBK兩部分組成，GAMIT主要完成基線解算，GLOBK主要完成網平差的功能［2］。

GAMIT主要由以下幾個程序構成:ARC（軌道積分）、MODEL（觀測方程構建）、SINCLN（單差自動修復周跳）、DBCLN（雙差自動修復周跳）、CVIEW（交互式修復周跳）、SOLVE（最小二乘求解）、CFMRG（增加具體的說明）等。通過使用MAKEX，可將RINEX格式的原始觀測數據轉換為GAMIT所采用的數據格式文件，生成誤差方程系數（即偏導數）與常數項主要用于數據分析，解算完成 后 得 到 O－file、Q－file 文 件 以 及 用 于 后 續GLOBK軟件的H－file文件。

GLOBK模塊為美國斯克里普斯海洋研究所（SIO）和哈佛大學（Harvard University）共同研究開發，其基本功能實現基線平差（卡爾曼濾波），能夠將不同大地測量觀測手段得到的解（比如GPS，VLBI及SLR）合并得到統一框架下的結果以及速度場。

2 解算準備

應用GAMIT進行基線解算時需要考慮多種誤差影響，例如鐘差改正、電離層折射改正、對流層折射的大氣參數模型改正以及光壓模型改正等［3］，需要準備各項Tables表，主要包括 :

leap．sec （跳 秒 文 件）；luntab （月 亮 歷 表）；soltab（太陽歷表）；L－file（近似坐標文件）；pole（極移參數）；nultab（攝動歷表）；ut1（國際時間系統）；潮汐表等，確保以上文件都更新到最新的狀態，尤其是L－file，其對于解算結果有一定影響。將原始觀測文件轉換為標準RINEX格式，并確定天線類型以及量高方式。按照軟件的解算要求建立相應的文件目錄，將精密星歷文件、RINEX觀測文件、導航星歷文件等拷貝至相應的目錄下。設置好控制文件sittbl以及session文件。

3 基線處理

首先進行數據預處理，包括周跳探測與修復，軌道構建等過程。

解算分為三個階段進行:第一階段，進行初始平差，解算模糊度參數和基線向量的實數解（浮動解）；第二階段是將模糊度固定成整數；第三階段是將固定的整數模糊度作為已知值，僅將待定的測站坐標作為未知參數，再次平差解算，解出基線向量的最終解［4］。

GAMIT提供腳本操作，即按照相應的目錄構建完畢后，使用Sh＿gamit語句，遵照設定語法進行語句的編寫并執行，即可完成自動解算過程，僅需要少量人工干預，結果包括h－file等GLOBK需要的各種文件。

4 網平差

建立目錄glbf和soln（均與Gamit中的單天目錄平行），用htoglb將h－file轉換成二進制格式，用l s生成gdl文件，準備好apr文件，globk和glorg命令文件，并做好命令文件的相關設置。需要注意的是使用globk進行平差，得到每天的坐標prt文件，上述坐標結果其內部幾何性很好，但是每天坐標框架的浮動都很大，需要把每天的解都統一到同一框架（如ITRF框架）中。運行glred命令，自動激發globk和glorg。前者進行平差，得到每天坐標的prt文件。后者得到ITRF坐標的org文件。

如果平差結果不理想，用plotcrd把時間序列輸出到屏幕，發現有粗差后剔除并返回到Gamit重新解算該天基線之后再進行平差，直到得到理想結果。

5 實際算例

沈陽市控制網框架由沈陽市連續運行參考站7個站點、3個國際IGS跟蹤站站點以及覆蓋沈陽市的5個中國地殼運動觀測網絡基準站組成。采用該框架建立實時觀測數據，連續觀測7天，單天觀測24h，采樣率為15s，衛星高度截止角0°．框架網的網圖如圖1所示。

基線解算采用 GAMIT V10．34版本，采用IGS最終精密星歷，并固定軌道。處理時所采用的參考框架ITRF2005，參考歷元為瞬時歷元2008．7 145（對應時間2008年9月18日，年積日為262）。引入的IGS站為:WUHN（武漢）、BJFS（北京）、SHAO（上海），將這些IGS站作為框架網的基準。解算以同步時段為單位進行，并顧及以下因素:

圖1 框架網的網圖

1）星鐘差的模型改正（用廣播星歷中的鐘差參數）；

2）接收機鐘差的模型改正（用根據偽距觀測值計算出的鐘差）；

3）電離層折射影響用LC觀測值消除；

4）對流層折射根據標準大氣模型用薩斯坦莫寧模型改正，采用分段線性的方法估算折射量偏差數；

5）衛星和接收機天線相位中心改正，接收機天線L1、L2相位中心偏差采用GAMIT軟件的設定值；

6）測站位置的潮汐改正；

7）衛星截止高度角為15°，歷元間隔為30s；

8）所有GPS站的基線解算均歸算到測站標石中心。

經過計算，框架網含重復基線45條，基線分量重復性統計如表1所示。

表1 基線向量重復性統計表

由于GAMIT采用的是網解，其同步環閉合差在基線解算時已經進行了分配，因此，基線同步環的閉合差為0．對于同步環檢核，可以將解的nrms值作為同步環質量好壞的一個指標，一般要求nrms＜0．5．本網計算的同步時段，nrms均小于0．25，表明整網的整體外業觀測數據質量較高，基線解的精度較好。

異步環閉合差主要反映整個外業觀測數據質量和基線解算質量的可靠性，相對于同步環閉合差，異步環閉合差對GPS成果質量更為重要［5］。本網異步環閉合差統計如表2所示。

表2 異步環閉合差統計表

全部異步環閉合差均小于1／3限差值，表明框架網的數據質量較好，基線處理結果可靠。

三維平差在ITRF2005瞬時坐標框架下完成，通過約束IGS站點的CGCS2000坐標，獲取框架網在國家坐標系統下的坐標成果。評查結果統計表如表3所示。

表3 平差精度統計表

通過平差精度可以看出，所有點位的三維分量精度均在毫米級，表明整網的平差精度很高。

6 結 論

GAMIT－GLOBK軟件作為高精度定位解算的基線處理軟件對于大數據量的觀測來講，具有運算速度快的特點，尤其是對于長基線的計算，其精度非常高。通過實測數據的驗證，說明了在城市級大型控制網建立過程中采用該軟件，在精度上完全可以滿足規范的要求。

［1］ 劉大杰，施一民，過靜珺．全球定位系統的原理與數據處理［M］．上海:同濟大學出版社，1996．

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

［3］ 國家測繪局．全球定位系統（GPS）測量規范 GB／T18314－2009（5）［S］．中國標準出版社，2009．

［4］ 劉國深，詹錦祥．城市平面坐標系與GPS二維約束的參數問題討論［J］．全球定位系統2007，33（3）:30－34．

［5］ 謝劭鋒，王新橋．工程控制網必要觀測時間探討［J］．全球定位系統，2007，33（4）:30－32．