利用GLOBK軟件提高平差精度的策略

邱榮海,成英燕,席 偉

(1.山東科技大學測繪科學與工程學院,山東 青島 266590;2.中國測繪科學研究院,北京 100830)

利用GLOBK軟件提高平差精度的策略

邱榮海1,2,成英燕2,席 偉1

(1.山東科技大學測繪科學與工程學院,山東 青島 266590;2.中國測繪科學研究院,北京 100830)

本文針對GLOBK平差軟件策略對提高解算精度問題,提出兩個觀點:一是對參考站先驗坐標進行合理約束;二是合并周后平差。使用了25個分布較均勻的中國大陸構造環境檢測網絡基準站和國內及周邊的12個IGS站。實驗發現:當給X,Y,Z三方向上約束1 cm,平差結果較好。單天解平差的均方差在毫米量級,而周解的均方差在亞毫米級,周解平差精度高。

先驗坐標;陸態網;基準站;單天解;周解

0 引言

全球衛星導航系統(global navigation satellite system,GNSS)測量數據處理是研究GNSS定位技術的一個重要內容[1-2]。選擇好的數據處理策略和軟件對GNSS測量結果影響很大[3-4]。文獻[5]在關于陸態網基準站坐標與速度的文章中采用了陸態網項目研制的精密定位定軌數據處理軟件PODAP對不到2 a的陸態網基準站數據進行解算,分析了部分站點的時間序列異常情況是來自于時間長度不等以及受地震影響的原因,并且只給出了單日解平差精度的情況,雖然滿足了陸態網解算的技術指標,但是并非最佳精度。文獻[6]在GLOBK軟件中測站坐標先驗約束設置探討中寫到關于選擇最佳的約束值問題,本文在此基礎上驗證了坐標先驗約束值選擇問題。

本文采用由美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology,MIT)和美國加利福尼亞大學SCRIPPS海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography,SIO)共同研制的用于定位和定軌的GNSS數據分析軟件包—GAMIT/GLOBK[7-9]軟件進行數據解算。為了得到更加精確的坐標值,探討了參考站最佳的先驗約束值,計算了單天解和周解平差結果,并進行了比較,選取精度最高的平差結果作為最終的坐標值。

1 GPS數據資料及數據處理方案

GAMIT軟件的數據處理主要分為兩個步驟:一是區域網的基線解算;二是區域網平差。站點的選擇的好壞影響基線解算結果。本文在確保最佳的站點選擇和基線解算的前提下,實現了單天解與周解平差結果的比較,確保實驗的可靠性。

1.1 站點選擇及分布

本文選取了25個陸態網基準站作為待求站,選用12個國內及周邊分布均勻的IGS站為參考站進行聯合解算,時間是從2005-01-01到2008-12-31四年的觀測數據,站點名及其代碼如表1所示:

表1 陸態網站點名及其代碼對照

各個站點的分布如下圖所示,紅色五角星代表著12個IGS控制站,黑色圓點表示25個陸態網待求站,圖中可以看出,控制站選擇較均勻,分布在待求站四周,且各站之間距離較適中。

圖1 站點分布圖

1.2 數據處理方案

本文基線解算的步驟可參考文獻[10]。對于基線解算得到的H文件,采用GLOBK軟件進行網平差。

1.2.1 參考站先驗參數設置及分析

GLOBK軟件對參考站先驗參數的設置在globk_comb_cmd控制文件中,可以使用apr_ site命令來指定笛卡爾坐標X、Y、Z的約束,也可以使用apr_neu命令來指定站心坐標N、E、U的約束,更可以通過設置約束值為“F”來直接固定某個測站。由于參考站的先驗坐標精度較高,同時也是定義網平差的參考框架,所以對參考站施加緊約束,并選取了最佳的約束值作為最終的約束。

本文對其中9個參考站X、Y、Z坐標分量施加相同的約束,分別為1 cm、3 cm、5 cm和不約束四種情況,并將其平差結果與ITRF08框架下的9個站坐標進行比較。

從圖2～圖5可以看出,圖2為不給約束的平差結果,與ITRF08公布值相差在1～2 cm左右。圖3是各參考站約束在1 cm,與ITRF08公布值相差在1 cm以內,且絕大部分參考站都在5 mm左右,密合程度較好。當給參考站約束在3 cm時,如圖4所示,平差結果與ITRF08公布值相差在1～2 cm之間,明顯比約束1 cm時密合度差,圖5給出的是當參考站約束5 cm,密合度更差,大部分都在2 cm左右,且URUM與USUD站在4 cm左右。

所以使用GLOBK軟件對基線解進行平差時,要給參考站適當的緊約束,且發現當給約束值在1 cm時,密合度最好。

圖2 參考站先驗坐標無約束平差后殘差結果

1.2.2 周解與單日解平差步驟及精度分析

單日解平差具體步驟如下:

(1)選擇單日解的H文件,執行格式轉換模塊(htoglb模塊),將GAMIT生成的H文件轉換成二進制文件;

圖3 參考站先驗坐標約束1 cm平差后殘差結果

圖4 參考站先驗坐標約束3 cm平差后殘差結果

圖5 參考站先驗坐標約束5 cm平差后殘差結果

(2)將松散約束下模糊度整數解做一個列表文件gdl,修改兩控制文件,設置10個參考站的約束值1cm,選擇區域網解,將IGS站添加到穩定控制站中,選擇ITRF08框架下計算坐標[11]。

(3)執行坐標重復性檢驗glred命令,畫出時間序列圖,剔除某些站精度不好天數;

(4)執行globk平差,“globk 6 globk.prt globk.log gdl globk_comd_cmd”,即得到了單天解的平差結果。

合并周解進行平差,同樣先執行1、2,3,4四步,在此基礎上修改控制文件globk_comb_ cmd中的“out_glb H——SCAL.GLX”,將此行打開,修改列表文件,每行的尾端添加“+”表示合并,每七天合并成一周的H文件,執行glred進行合并,對合并后多個新H文件做新列表,用新列表H文件執行globk平差,即得到合并周解之后的平差結果。

在整網的平差過程中,參考站都約束在1 cm。圖6與圖7分別給出了部分站點單日解平差與周解平差在站心坐標系下和ITRF08框架下三個方向上均方差。從圖6可以發現:站心坐標系下,單日解均方差水平方向上在1 mm左右,高程方向上在2 mm以內。周解均方差水平方向上優于0.3 mm,高程方向上優于0.5 mm。由圖7可以看出:在ITRF08框架下,單日解大部分測站三個方向的均方差在2 mm左右,周解均方差優于0.5 mm;精度(內符合精度)得到了很大的提高。

圖6 站心坐標系下單天解與周解均方差比較

圖7 ITRF08框架下單天解與周解均方差比較

2 結束語

(1)GLOBK軟件中是采用卡爾曼濾波的算法進行平差的,在計算之前需給先驗參數設置先驗值,參考站的先驗約束用于定義網平差的參考框架的,必須給予緊約束值,通過比較發現:當X、Y、Z三個方向約束會隨著約束值增大,平差值與ITRF08框架下的值密合程度越差,當約束值設置為1 cm時,平差效果最好。

(2)本文比較了單日解與周解平差精度,實驗發現:在ITRF08框架下,單日解平差測站三個方向X、Y、Z均方差在2 mm左右,周解均方差在0.5 mm以內;站心坐標系下,單日解均方差水平方向上在1 mm左右,高程方向上大約2 mm,而周解均方差水平方向上優于0.3 mm,高程方向上優于0.5 mm,無論是ITRF08框架還是站心坐標系下,合并周解后的平差結果精度都要比單日解平差結果的精度高一個量級。因此,在進行網平差時,采用合并周解后的平差結果精度更高,解算數據結果的可靠性越強。

[1] 黨亞民,秘金鐘,成英燕.全球導航衛星系統原理與應用[M].北京:測繪出版社,2007:179-189.

[2] 張小紅,李征航.衛星導航定位新技術及高精度數據處理方法[M].武昌:武漢大學出版社,2013:146-166.

[3] 鄂棟臣,詹必偉,姜衛平,等.應用GAMIT/GLOBK軟件進行高精度GPS數據處理[J].極地研究,2005,17(3):174-182.

[4] 郭敏,金蕾.不同軟件對CORS站數據進行處理的比較與分析[J].全球定位系統,2009,34(1):46-49.DOI:10.13442/j. gnss.2009.01.010.

[5] 劉光明,唐穎哲,吳富梅,等.陸態網基準站的坐標和速度[J].大地測量與地球動力學,2012,32(增刊1):53-56.

[6] 田建波,劉新江,陳勤勤.GLOBK軟件中測站坐標先驗約束設置探討[J].海洋測繪,2013,33(1):49-52.

[7] Department of Earth,Atmospheric,and Planetary Sciences Massachusetts Institute of Technology.GAMIT reference manual,release 10.6[EB/OL].[2014-06-21].http://www-gpsg.mit.edu/～simon/gtgk/GAMIT_Ref.pdf.

[8] Department of Earth,Atmospheric,and Planetary Sciences Massachusetts Institute of Technology.GLOBK reference manual,release 10.6[EB/OL].[2014-06-21].http://www-gpsg.mit.edu/～simon/gtgk/GLOBK_Ref.pdf.

[9] Massachusetts Institute of Technology.Documentation for the GAMIT GPS analysis software[EB/OL].[2012-12-25]. http://www-gpsg.mit.edu/～simon/gtgk/GAMIT.pdf.

[10]趙建三,楊創,聞德保.利用GAMIT進行高精度GPS基線解算的方法及精度分析[J].測繪通報,2011(8):5-8.

[11]成英燕.ITRF08框架簡介[J].大地測量與地球動力學,2012,32(1): 47-50.

Research on Improving Accuracy of Adjustment in GLOBK

QIU Ronghai1,2,CHENG Yingyan2,XI Wei1
(1.Geomatics College,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China; 2.Chinese Academy of Surveying and Mapping,Beijing 100830,China)

How to improve the accuracy of adjustment in GLOBK?I make two plain views:Frist,appropriate constraints should be imposed on the apriori coordinates of reference sites.Second,week solution should be used.Applying correlative data of 25 base stations from Crustal movement observation network in China and 12 IGS stations.It is found that:when constraint value is 1mm in X,Y,Z directions of reference sites,the result of adjustment is better.The mean square error of day solution is millimeter grade.The mean square error of week solution is sub-millimeter grade.The accuracy of week solution is higher.

apriori coordinates;crustal movement observation network in China;base stations;day solution;week solution

P228

A

2095-4999(2015)-04-0100-04

2014-10-18

國家自然科學基金(41374014);國家863計劃(2013AA122501);中國測繪科學研究院基本科研業務費(7771405);數據處理中心(GFZX0301040308-06)。

邱榮海(1990—),男,安徽宣城人,碩士生,主要研究數據處理、GPS時間序列分析。

邱榮海,成英燕,席偉.利用GLOBK軟件提高平差精度的策略[J].導航定位學報,2015,3(4):100-103.QIU Ronghai,CHENG Yingyan,XI Wei.Research on Improving Accuracy of Adjustment in GLOBK[J].Journal of Navigation and Positioning,2015,3(4):100-103.

10.16547/j.cnki.10-1096.20150419