湖南某高校GNSS多系統數據處理對比分析

鄒凡

摘要：現如今，科技水平有著非常大的提高，GNSS多系統技術飛速發展。本次論文探討了GNSS多系統數據處理這一方面，分別在短基線條件下對比分析了單個GPS系統、單個BDS系統、GPS+BDS雙系統、GPS+GLONASS雙系統、GPS+BDS+GLONASS多系統，基線處理結果表明，在一定的條件下，多系統與單個系統相比，多系統是占有一定優勢的。

Abstract： Nowadays， the level of technology has been greatly improved， and GNSS multi-system technology has developed rapidly. This paper explores the aspect of GNSS multi-system data processing. It compares and analyzes the GPS system， the BDS system， the GPS+BDS dual system， the GPS+GLONASS dual system and the GPS+BDS+GLONASS multi-system under the conditions of short baseline. Baseline processing results show that under certain conditions， multi-systems have certain advantages compared with single systems.

關鍵詞：GNSS;對比分析;組合系統

Key words： GNSS;comparison and analysis;combined system

中圖分類號：P228.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）31-0220-02

0? 引言

GNSS系統科學技術的進步已經深刻地改變了人們的生活方式，在GPS系統、BDS系統等衛星系統都得到了完善和發展的情形下，對于GNSS多系統的數據處理就顯得非常迫切和重要了[1]。

通過研究不同衛星系統之間的組合情況，以此來獲得精度更高的數據，從而得到在一定條件下的一個合適組合[2，3]。

本次論文研究了短基線情形下三種不同衛星系統的組合情況，衛星組合系統有GPS+BDS、GPS+GLONASS、GPS+BDS+GLONASS這三種不同組合系統。比較單個系統和多系統之間數據處理結果，分析單個系統和多系統之間的精度指標，得出一個在一定條件下合適的系統組合，并對此作出相應的總結。

1? 衛星系統概況

全球衛星導航系統即GNSS系統，GNSS系統是具有泛指意義的，指的是全部的衛星導航系統。GNSS系統在各個領域上都有著不可小看的作用[14]。單個的系統中，衛星的可見性和系統的穩定性相對而言是比較低的，組合情況下的GNSS系統在一定程度上提高了可見衛星的數量[4]。

在現有GNSS導航中，主要有美國的GPS系統，在標準配置的情況下，GPS衛星數個數為24顆，6個分布軌道，軌道面傾角為55°，衛星軌道高度為20180千米，衛星運行周期為11時58分。

其次是中國的北斗衛星導航系統即BDS系統，在BDS系統中，有兩類衛星，一個是傾斜地球同步軌道衛星IGSO衛星，另一個是地球靜止軌道衛星MEO衛星，IGSO和MEO的衛星分布軌道數都為3個，衛星軌道面傾角都為55°，在衛星軌道高度方面，IGSO的衛星軌道高度為36000千米，MEO的衛星軌道高度為215000千米。

還有俄羅斯全球導航衛星系統即GLONASS系統，在GLONASS系統中，標準配置下有24顆衛星，同時有3個衛星分布軌道，衛星軌道面傾角為64.8°，衛星軌道高度為19130千米，衛星運行周期為11時15分40秒。

2? 技術要求和處理軟件介紹

2.1 技術要求

技術設計是進行其他工作前最基本的步驟，在實驗過程中，其控制的技術和GPS網的精度都要嚴格按照規范標準進行。

在GNSS控制網的技術要求中，二、三、四等網相鄰點的最小距離不應小于平均距離的1/2。相鄰點的最大距離不應超過平均距離的2倍[5，6];一、二級網的距離可以在上述的基礎上放寬一倍。當邊長小于200米時，邊長中誤差應小于正負2厘米。

2.2 GNSS數據處理軟件

本次進行GNSS數據處理采用的是華測CGO2.0版的軟件，在進行數據處理時，首先新建工程，并且設置好相關屬性，其中根據實際情況選擇相應的坐標系統、中央子午線以及投影方式。然后導入需要處理的GNSS數據，隨后進行基線解算，在基線解算這一部分，需要保證所有的基線以及觀測環合格才能進行下一步[7]，最后就是網平差得出平差報告。

3? 數據對比分析與結論

3.1 短基線數據對比分析

本次的短基線數據采集地點為湖南某學院新校區周圍，布設的控制網為GNSS一級控制網（見圖1）。在數據采集方面，所選用的儀器是華測GNSS接收機。其中最短的基線為683米，最長的基線為1439米，平均邊長1千米。觀測時長為50分鐘左右。其中有已知的三個控制點，根據實地情況布設的六個控制點，共九個控制點，D1、D2、D3為已知的控制點，G1、G2、G3、G4、G5、G6為布設的控制點。控制點分布情況如圖1。在GNSS網的圖形布設方式上選擇的是幾何強度較高的邊連式。

3.1.1 單GPS系統

在短基線GNSS網的情形下，通過基線解算軟件處理觀測數據，單GPS系統的基線解算結果如下：

單個的GPS系統在基線處理方面并不是很理想，其中檢查狀態的基線有4條，合格的基線20條，不合格的基線3條，在Ratio值上，因為Ratio值反映的是整周未知數參數的一個可靠性，所以Ratio值越大就表示可靠性越高，單個的GPS系統中，Ratio值小于2的有7條，大于2的有20條。而RMS值為均方根誤差，其越小就表示質量越好。RMS值小于0.0055的有11條，大于0.0055的有16條?？傮w情況來看，單個的GPS系統在進行基線解算中的效果一般，并不理想。

3.1.2 單BDS系統

在短基線GNSS網的情形下，通過基線解算軟件處理觀測數據，單BDS系統的基線解算結果如下：

單BDS系統基線解算中，合格的基線有26條，不合格的基線有1條。在Ratio值上，單個的BDS系統中，Ratio值小于2的有1條，Ratio值大于2的有26條。而在RMS值上，小于0.0055的基線有11條，大于0.0055的基線有16條。從整個基線處理效果看來，單個BDS系統基線解算效果尚可。

3.1.3 GPS+BDS雙系統

在短基線GNSS網的情形下，之前分析了單個系統的基線處理情況，現在分析GPS+BDS雙系統基線解算情況結果如下：

在基線解算情況方面，GPS+BDS雙系統基線處理中，所有的基線都是合格的，沒有不合格的基線。在Ratio值方面，GPS+BDS雙系統中小于2的基線是沒有的，大于2的基線有27條。在RMS值方面，GPS+BDS雙系統中小于0.0055的基線有10條，大于0.0055的基線有17條。從整個基線解算的情況來看，GPS+BDS雙系統基線解算結果是比較理想的，效果是非常好的。

3.1.4 GPS+GLONASS雙系統

在短基線GNSS控制網中，利用GPS+GLONASS雙系統進行基線解算，具體解算結果如下：

在基線解算情況方面，其中檢查狀態的基線有3條，合格的基線有22條，不合格的基線有2條。在Ratio值上，Ratio值小于2的基線有5條，Ratio值大于2的基線有22條。在RMS值上，RMS值小于0.0055的基線有9條，RMS值大于0.0055的基線有18條。從整個基線解算情況來看，GPS+GLONASS雙系統基線處理效果不是很好。

3.1.5 GPS+BDS+GLONASS多系統

在短基線GNSS控制網中，利用GPS+BDS+GLONASS多系統進行基線解算，具體解算情況結果如下：

從結算數據可以看出來，在基線解算情況方面，GPS+BDS+GLONASS多系統的基線處理中，所有的基線都合格。在Ratio值上，Ratio值小于2的基線是沒有的，Ratio值大于2的基線有27條。在RMS值上，RMS值小于0.0055的基線有10條，RMS值大于0.0055的基線有17條。從整個基線解算情況來看，GPS+BDS+GLONASS多系統基線處理效果是非常理想的。

3.2 結論

在本次的論文中，探究對單個系統、組合多系統數據處理對比分析情況，在短基線的情形下，單GPS系統的基線處理效果是不如GPS+BDS雙系統的基線處理效果的，在GPS+BDS雙系統和GPS+GLONASS雙系統的對比分析中，由于衛星分布情況的差異，GPS+BDS雙系統的基線處理效果是要強于GPS+GLONASS雙系統的基線處理效果。而GPS+BDS+GLONASS多系統的數據處理效果同GPS+BDS雙系統的處理效果一致，在GPS+BDS雙系統中加入GLONASS系統對整體基線解算的影響并不大。從整體情況上來看，在短基線的情形下，多系統組合在基線解算方面是要優于單個系統的。

4? 總結與展望

在對GNSS多系統數據處理對比分析中，通過研究短基線數據在不同情形下的數據處理情況，并分析各自的特點作出總結。在短基線的情形下，整體情況上多系統組合的數據處理效果優于單個系統的數據處理效果，可以采用GPS+BDS雙系統組合進行基線處理。

科學技術的不斷進步與發展，不僅僅是GPS系統的不斷發展與完善，同時BDS系統也在快速地發展。多系統的組合方式不僅能夠增加可觀測衛星的數目，同時也增強了衛星的幾何構型，以后隨著衛星系統不斷發展，多系統的組合方式將被更多地應用到數據處理這一方面，在不同的情形下，根據具體的情況選擇單個系統或者合適的多系統組合，以滿足數據處理的要求。GNSS多系統數據處理已經成為了一種趨勢，不可阻擋。

參考文獻：

[1]王江林，文述生.GNSS多系統靜態基線數據的統一處理方法[J].導航定位學報，2013，1（01）：52-55.

[2]胡自全，何秀鳳.組合GNSS系統可見衛星分析[J].全球定位系統，2015，40（03）：1-5.

[3]何在勇.全球導航定位系統GNSS的技術與應用[J].科學技術創新，2018（28）：14-15.

[4]孫娟娟，王永.GNSS衛星導航系統概述[J].科技資訊，2018，16（31）：1-3，9.

[5]GB/T 18314-2009，全球定位系統（GPS）測量規范[S].

[6]CJJ/T 73-2010，衛星定位城市測量技術規范[S].

[7]孫國鵬，李建勝，郝向陽，張小東.國產GNSS數據處理軟件的比較和分析[J].全球定位系統，2017，42（01）：103-107.