應(yīng)用Bernese 5.0軟件進(jìn)行精密單點(diǎn)定位計(jì)算*

邰 賀,付 妍

(沈陽市勘察測繪研究院,遼寧沈陽110004)

0 引 言

傳統(tǒng)定位模式下用戶想要完成諸如像控點(diǎn)測量等工作,均需要布設(shè)靜態(tài)控制網(wǎng),費(fèi)時(shí)費(fèi)力,不但成本高昂,而且大大增加工期。精密單點(diǎn)定位(PPP)技術(shù)是目前國際上高精度研究的熱點(diǎn)技術(shù),采用該模式,用戶只需要在預(yù)選控制點(diǎn)位上觀測一段時(shí)間,就可以得到高精度的坐標(biāo)信息,從而避免了布設(shè)常規(guī)靜態(tài)控制網(wǎng)的工作。Bernese軟件是目前廣泛使用的高精度GNSS科研型定位解算軟件[1],能夠提供源代碼,并為可視化界面操作。其內(nèi)部提供非差解算(PPP)模塊,可以實(shí)現(xiàn)高精度精密單點(diǎn)定位解算。

1 軟件操作流程

流程大致分為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、解算準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)解算和成果評定共4個(gè)部分:

1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段主要是準(zhǔn)備相關(guān)的外部文件,包括電離層文件、極點(diǎn)文件、碼偏差表文件、精密星歷文件、精密鐘差文件、原始數(shù)據(jù)文件、板塊運(yùn)動文件、站點(diǎn)信息文件、參考坐標(biāo)文件、速度場文件、潮汐文件等。其中大部分文件可以通過Berne的匿名FTP下載獲得。

2)解算準(zhǔn)備主要是一些設(shè)置部分。因?yàn)锽ernese 5.0軟件在解算中顧及各種誤差,比如對流層延遲誤差、衛(wèi)星軌道誤差、地球固體潮等,所以需要在相關(guān)的設(shè)置文件中進(jìn)行設(shè)置。一些誤差可以通過模型進(jìn)行估計(jì),另外一些可以通過差分消除。

3)數(shù)據(jù)解算主要是進(jìn)行包括差分解算以及PPP解算等。因?yàn)镚PS定位主要是要求出地面上的待求點(diǎn)的位置,一般情況下都是基于某一個(gè)框架以及某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的。目前經(jīng)常使用的框架包括IT RF97、ITRF00、ITRF05等[2],常用的歷元包括2000.0、瞬時(shí)歷元等。計(jì)算時(shí)需要根據(jù)需要選擇合適的坐標(biāo)框架和歷元,從而基于該框架和歷元下的點(diǎn)位坐標(biāo)。

4)成果評定部分主要是看生成的報(bào)表。一般情況下主要查看結(jié)算殘差文件、定位摘要文件等,查看解算指標(biāo)是否超限,分析原因等。

目前Bernese軟件提供了高效率的處理引擎BPE,只需要設(shè)置好選項(xiàng),就可以進(jìn)行各種解算的批處理工作,非常方便,在實(shí)際解算中經(jīng)常采用這種方式。

2 BPE架構(gòu)

BPE的部分采用Perl編寫的,是一個(gè)獨(dú)立的模塊,采用了C/S結(jié)構(gòu),有交互式和非交互式兩種模式可以選擇[4]。目前在實(shí)際使用中主要采用交互式方式,這樣便于實(shí)時(shí)分析。

BPE的實(shí)現(xiàn)主要依靠 4個(gè) PCF控制文件:PPP.PCF、RNX2SNX.PCF、CLK.PCF以及BASTST.PCF[3]。在這些控制文件中,定義了某種解算方式需要調(diào)用的各種命令和腳本的順序,具體的含義如下:

PPP.PCF:主要是估計(jì)各個(gè)點(diǎn)位的坐標(biāo)以及估計(jì)各種參數(shù),如對流層誤差以及接收機(jī)鐘誤差等(估計(jì)的間隔可以在控制文件中設(shè)定)。

RNX2SNX.PCF:根據(jù)原始觀測值(已經(jīng)轉(zhuǎn)換成RINEX標(biāo)準(zhǔn)格式)估計(jì)測站的坐標(biāo)以及各種解算參數(shù),同時(shí)形成法方程,進(jìn)而可以求出測站的點(diǎn)位速度場等參數(shù),同時(shí)將解算的結(jié)果以SINEX的標(biāo)準(zhǔn)格式輸出。

CLK.PCF:根據(jù)網(wǎng)內(nèi)的原始觀測值和星歷文件,計(jì)算接收機(jī)鐘差和衛(wèi)星鐘差,并且單獨(dú)的生成一個(gè)文件,格式是Rinex格式,同時(shí)還可以對原始觀測文件進(jìn)行一些處理,比如存在較大觀測盲段的計(jì)算會被自動放棄,以及出現(xiàn)殘差的時(shí)候也同樣自動放棄等等。

BASTST.PCF:差分模式下的基線解算,所使用的信息可以由以上的3個(gè)PCF控制文件所生成的文件組成,處理結(jié)果包括報(bào)表等。BPE處理的流程圖如圖1所示:

圖1 BPE引擎處理流程圖

3 解算實(shí)例

我們采用Bernese 5.0軟件計(jì)算了沈陽市勘察測繪研究院所建立的CORS基準(zhǔn)站的觀測數(shù)據(jù),時(shí)段長為24小時(shí),采樣率為30 s.采用其中一個(gè)站點(diǎn)(位于全網(wǎng)重心位置)作為已知站點(diǎn),其余6個(gè)站點(diǎn)作為未知站點(diǎn),利用PPP解算6個(gè)未知站點(diǎn)的地心坐標(biāo),與差分模式解算出的6個(gè)未知站點(diǎn)的地心坐標(biāo)進(jìn)行對比,并計(jì)算出平均定位誤差,計(jì)算結(jié)果如表1所示:

表1 PPP模式與差分模式定位結(jié)果差異表

從以上數(shù)據(jù)可以看出,采用Bernese軟件的PPP解算模式,其解算結(jié)果與差分模式的解算結(jié)果的差異在幾個(gè)厘米,完全可以滿足高精度定位的需求。

4 結(jié) 論

Bernese 5.0由于其既能進(jìn)行精密單點(diǎn)定位的解算又能進(jìn)行差分解算,同時(shí)具備速度快精度高等優(yōu)點(diǎn),在國內(nèi)外諸多項(xiàng)目中得到了廣泛的應(yīng)用。在目前建立區(qū)域CORS網(wǎng)費(fèi)用高昂的情況下,很多單位都選擇建立單基準(zhǔn)站的方式,由于不能獲取精確的地心坐標(biāo),通常都采用單點(diǎn)定位坐標(biāo)作為基準(zhǔn),如果將該網(wǎng)合并入整個(gè)區(qū)域的參考站網(wǎng)絡(luò)[5],在重新全網(wǎng)解算成本高昂、不便于短時(shí)間內(nèi)完成的前提下,會出現(xiàn)結(jié)果不匹配的情況。采用Bernese 5.0軟件的精密單點(diǎn)定位模式,就可以在不聯(lián)測IGS站點(diǎn)的情況下,獲得高精度的指定框架和歷元下的坐標(biāo),是目前各個(gè)城市單基準(zhǔn)站合并入CORS網(wǎng)簡便快捷的方式,具有很大的實(shí)際應(yīng)用意義。

[1] 過靜珺,王 麗,張 鵬.國內(nèi)外連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)新進(jìn)展和應(yīng)用展望[J].全球定位系統(tǒng),2008,33(1):1-10.

[2] 李征航,黃勁松,GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢,武漢大學(xué)出版社,2005.

[3] 周 利,匡翠林.Bernese高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件介紹及其應(yīng)用實(shí)例[J].測繪與空間地理信息,2007,30(5):110-113.

[4] 孟 黎,徐 杰,任 超.Bernese GPS 4.2版本數(shù)據(jù)處理軟件的使用以及常見錯誤分析[J].全球定位系統(tǒng),2007,32(3):42-46.

[5] 劉經(jīng)南,劉 暉.建立我國衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)的若干思考[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào).信息科學(xué)版,2003(S1):27-31.