基于Bernese軟件的CORS網(wǎng)基線解算＊

紀(jì)冬華，郭 英，3，李國偉，劉景瑞，彭福國

（1．山東科技大學(xué)測繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590；2．海島（礁）測繪技術(shù)國家測繪局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266590；3．中國測繪科學(xué)研究院，北京100830）

0 引 言

連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站系統(tǒng)（CORS）由空中GNSS衛(wèi)星、地面基準(zhǔn)站和控制中心3部分組成。其定位方式多采用網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)（NRTK），即系統(tǒng)將地面的基準(zhǔn)站點(diǎn)構(gòu)成相應(yīng)的三角網(wǎng)絡(luò)，通過處理網(wǎng)絡(luò)觀測數(shù)據(jù)，估計(jì)基準(zhǔn)站之間的空間相關(guān)誤差，并采用一定的內(nèi)插方法，提供用戶所在位置的空間相關(guān)誤差，以實(shí)現(xiàn)用戶較高精度的定位［1］。

目前，高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件主要有:美國麻省理工學(xué)院（MIT）和加州大學(xué)圣地亞哥分校Scripps海洋研究所（SIO）研制的 GAMIT／GLOBK，瑞士BERNE大學(xué)研制的Bernese軟件和美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)精密單點(diǎn)定位。與一般隨機(jī)軟件相比，三種軟件都顧及了GPS測量中各項(xiàng)誤差的影響，其解算結(jié)果能更好地滿足生產(chǎn)實(shí)際需求。因此，被廣泛應(yīng)用于GPS衛(wèi)星定軌以及長基線、大面積的定位應(yīng)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(xué)天文研究所研究開發(fā)的GPS數(shù)據(jù)處理軟件，其用戶界面友好，模塊條理清晰，內(nèi)嵌有圖形軟件，功能強(qiáng)大。該軟件大約由100個(gè)數(shù)據(jù)處理程序和100個(gè)菜單程序組成，包括1 000個(gè)子程序和函數(shù)，源代碼有300 000行左右。程序語言是FORTRAN 77，ADDNEQ2等，個(gè)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(qiáng)大的功能，它的一些主要功能為:

1）既可用非差方法進(jìn)行單點(diǎn)定位，又可用雙差方法進(jìn)行整網(wǎng)平差；

2）可處理中小型、大型乃至全球的GPS網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)高精度定位；

3）組合處理GPS和GLONASS觀測數(shù)據(jù)，還可以處理SLR數(shù)據(jù)；

4）估計(jì)太陽光壓參數(shù)；

5）估計(jì)衛(wèi)星或者接收機(jī)的鐘差，以實(shí)現(xiàn)時(shí)間傳遞和頻率轉(zhuǎn)換；

6）監(jiān)測電離層、對流層的變化；

7）實(shí)現(xiàn)低軌衛(wèi)星、GPS衛(wèi)星的精密定軌，以及求解地球自轉(zhuǎn)參數(shù)；

8）對法方程或者SINEX文件進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合，反演更精確的求解參數(shù)。

1．2 靜態(tài)基線解算流程

Bernese軟件進(jìn)行基線解算時(shí)以最穩(wěn)定的測站做主差，其生成獨(dú)立基線的方法有多種，本實(shí)例中以構(gòu)成單差觀測值數(shù)量最多OBS－MAX為原則生成獨(dú)立基線。基線解算過程中，需對各項(xiàng)誤差進(jìn)行模型改正，包括影響較小的地球物理效應(yīng)（極移、歲差、章動、潮汐等）。衛(wèi)星軌道采用9參數(shù)光壓模型，接收機(jī)鐘差利用改正后的衛(wèi)星位置和偽距觀測值計(jì)算而得，對流層采用Saastamoinen模型，映射函數(shù)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(jié)合CORS網(wǎng)基線解算實(shí)例，圖1示出了Bernese軟件雙差數(shù)據(jù)處理流程。

圖1 Bernese軟件雙差數(shù)據(jù)處理流程

2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及處理結(jié)果分析

2．1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

數(shù)據(jù)選取2009年8月4日（年積日216）某省CORS網(wǎng)部分站點(diǎn)的24h觀測數(shù)據(jù)，其接收機(jī)均為Trimble netr5，數(shù)據(jù)包括雙頻載波相位和C1碼、P2碼觀測值。其CORS站點(diǎn)的點(diǎn)位示意圖如圖2所示。

2．2 TEQC數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測

TEQC是一個(gè)操作簡單但功能強(qiáng)大的GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件，主要包含數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)編輯和數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測三個(gè)功能，采用數(shù)據(jù)質(zhì)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(jì)算出L1、L2觀測量的多路徑效應(yīng)、電離層對相位的影響、電離層延遲的變化及接收機(jī)的鐘漂和周跳等，采用MP1、MP2、O／SLPS三個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)反映數(shù)據(jù)質(zhì)量，根據(jù)IGS跟蹤站的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，三指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)分別為:MP1＜0．5、MP2＜0．75，O／SLPS＞100［6］．

圖2 CORS站點(diǎn)的點(diǎn)位示意圖

基線解算前，利用TEQC軟件對CORS網(wǎng)各站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核，其中檢核的MP1值因CORS網(wǎng)各站點(diǎn)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(jì)算而得，各測站檢核結(jié)果如表1所示。

表1 區(qū)域CORS網(wǎng)站點(diǎn)的TEQC質(zhì)量檢核結(jié)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(yīng)的影響均較??；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(wǎng)大部分測站觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，觀測環(huán)境也較理想。

2．3 基線解算結(jié)果及分析

分別使用Bernese軟件和GAMIT軟件對該CORS網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算時(shí)，均采用ITRF2000參考框架及相同的衛(wèi)星精密星歷，其采樣間隔及截止高度角分別設(shè)置為30s和10°，基線解算前，先利用Bernese軟件對各測站進(jìn)行精密單點(diǎn)定位，并將此定位結(jié)果作為先驗(yàn)坐標(biāo)進(jìn)行基線解算。按照坐標(biāo)分量（Xi、Yi、Zi），對 Bernese的解算結(jié)果和GAMIT的結(jié)果進(jìn)行對比，比較結(jié)果如表2所示。兩種軟件進(jìn)行基線解算時(shí)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(biāo)及RMS值比較

為了更好地比較兩種軟件的結(jié)果差異，將其結(jié)果可視化，如圖3，4所示。

圖3 兩種軟件解算坐標(biāo)（X方向）比較

由表3可知，GAMIT雙差解的最后點(diǎn)位坐標(biāo)和初始坐標(biāo)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(yùn)用Bernese軟件進(jìn)行基線解算，其精度較高。

圖4 兩種軟件解算坐標(biāo)中誤差（X方向）比較

3 結(jié) 論

1）通過TEQC軟件對CORS網(wǎng)各測站觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢核，便于對基線解算后各點(diǎn)位精度的分析，本實(shí)例中若QHBD站觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，其基線解算精度將有進(jìn)一步提高；

2）實(shí)例中GAMIT雙差解的最后點(diǎn)位坐標(biāo)較Bernese更接近于初始坐標(biāo)（Bernese單點(diǎn)定位結(jié)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(diǎn)定位精度較差，故將之作為初始坐標(biāo)并不十分準(zhǔn)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(jìn)行結(jié)果分析；

3）實(shí)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(jìn)行雙差基線解算時(shí)，其參數(shù)設(shè)置有所差異；采用的數(shù)學(xué)模型也不盡相同，故解算結(jié)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(shí)際進(jìn)行周跳探測時(shí)，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(biāo)．基于DTIN的CORS基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造算法［J］．大地測量與地球動力學(xué)，2010，30（6）:108－111．

［2］ 李征航，張小紅．衛(wèi)星導(dǎo)航定位新技術(shù)及高精度數(shù)據(jù)處理方法［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2009．

［3］ HUGENTOBLER U，SCHAER S，F(xiàn)RIDEZ 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(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）: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(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測研究［J］．測繪通報(bào)，2008（9）:6－9．