應(yīng)用GAMIT－GLOBK軟件進(jìn)行高精度GPS控制網(wǎng)解算＊

包 晗，邰 賀

（沈陽(yáng)市勘察測(cè)繪研究院，遼寧 沈陽(yáng)110004）

0 引 言

GAMIT－GLOBK軟件是美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）與圣迭哥海洋研究所（Scirpps）研制的數(shù)據(jù)處理軟件。其特點(diǎn)是運(yùn)算速度快、版本更新周期短以及在精度許可范圍內(nèi)自動(dòng)化處理程度高等，因此應(yīng)用相當(dāng)廣泛，計(jì)算的基線(xiàn)相對(duì)精度均優(yōu)于10－7，平差后最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差精度為厘米級(jí)［1］，廣泛應(yīng)用于城市級(jí)的控制網(wǎng)建立工程中。介紹如何應(yīng)用GAMIT－GLOBK軟件對(duì)沈陽(yáng)市市級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)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(xiàn)解算，GLOBK主要完成網(wǎng)平差的功能［2］。

GAMIT主要由以下幾個(gè)程序構(gòu)成:ARC（軌道積分）、MODEL（觀測(cè)方程構(gòu)建）、SINCLN（單差自動(dòng)修復(fù)周跳）、DBCLN（雙差自動(dòng)修復(fù)周跳）、CVIEW（交互式修復(fù)周跳）、SOLVE（最小二乘求解）、CFMRG（增加具體的說(shuō)明）等。通過(guò)使用MAKEX，可將RINEX格式的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GAMIT所采用的數(shù)據(jù)格式文件，生成誤差方程系數(shù)（即偏導(dǎo)數(shù)）與常數(shù)項(xiàng)主要用于數(shù)據(jù)分析，解算完成 后 得 到 O－file、Q－file 文 件 以 及 用 于 后 續(xù)GLOBK軟件的H－file文件。

GLOBK模塊為美國(guó)斯克里普斯海洋研究所（SIO）和哈佛大學(xué)（Harvard University）共同研究開(kāi)發(fā)，其基本功能實(shí)現(xiàn)基線(xiàn)平差（卡爾曼濾波），能夠?qū)⒉煌蟮販y(cè)量觀測(cè)手段得到的解（比如GPS，VLBI及SLR）合并得到統(tǒng)一框架下的結(jié)果以及速度場(chǎng)。

2 解算準(zhǔn)備

應(yīng)用GAMIT進(jìn)行基線(xiàn)解算時(shí)需要考慮多種誤差影響，例如鐘差改正、電離層折射改正、對(duì)流層折射的大氣參數(shù)模型改正以及光壓模型改正等［3］，需要準(zhǔn)備各項(xiàng)Tables表，主要包括 :

leap．sec （跳 秒 文 件）；luntab （月 亮 歷 表）；soltab（太陽(yáng)歷表）；L－file（近似坐標(biāo)文件）；pole（極移參數(shù)）；nultab（攝動(dòng)歷表）；ut1（國(guó)際時(shí)間系統(tǒng)）；潮汐表等，確保以上文件都更新到最新的狀態(tài)，尤其是L－file，其對(duì)于解算結(jié)果有一定影響。將原始觀測(cè)文件轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)RINEX格式，并確定天線(xiàn)類(lèi)型以及量高方式。按照軟件的解算要求建立相應(yīng)的文件目錄，將精密星歷文件、RINEX觀測(cè)文件、導(dǎo)航星歷文件等拷貝至相應(yīng)的目錄下。設(shè)置好控制文件sittbl以及session文件。

3 基線(xiàn)處理

首先進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括周跳探測(cè)與修復(fù)，軌道構(gòu)建等過(guò)程。

解算分為三個(gè)階段進(jìn)行:第一階段，進(jìn)行初始平差，解算模糊度參數(shù)和基線(xiàn)向量的實(shí)數(shù)解（浮動(dòng)解）；第二階段是將模糊度固定成整數(shù)；第三階段是將固定的整數(shù)模糊度作為已知值，僅將待定的測(cè)站坐標(biāo)作為未知參數(shù)，再次平差解算，解出基線(xiàn)向量的最終解［4］。

GAMIT提供腳本操作，即按照相應(yīng)的目錄構(gòu)建完畢后，使用Sh＿gamit語(yǔ)句，遵照設(shè)定語(yǔ)法進(jìn)行語(yǔ)句的編寫(xiě)并執(zhí)行，即可完成自動(dòng)解算過(guò)程，僅需要少量人工干預(yù)，結(jié)果包括h－file等GLOBK需要的各種文件。

4 網(wǎng)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(zhuǎn)換成二進(jìn)制格式，用l s生成gdl文件，準(zhǔn)備好apr文件，globk和glorg命令文件，并做好命令文件的相關(guān)設(shè)置。需要注意的是使用globk進(jìn)行平差，得到每天的坐標(biāo)prt文件，上述坐標(biāo)結(jié)果其內(nèi)部幾何性很好，但是每天坐標(biāo)框架的浮動(dòng)都很大，需要把每天的解都統(tǒng)一到同一框架（如ITRF框架）中。運(yùn)行g(shù)lred命令，自動(dòng)激發(fā)globk和glorg。前者進(jìn)行平差，得到每天坐標(biāo)的prt文件。后者得到ITRF坐標(biāo)的org文件。

如果平差結(jié)果不理想，用plotcrd把時(shí)間序列輸出到屏幕，發(fā)現(xiàn)有粗差后剔除并返回到Gamit重新解算該天基線(xiàn)之后再進(jìn)行平差，直到得到理想結(jié)果。

5 實(shí)際算例

沈陽(yáng)市控制網(wǎng)框架由沈陽(yáng)市連續(xù)運(yùn)行參考站7個(gè)站點(diǎn)、3個(gè)國(guó)際IGS跟蹤站站點(diǎn)以及覆蓋沈陽(yáng)市的5個(gè)中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站組成。采用該框架建立實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，連續(xù)觀測(cè)7天，單天觀測(cè)24h，采樣率為15s，衛(wèi)星高度截止角0°．框架網(wǎng)的網(wǎng)圖如圖1所示。

基線(xiàn)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(shí)所采用的參考框架ITRF2005，參考?xì)v元為瞬時(shí)歷元2008．7 145（對(duì)應(yīng)時(shí)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(wǎng)的基準(zhǔn)。解算以同步時(shí)段為單位進(jìn)行，并顧及以下因素:

圖1 框架網(wǎng)的網(wǎng)圖

1）星鐘差的模型改正（用廣播星歷中的鐘差參數(shù)）；

2）接收機(jī)鐘差的模型改正（用根據(jù)偽距觀測(cè)值計(jì)算出的鐘差）；

3）電離層折射影響用LC觀測(cè)值消除；

4）對(duì)流層折射根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣模型用薩斯坦莫寧模型改正，采用分段線(xiàn)性的方法估算折射量偏差數(shù)；

5）衛(wèi)星和接收機(jī)天線(xiàn)相位中心改正，接收機(jī)天線(xiàn)L1、L2相位中心偏差采用GAMIT軟件的設(shè)定值；

6）測(cè)站位置的潮汐改正；

7）衛(wèi)星截止高度角為15°，歷元間隔為30s；

8）所有GPS站的基線(xiàn)解算均歸算到測(cè)站標(biāo)石中心。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，框架網(wǎng)含重復(fù)基線(xiàn)45條，基線(xiàn)分量重復(fù)性統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 基線(xiàn)向量重復(fù)性統(tǒng)計(jì)表

由于GAMIT采用的是網(wǎng)解，其同步環(huán)閉合差在基線(xiàn)解算時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了分配，因此，基線(xiàn)同步環(huán)的閉合差為0．對(duì)于同步環(huán)檢核，可以將解的nrms值作為同步環(huán)質(zhì)量好壞的一個(gè)指標(biāo)，一般要求nrms＜0．5．本網(wǎng)計(jì)算的同步時(shí)段，nrms均小于0．25，表明整網(wǎng)的整體外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量較高，基線(xiàn)解的精度較好。

異步環(huán)閉合差主要反映整個(gè)外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量和基線(xiàn)解算質(zhì)量的可靠性，相對(duì)于同步環(huán)閉合差，異步環(huán)閉合差對(duì)GPS成果質(zhì)量更為重要［5］。本網(wǎng)異步環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 異步環(huán)閉合差統(tǒng)計(jì)表

全部異步環(huán)閉合差均小于1／3限差值，表明框架網(wǎng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，基線(xiàn)處理結(jié)果可靠。

三維平差在ITRF2005瞬時(shí)坐標(biāo)框架下完成，通過(guò)約束IGS站點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)，獲取框架網(wǎng)在國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)成果。評(píng)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)表如表3所示。

表3 平差精度統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)平差精度可以看出，所有點(diǎn)位的三維分量精度均在毫米級(jí)，表明整網(wǎng)的平差精度很高。

6 結(jié) 論

GAMIT－GLOBK軟件作為高精度定位解算的基線(xiàn)處理軟件對(duì)于大數(shù)據(jù)量的觀測(cè)來(lái)講，具有運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，尤其是對(duì)于長(zhǎng)基線(xiàn)的計(jì)算，其精度非常高。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，說(shuō)明了在城市級(jí)大型控制網(wǎng)建立過(guò)程中采用該軟件，在精度上完全可以滿(mǎn)足規(guī)范的要求。

［1］ 劉大杰，施一民，過(guò)靜珺．全球定位系統(tǒng)的原理與數(shù)據(jù)處理［M］．上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1996．

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

［3］ 國(guó)家測(cè)繪局．全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范 GB／T18314－2009（5）［S］．中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009．

［4］ 劉國(guó)深，詹錦祥．城市平面坐標(biāo)系與GPS二維約束的參數(shù)問(wèn)題討論［J］．全球定位系統(tǒng)2007，33（3）:30－34．

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