湖南某高校GNSS多系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理對(duì)比分析

鄒凡

摘要：現(xiàn)如今，科技水平有著非常大的提高，GNSS多系統(tǒng)技術(shù)飛速發(fā)展。本次論文探討了GNSS多系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理這一方面，分別在短基線條件下對(duì)比分析了單個(gè)GPS系統(tǒng)、單個(gè)BDS系統(tǒng)、GPS+BDS雙系統(tǒng)、GPS+GLONASS雙系統(tǒng)、GPS+BDS+GLONASS多系統(tǒng)，基線處理結(jié)果表明，在一定的條件下，多系統(tǒng)與單個(gè)系統(tǒng)相比，多系統(tǒng)是占有一定優(yōu)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(guān)鍵詞：GNSS;對(duì)比分析;組合系統(tǒng)

Key words： GNSS;comparison and analysis;combined system

中圖分類號(hào)：P228.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）31-0220-02

0? 引言

GNSS系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)深刻地改變了人們的生活方式，在GPS系統(tǒng)、BDS系統(tǒng)等衛(wèi)星系統(tǒng)都得到了完善和發(fā)展的情形下，對(duì)于GNSS多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理就顯得非常迫切和重要了[1]。

通過研究不同衛(wèi)星系統(tǒng)之間的組合情況，以此來獲得精度更高的數(shù)據(jù)，從而得到在一定條件下的一個(gè)合適組合[2，3]。

本次論文研究了短基線情形下三種不同衛(wèi)星系統(tǒng)的組合情況，衛(wèi)星組合系統(tǒng)有GPS+BDS、GPS+GLONASS、GPS+BDS+GLONASS這三種不同組合系統(tǒng)。比較單個(gè)系統(tǒng)和多系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)處理結(jié)果，分析單個(gè)系統(tǒng)和多系統(tǒng)之間的精度指標(biāo)，得出一個(gè)在一定條件下合適的系統(tǒng)組合，并對(duì)此作出相應(yīng)的總結(jié)。

1? 衛(wèi)星系統(tǒng)概況

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)即GNSS系統(tǒng)，GNSS系統(tǒng)是具有泛指意義的，指的是全部的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GNSS系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域上都有著不可小看的作用[14]。單個(gè)的系統(tǒng)中，衛(wèi)星的可見性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對(duì)而言是比較低的，組合情況下的GNSS系統(tǒng)在一定程度上提高了可見衛(wèi)星的數(shù)量[4]。

在現(xiàn)有GNSS導(dǎo)航中，主要有美國的GPS系統(tǒng)，在標(biāo)準(zhǔn)配置的情況下，GPS衛(wèi)星數(shù)個(gè)數(shù)為24顆，6個(gè)分布軌道，軌道面傾角為55°，衛(wèi)星軌道高度為20180千米，衛(wèi)星運(yùn)行周期為11時(shí)58分。

其次是中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)即BDS系統(tǒng)，在BDS系統(tǒng)中，有兩類衛(wèi)星，一個(gè)是傾斜地球同步軌道衛(wèi)星IGSO衛(wèi)星，另一個(gè)是地球靜止軌道衛(wèi)星MEO衛(wèi)星，IGSO和MEO的衛(wèi)星分布軌道數(shù)都為3個(gè)，衛(wèi)星軌道面傾角都為55°，在衛(wèi)星軌道高度方面，IGSO的衛(wèi)星軌道高度為36000千米，MEO的衛(wèi)星軌道高度為215000千米。

還有俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)即GLONASS系統(tǒng)，在GLONASS系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)配置下有24顆衛(wèi)星，同時(shí)有3個(gè)衛(wèi)星分布軌道，衛(wèi)星軌道面傾角為64.8°，衛(wèi)星軌道高度為19130千米，衛(wèi)星運(yùn)行周期為11時(shí)15分40秒。

2? 技術(shù)要求和處理軟件介紹

2.1 技術(shù)要求

技術(shù)設(shè)計(jì)是進(jìn)行其他工作前最基本的步驟，在實(shí)驗(yàn)過程中，其控制的技術(shù)和GPS網(wǎng)的精度都要嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

在GNSS控制網(wǎng)的技術(shù)要求中，二、三、四等網(wǎng)相鄰點(diǎn)的最小距離不應(yīng)小于平均距離的1/2。相鄰點(diǎn)的最大距離不應(yīng)超過平均距離的2倍[5，6];一、二級(jí)網(wǎng)的距離可以在上述的基礎(chǔ)上放寬一倍。當(dāng)邊長小于200米時(shí)，邊長中誤差應(yīng)小于正負(fù)2厘米。

2.2 GNSS數(shù)據(jù)處理軟件

本次進(jìn)行GNSS數(shù)據(jù)處理采用的是華測CGO2.0版的軟件，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，首先新建工程，并且設(shè)置好相關(guān)屬性，其中根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)、中央子午線以及投影方式。然后導(dǎo)入需要處理的GNSS數(shù)據(jù)，隨后進(jìn)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(huán)合格才能進(jìn)行下一步[7]，最后就是網(wǎng)平差得出平差報(bào)告。

3? 數(shù)據(jù)對(duì)比分析與結(jié)論

3.1 短基線數(shù)據(jù)對(duì)比分析

本次的短基線數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)為湖南某學(xué)院新校區(qū)周圍，布設(shè)的控制網(wǎng)為GNSS一級(jí)控制網(wǎng)（見圖1）。在數(shù)據(jù)采集方面，所選用的儀器是華測GNSS接收機(jī)。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(shí)長為50分鐘左右。其中有已知的三個(gè)控制點(diǎn)，根據(jù)實(shí)地情況布設(shè)的六個(gè)控制點(diǎn)，共九個(gè)控制點(diǎn)，D1、D2、D3為已知的控制點(diǎn)，G1、G2、G3、G4、G5、G6為布設(shè)的控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)分布情況如圖1。在GNSS網(wǎng)的圖形布設(shè)方式上選擇的是幾何強(qiáng)度較高的邊連式。

3.1.1 單GPS系統(tǒng)

在短基線GNSS網(wǎng)的情形下，通過基線解算軟件處理觀測數(shù)據(jù)，單GPS系統(tǒng)的基線解算結(jié)果如下：

單個(gè)的GPS系統(tǒng)在基線處理方面并不是很理想，其中檢查狀態(tài)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?yàn)镽atio值反映的是整周未知數(shù)參數(shù)的一個(gè)可靠性，所以Ratio值越大就表示可靠性越高，單個(gè)的GPS系統(tǒng)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(zhì)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(gè)的GPS系統(tǒng)在進(jìn)行基線解算中的效果一般，并不理想。

3.1.2 單BDS系統(tǒng)

在短基線GNSS網(wǎng)的情形下，通過基線解算軟件處理觀測數(shù)據(jù)，單BDS系統(tǒng)的基線解算結(jié)果如下：

單BDS系統(tǒng)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(gè)的BDS系統(tǒng)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(gè)基線處理效果看來，單個(gè)BDS系統(tǒng)基線解算效果尚可。

3.1.3 GPS+BDS雙系統(tǒng)

在短基線GNSS網(wǎng)的情形下，之前分析了單個(gè)系統(tǒng)的基線處理情況，現(xiàn)在分析GPS+BDS雙系統(tǒng)基線解算情況結(jié)果如下：

在基線解算情況方面，GPS+BDS雙系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中小于0.0055的基線有10條，大于0.0055的基線有17條。從整個(gè)基線解算的情況來看，GPS+BDS雙系統(tǒng)基線解算結(jié)果是比較理想的，效果是非常好的。

3.1.4 GPS+GLONASS雙系統(tǒng)

在短基線GNSS控制網(wǎng)中，利用GPS+GLONASS雙系統(tǒng)進(jìn)行基線解算，具體解算結(jié)果如下：

在基線解算情況方面，其中檢查狀態(tài)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(gè)基線解算情況來看，GPS+GLONASS雙系統(tǒng)基線處理效果不是很好。

3.1.5 GPS+BDS+GLONASS多系統(tǒng)

在短基線GNSS控制網(wǎng)中，利用GPS+BDS+GLONASS多系統(tǒng)進(jìn)行基線解算，具體解算情況結(jié)果如下：

從結(jié)算數(shù)據(jù)可以看出來，在基線解算情況方面，GPS+BDS+GLONASS多系統(tǒng)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(gè)基線解算情況來看，GPS+BDS+GLONASS多系統(tǒng)基線處理效果是非常理想的。

3.2 結(jié)論

在本次的論文中，探究對(duì)單個(gè)系統(tǒng)、組合多系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理對(duì)比分析情況，在短基線的情形下，單GPS系統(tǒng)的基線處理效果是不如GPS+BDS雙系統(tǒng)的基線處理效果的，在GPS+BDS雙系統(tǒng)和GPS+GLONASS雙系統(tǒng)的對(duì)比分析中，由于衛(wèi)星分布情況的差異，GPS+BDS雙系統(tǒng)的基線處理效果是要強(qiáng)于GPS+GLONASS雙系統(tǒng)的基線處理效果。而GPS+BDS+GLONASS多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理效果同GPS+BDS雙系統(tǒng)的處理效果一致，在GPS+BDS雙系統(tǒng)中加入GLONASS系統(tǒng)對(duì)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(tǒng)組合在基線解算方面是要優(yōu)于單個(gè)系統(tǒng)的。

4? 總結(jié)與展望

在對(duì)GNSS多系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理對(duì)比分析中，通過研究短基線數(shù)據(jù)在不同情形下的數(shù)據(jù)處理情況，并分析各自的特點(diǎn)作出總結(jié)。在短基線的情形下，整體情況上多系統(tǒng)組合的數(shù)據(jù)處理效果優(yōu)于單個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理效果，可以采用GPS+BDS雙系統(tǒng)組合進(jìn)行基線處理。

科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，不僅僅是GPS系統(tǒng)的不斷發(fā)展與完善，同時(shí)BDS系統(tǒng)也在快速地發(fā)展。多系統(tǒng)的組合方式不僅能夠增加可觀測衛(wèi)星的數(shù)目，同時(shí)也增強(qiáng)了衛(wèi)星的幾何構(gòu)型，以后隨著衛(wèi)星系統(tǒng)不斷發(fā)展，多系統(tǒng)的組合方式將被更多地應(yīng)用到數(shù)據(jù)處理這一方面，在不同的情形下，根據(jù)具體的情況選擇單個(gè)系統(tǒng)或者合適的多系統(tǒng)組合，以滿足數(shù)據(jù)處理的要求。GNSS多系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理已經(jīng)成為了一種趨勢，不可阻擋。

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