Trimble Business Center基線解算設(shè)置控制參數(shù)分析

（中鐵十局集團(tuán)第八工程有限公司，天津 300000）

Trimble系列接收機(jī)在測(cè)繪行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，其數(shù)據(jù)處理軟件為T(mén)rimble Business Center，是一款功能強(qiáng)大性能穩(wěn)定的測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件。

本文就TBC的GNSS數(shù)據(jù)處理的功能模塊中的基線設(shè)置進(jìn)行討論，有效消除和減弱各種誤差，以提升基線解算的性能。

1 Trimble R8-4 GNSS接收機(jī)和Trimble Business Center簡(jiǎn)介

Trimble R8-4 GNSS接收機(jī)是美國(guó)天寶公司生產(chǎn)的全星座GNSS接收機(jī)，Trimble R8-4集成了Trimble 360全星座衛(wèi)星跟蹤技術(shù)，支持來(lái)自所有現(xiàn)有和計(jì)劃的星座以及增強(qiáng)系統(tǒng)的信號(hào)。

Trimble R8-4包括兩個(gè)集成Maxwell?6芯片和440個(gè)GNSS通道，可跟蹤各種衛(wèi)星系統(tǒng)，包括GPS、GLONASS、Galileo、北斗和QZSS。Trimble R8-4 GNSS是一款性能穩(wěn)定的GNSS接收機(jī)。

Trimble Business Center：Trimble Business Center（下文簡(jiǎn)稱TBC）是其配套的商用GNSS基線解算軟件，可以完成GNSS靜態(tài)數(shù)據(jù)的檢查、處理、平差等工作，還可以完成GNSS基線和RTK數(shù)據(jù)超快速的處理。全面支持GNSS觀測(cè)、全站儀、水準(zhǔn)儀和空間測(cè)站儀關(guān)于光學(xué)設(shè)備的數(shù)據(jù)導(dǎo)入、平差及其他處理，快速準(zhǔn)確地完成表面建模、各種通道模型設(shè)計(jì)和計(jì)算、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、航空影像數(shù)據(jù)處理，用于創(chuàng)建和導(dǎo)出圖形的要素代碼處理以及各種數(shù)據(jù)處理的報(bào)告。近年來(lái)，TBC為了貼合中國(guó)市場(chǎng)，增加了GNSS控制網(wǎng)中國(guó)式網(wǎng)平差報(bào)告，可更好地完成相應(yīng)的處理工作，改善測(cè)繪行業(yè)各方面的不足。

TBC隨著空間定位技術(shù)的發(fā)展和多星座的建設(shè)，TBC基線解算的核心算法歷經(jīng)迭代，始終保持優(yōu)良的解算性能。TBC是一款優(yōu)秀的測(cè)繪行業(yè)處理軟件。

2 GNSS靜態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)處理流程

經(jīng)外業(yè)采集回的GNSS靜態(tài)觀測(cè)原始數(shù)據(jù)，應(yīng)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)傳輸、格式轉(zhuǎn)換、基線解算、網(wǎng)平差等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，確定地面控制點(diǎn)的空間位置。

GNSS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 GNSS數(shù)據(jù)處理流程

3 基線解算流程中基線解算設(shè)置控制參數(shù)分析

在GNSS數(shù)據(jù)處理的流程中，基線解算環(huán)節(jié)是GNSS數(shù)據(jù)處理流程中重要環(huán)節(jié)，基線解算質(zhì)量是影響網(wǎng)平差質(zhì)量的關(guān)鍵性因素?；€解算的過(guò)程包括：導(dǎo)入觀測(cè)數(shù)據(jù)、檢查和修改外業(yè)輸入數(shù)據(jù)、設(shè)定基線解算的控制參數(shù)、基線解算、基線質(zhì)量控制、得到最終的基線解算成果等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

結(jié)合Trimble R8-4 GNSS多星座靜態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)、TBC5.2軟件、規(guī)范、GPS誤差來(lái)源分類等方面，針對(duì)TBC5.2基線解算控制參數(shù)進(jìn)行分析。在TBC基線處理選項(xiàng)中，重要的設(shè)置項(xiàng)包括：天線模型、星歷表模型、解類型、頻率、處理時(shí)間間隔、GIS處理類型、衛(wèi)星星座、衛(wèi)星高度截止角。結(jié)合理論與規(guī)范對(duì)TBC基線解算控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將有利于基線解算的過(guò)程中剔除粗差，提高基線解算質(zhì)量，保證測(cè)量成果可靠性?；€解算流程如圖2所示。

圖2 基線解算流程

3.1 天線模型設(shè)置

天線模型設(shè)置選擇“自動(dòng)”，TBC根據(jù)GNSS接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)判定天線類型。當(dāng)處理其他廠商GNSS接收機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)其RINEX數(shù)據(jù)選擇正確的天線類型。

3.2 星歷表設(shè)置

星歷表設(shè)置有“自動(dòng)”“精密”“廣播”三個(gè)選項(xiàng)，廣播星歷可以實(shí)時(shí)獲取，每1 h更新1次，定位精度約為±5 m；精密星歷無(wú)法實(shí)時(shí)提供，一般情況下1～14 d后得到，精度可達(dá)±5 cm。廣播星歷：約10 km的短基線測(cè)量精度達(dá)2×10-6，滿足一般測(cè)量的精度需求，長(zhǎng)基線應(yīng)采用精密星歷。《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T 18314—2009）中規(guī)定：C級(jí)及以下各級(jí)GPS網(wǎng)基線解點(diǎn)、B級(jí)GPS網(wǎng)基線預(yù)處理可采用隨接收機(jī)配備的商用軟件；B級(jí)GPS網(wǎng)基線外業(yè)預(yù)處理和C級(jí)以下各級(jí)網(wǎng)基線處理時(shí)，可采用廣播星歷；A、B級(jí)網(wǎng)基線精處理應(yīng)采用精密星歷。應(yīng)用于工程的GNSS靜態(tài)測(cè)量控制網(wǎng)基本上均在C級(jí)網(wǎng)以下，所以此處建議設(shè)置為“廣播”。

3.3 衛(wèi)星星座和衛(wèi)星高度截止角設(shè)置

從衛(wèi)星星座和衛(wèi)星高度截止角設(shè)置頁(yè)面，可以看到TBC5.2支持GPS、GLONASS、GALILEO、COMPASS（北斗）、QZSS五個(gè)星座的跟蹤觀測(cè)數(shù)據(jù)解算。

點(diǎn)擊星座名稱可以看到能提供定位導(dǎo)航服務(wù)的該星座衛(wèi)星，《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T 18314—2009）中規(guī)定的“同時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星有效數(shù)”“有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)”是針對(duì)GPS星座而言。目前大多數(shù)GNSS接收機(jī)均具有接受全星座衛(wèi)星信號(hào)的能力，其配套的GNSS數(shù)據(jù)處理軟件有多星座數(shù)據(jù)解算的能力，但沒(méi)有針對(duì)多星座數(shù)據(jù)中其他星座衛(wèi)星有效數(shù)和有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)的要求。在外業(yè)觀測(cè)條件好的情況下，GPS星座解算的基線、GPS與其他星座組合解算的基線質(zhì)量沒(méi)有較大區(qū)別。但在山區(qū)或者觀測(cè)條件不好的區(qū)域，GPS與其他星座組合解算的基線質(zhì)量明顯優(yōu)于GPS單星座解算的基線質(zhì)量。

高度截止角的設(shè)置，GNSS觀測(cè)環(huán)境要求：視野開(kāi)闊，視場(chǎng)內(nèi)障礙物高度截止角不宜超過(guò)（B級(jí)10°，C級(jí)D級(jí)15°），附近不應(yīng)有大型建筑物、大面積水域等強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號(hào)的物體，50 m內(nèi)固定或者變化的反射體應(yīng)標(biāo)注在點(diǎn)記環(huán)視圖上（點(diǎn)位高度10°的建筑物需要標(biāo)記）。設(shè)置高度截止角主要是為了減弱對(duì)流層延遲誤差的影響，以減弱多路徑效應(yīng)的影響，GNSS數(shù)據(jù)解算中提高衛(wèi)星高度截止角對(duì)提高解算質(zhì)量有明顯的效果。

3.4 GIS處理類型設(shè)置

在GIS處理類型中有三個(gè)選項(xiàng)“僅載波處理”“僅代碼處理”“自動(dòng)載波和代碼處理（建議）”中涉及兩個(gè)概念，載波觀測(cè)值和代碼觀測(cè)值，本質(zhì)上是兩種GNSS定位方法的觀測(cè)值，即靜態(tài)絕對(duì)定位和靜態(tài)相對(duì)定位。靜態(tài)絕對(duì)定位法用到的是偽距觀測(cè)值，靜態(tài)相對(duì)定位使用載波相位觀測(cè)值。代碼觀測(cè)值即測(cè)距碼觀測(cè)值，應(yīng)用在靜態(tài)絕對(duì)定位中。

靜態(tài)絕對(duì)定位通過(guò)測(cè)定測(cè)站到衛(wèi)星之間的距離(偽距)實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)4顆以上的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)。由于存在受到衛(wèi)星軌道和信號(hào)傳播誤差、利用C/A測(cè)距碼精度大致10 m等因素的影響，造成其觀測(cè)結(jié)果精度較低。通常只運(yùn)用在導(dǎo)航方面，利用C/A測(cè)距碼精度大致10 m，事后處理從IGS站下載精密星歷可達(dá)厘米精度（單點(diǎn)PPP精密單點(diǎn)定位）。

靜態(tài)相對(duì)定位是2臺(tái)以上接收機(jī)同步觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星，確定2接收機(jī)之間的基線（相對(duì)位置）。測(cè)定衛(wèi)星到接收機(jī)之間的載波相位差，采用不同的載波相位觀測(cè)量的線性組合可以有效削弱各誤差，精度約10-8～10-6。為了獲得整周模糊度，一般需觀測(cè)較長(zhǎng)時(shí)間（1～3 h）。靜態(tài)相對(duì)定位有基于同步環(huán)和連續(xù)運(yùn)行參考站的觀測(cè)兩種模式，基于連續(xù)運(yùn)行參考站的觀測(cè)一般構(gòu)成的基線邊較長(zhǎng)，應(yīng)采用專用的GAMIT等高精度軟件處理成果。

GNSS靜態(tài)測(cè)量實(shí)際是GNSS靜態(tài)相對(duì)定位的簡(jiǎn)稱，所用的觀測(cè)值是載波相位觀測(cè)值“自動(dòng)載波和代碼處理（建議）”不具有建議性，所以GIS處理類型，應(yīng)設(shè)置為“僅載波處理”。

3.5 電離層延遲模型和對(duì)流層延遲模型設(shè)置的缺陷

TBC軟件基線解算控制參數(shù)設(shè)置中，沒(méi)有電離層延遲模型、對(duì)流層延遲模型的設(shè)置。電離層參數(shù)用于改正觀測(cè)值的電離層影響，對(duì)流層參數(shù)用于改正觀測(cè)值的對(duì)流層延遲影響。

電離層延遲誤差是與信號(hào)傳播路徑有關(guān)的誤差，大氣分子由于受到太陽(yáng)等天體各種射線輻射的影響產(chǎn)生電離，形成大量的自由電子和正離子稱電離層。當(dāng)信號(hào)通過(guò)電離層時(shí)，信號(hào)傳播的方向和速度會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生偏差，稱為電離層延遲誤差。衛(wèi)星信號(hào)的電離層延遲誤差與信號(hào)頻率的平方成反比，與傳播路徑上的電子總數(shù)成正比。實(shí)踐表明，電離層延遲誤差在天頂方向一般為5～15 m，最大可達(dá)50 m；當(dāng)衛(wèi)星高度角角較低時(shí)，可達(dá)150 m。電離層延遲誤差的改正一般采用雙頻觀測(cè)改正法、模型改正法和同步觀測(cè)組差法。

對(duì)流層是指地面到高度約50 km的大氣層。與電離層延遲誤差相同，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)通過(guò)對(duì)流層時(shí)，信號(hào)傳播方向和速度均發(fā)生變化，會(huì)產(chǎn)生偏差，稱為對(duì)流層延遲誤差。對(duì)流層對(duì)碼相位和載波相位的延遲量約為2～25 m。對(duì)流層延遲量的大小與接收機(jī)至衛(wèi)星的高度角有關(guān)，當(dāng)衛(wèi)星位于測(cè)站天頂方向時(shí)，延遲量最小，接近地平線時(shí)為最大。與電離層影響不同的是，流層對(duì)不同頻率的信號(hào)影響相同，所以不能通過(guò)雙頻觀測(cè)的方法削弱。削弱對(duì)流層影響通常采用模型法、待估參數(shù)法和同步觀測(cè)組差法等。

瑞士萊卡的LGO、南方測(cè)繪SOUTH、華測(cè)CGO、中海達(dá)HGO均有電離層延遲模型設(shè)置或?qū)α鲗友舆t模型設(shè)置，而天寶TBC沒(méi)有這兩項(xiàng)設(shè)置便不能較好削弱其影響?！度蚨ㄎ幌到y(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T 18314—2009）中雖然沒(méi)有明確指出應(yīng)加入電離層改正，但明確指出B、C、D、E級(jí)GPS觀測(cè)值均應(yīng)加入對(duì)流層延遲改正，對(duì)流層延遲修正模型改正中的氣象元素可采用標(biāo)準(zhǔn)氣象元素。五款CNSS靜態(tài)處理軟件改正模型如表1所示。

表1 五款GNSS靜態(tài)處理軟件改正模型

3.6 解類型設(shè)置

解類型設(shè)置有“固定”和“浮動(dòng)”兩個(gè)選項(xiàng)，單差、雙差、三差觀測(cè)值是被廣泛應(yīng)用的線性組合觀測(cè)值，考慮到GPS定位時(shí)的誤差源，實(shí)際上廣泛采用的求差法有三種：接收機(jī)之間求一次差、在接收機(jī)和衛(wèi)星之間求二次差、在接收機(jī)以及衛(wèi)星與歷元間求三次差，其主要目的是消除衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差及整周模糊度等未知參數(shù)，簡(jiǎn)化平差計(jì)算工作。固定解載波相位觀測(cè)值得到了整周未知數(shù)整數(shù)解。浮點(diǎn)解載波相位觀測(cè)值得到了整周未知數(shù)實(shí)數(shù)解。三差解對(duì)于較長(zhǎng)的基線，浮點(diǎn)解也不能得到較好的結(jié)果，只能用三差分相位解來(lái)消去整周未知數(shù)。在進(jìn)行一般的GPS測(cè)量時(shí)，由于邊長(zhǎng)較短，精度要求不高，在觀測(cè)方程只需引入基線向量、整周模糊度、接收機(jī)鐘差和衛(wèi)星鐘差參數(shù)，各接收機(jī)廠家所提供的數(shù)據(jù)處理軟件中廣泛的采用了雙差觀測(cè)值。在GPS測(cè)量中廣泛采用雙差固定解，《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T 18314—2009）規(guī)定C級(jí)以下各級(jí)GPS網(wǎng)，根據(jù)基線長(zhǎng)度允許采用不同的數(shù)據(jù)處理模型。15 km內(nèi)的基線，須采用雙差固定解；15 km以上的基線允許在雙差固定解和雙差浮點(diǎn)解中選擇最優(yōu)結(jié)果。同步觀測(cè)組差法，可以削弱電離層延遲誤差、對(duì)流層延遲誤差、接收機(jī)鐘差的影響。

3.7 頻率設(shè)置

頻率選項(xiàng)有“單頻”“雙頻”“所有頻率”三個(gè)選項(xiàng)，“頻”是指載波的頻率，GPS衛(wèi)星采用L1、L2、L2C、L5四種載波，我國(guó)北斗COMPASS采用B1、B2和B3三種載波，GLONASS采用L1、L2兩種載波，Galileo采用E1、E2兩種載波。雙頻觀測(cè)改正法僅適用于雙頻或多頻GPS接收機(jī)。利用雙頻或者三頻觀測(cè)值進(jìn)行電離層延遲改正可以有效減弱電離層延遲誤差。

在TBC基線處理報(bào)告中可以找到每顆衛(wèi)星處理時(shí)采用的載波通道，《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T 18314—2009）規(guī)定B、C級(jí)要使用雙頻/全波長(zhǎng)接收機(jī)，D、E使用雙頻/單頻接收機(jī)，考慮R8-4全星座觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)量較多，使用“雙頻”設(shè)置衛(wèi)星觀測(cè)總數(shù)指標(biāo)很容易滿足，此處建議設(shè)置為“雙頻”。

3.8 處理時(shí)間間隔設(shè)置

在處理工程基線之前，可以指定時(shí)間（s）選擇一次工地?cái)?shù)據(jù)處理基線。間隔時(shí)間越短，處理的數(shù)據(jù)會(huì)越多；若處理時(shí)間越長(zhǎng)，則精度越高。選擇的間隔時(shí)間比數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)間短，使用數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)間。盡可能選擇使用在數(shù)據(jù)文件里指定的間隔時(shí)間，確保使用最短間隔時(shí)間。但對(duì)于間隔時(shí)間不超過(guò)1 s的占用時(shí)間，處理時(shí)間可能較長(zhǎng)。衛(wèi)星采樣間隔，按《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T 18314—2009）相應(yīng)等級(jí)在接收機(jī)中和TBC軟件中設(shè)置，B級(jí)采樣間隔30 s，C級(jí)10～30 s，D級(jí)5～15 s，E級(jí)5～15 s。

4 TBC基線解算控制參數(shù)設(shè)置的總結(jié)

在處理天寶系列GNSS接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，天線設(shè)置選項(xiàng)為“自動(dòng)”；應(yīng)用于工程的GNSS靜態(tài)測(cè)量控制網(wǎng)基本上都在C級(jí)網(wǎng)以下，星歷表設(shè)置為“廣播”；衛(wèi)星高度角可以對(duì)應(yīng)規(guī)范等級(jí)進(jìn)行設(shè)置，可提高衛(wèi)星高度角以提高基線解算質(zhì)量；衛(wèi)星星座在一般情況下選擇全星座和全部衛(wèi)星，只能接收的單頻率衛(wèi)星會(huì)在頻率設(shè)置作用下剔除；國(guó)家等級(jí)的GNSS靜態(tài)觀測(cè)網(wǎng)都是采用靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)，采用載波相位觀測(cè)值，GIS處理類型應(yīng)該選擇“僅載波”；15 km內(nèi)的基線，須采用雙差固定解。15 km以上的基線允許在雙差固定解和雙差浮點(diǎn)解中選擇最優(yōu)結(jié)果，解類型應(yīng)該選擇“固定”；考慮到R8-4全星座觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)量較多，使用“雙頻”設(shè)置衛(wèi)星觀測(cè)總數(shù)指標(biāo)易滿足頻率，應(yīng)該設(shè)置為“雙頻”；處理時(shí)間間隔，以各采樣間隔為準(zhǔn)，可以適當(dāng)縮短采樣間隔，提高基線解算質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從天線模型、星歷表模型、衛(wèi)星星座、衛(wèi)星高度截止角、GIS處理類型、解類型、頻率、處理時(shí)間間隔等方面對(duì)TBC5.2中關(guān)于基線解算控制參數(shù)設(shè)置，確定了正確的設(shè)置選項(xiàng)。TBC具備出色的模塊功能和穩(wěn)定的性能，但TBC5.2及以往版本均缺少對(duì)基線解算控制參數(shù)中電離層延遲模型和對(duì)流層延遲模型的設(shè)置，為日后重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。