卫星高度角对GPS测量精度的影响研究

2012-08-01王楠，张郁

武汉理工大学学报（信息与管理工程版） 2012年5期

王楠，张郁

(广州市城市规划勘测设计研究院测量3队，广东广州 510060)

1 实验数据预处理

TEQC(translation，edit，and quality checking)是功能强大且简单易用的GPS/GLONASS数据预处理与数据质量分析软件[1-3]。它的主要功能包括格式转换、RINEX编辑和质量检查。其中，质量检查可进行卫星高度角重设置。

笔者试图利用TEQC质量检查中的卫星截止高度角重设命令，将小于设置截止高度角的观测数据不参与基线结算[4-5]。但在DOS命令下运行后数据文件未得到删减，查阅相关文献未能找到原因，故笔者利用C++编写高度角重设程序。

编写卫星截止高度角重设程序的原理是:首先对观测值中的每个历元进行伪距定位，然后计算出每颗卫星的位置和测站的位置，最终得到每颗卫星的高度角[6-7]。将高度角低于阈值的观测卫星数据做标记，而不在观测值文件中写出。数据文件通过自编的高度角重设程序，可以分割成20°、30°、40°、50°、60°、70°和 80°的观测文件。

2 数据获取

笔者所采用的数据为某大型水利设施(大坝)GPS点位监测数据，共11个点，图1为监测网的GPS点位分布图。施测时间为2008年4月10日，除了5007站的观测时间为4 h外，其余点的观测时间均在8 h左右。采样率为15 s，观测时卫星截止高度角设为10°。

图1 某大型水利设施变形监测GPS点位分布图

3 实验结果分析

3.1 不同卫星高度角下的GDOP值比较

在不同卫星截止高度角时，空中的可见卫星数不同，卫星的几何精度因子GDOP值也不同[8]。图2为大坝11个测站构成的监测网于2008年4月10 日全天，卫星截止高度角分别为 10°、15°、20°、25°、30°时的可见卫星数情况。

卫星截止高度角为30°时，80%以上的时段可见卫星数仍达到4颗及以上，仍是满足观测要求的。图3为不同卫星截止高度角时监测网11个测站的可见卫星GDOP值比较。

结合图2 和图 3，可以得出:取 10°、15°、20°、25°、30°5个不同卫星截止高度角进行研究发现:当卫星截止高度角设置为10°或15°时，可见卫星数都≥5颗，GDOP值基本都＜8，几乎整天都可以作为有效时段观测;当卫星截止高度角为20°时，全天可见卫星数都＞4颗;当卫星截止高度角增加到25°或30°时，全天都有数处可见卫星数＜4或者GDOP值＞8的时段，这种有效时段的断续对基线的静态测量是非常有害的。可见，提高卫星截止高度角会“筛掉”部分卫星。

图2 不同卫星截止高度角时监测网11个测站的可见卫星数

图3 不同卫星截止高度角时监测网11个测站的可见卫星GDOP值

3.2 卫星截止高度角对基线解算质量的影响

实验中设置了4种卫星截止高度角，即10°、20°、30°、40°，分别对测段长度 4 h、2 h、1 h 的观测量进行基线解算，观察它们对基线解的影响，如表1、表2所示。

通过以上大量实验，可以看到:对于4 h的观测量来说，由于观测时间较长，所选基线中，在卫星截止高度角为20°时RATIO值皆＞3.000，RMS皆＜0.013 m。而在截止角为30°时，所选基线的RATIO值皆＞6.900，RMS皆＜0.010 m。说明在观测时间足够长的情况下，随着卫星截止高度角的增加，基线解算的精度有一定的提高，其主要原因为低仰角时卫星信号可能会产生较严重的多路径效应和大气传播延迟。但并非对所有的基线都适用，这还与基线的长度、测站周围的环境等因素有关[9]。

表1 观测长度为4 h、卫星截止高度角为10°和20°的基线解

表2 观测长度为4 h、卫星截止高度角为30°和40°的基线解

3.3 观测时间长短对基线解算质量的影响

下面通过比较4 h、2 h和1 h观测量的基线解算精度来研究观测时间的长短对基线解算质量的影响。不同观测量的基线解算结果如表3、表4所示。

通过表3和表4中的基线解算结果可以看出:各基线的解算质量随观测时间的增长而提高，这种变化在从观测时间1 h到观测时间2 h的情况下较为明显，而从观测时间2 h到观测时间4 h的情况下并不显著。例如大坝中间的监测点5865与基准站间的基线观测时间由1 h增加为2 h时解算质量提高明显，而基线观测时间由2 h增加为4 h，解算质量基本不变。