基于GAMIT的不同参数对北斗长基线精度的影响分析

李建涛，朱兰艳，李永梅，金鑫，刘奇，满亚洲

(昆明理工大学 国土资源工程学院,云南 昆明 650093;2.乌鲁木齐市国土资源勘测规划院,新疆 乌鲁木齐 830002;3.长安大学 地质工程与测绘学院,陕西 西安 710054)

0 引 言

随着我国北斗系统不断的建设和完善,北斗系统逐渐成熟,目前主要服务区域在亚太地区,但即将进入全球组网的阶段.与此同时,国内外有许多高精度基线解算软件也在不断加入北斗系统.不同软件利用不同改正参数对基线进行解算的精度有所不同,使北斗基线解算精度的提高面临着挑战.其中国外著名高精度GPS数据处理软件GAMIT发布了10.61版本,此版本增加了Rinex3版本数据的读取,支持混合精密星历及混合广播星历,新增了北斗和伽利略系统的共用表文件.因此,北斗与伽利略数据也可以使用GAMIT 解算,但此版本依旧不能同时处理混合系统的数据.其中已有许多学者对GAMIT做过大量研究,有研究结果表明GAMIT在解算GPS的定位精度达到了毫米量级[1],张树宏等[2]对北斗中长基线静态测量做了评估,罗权[3]和王树东[4]分别利用GAMIT软件测试了不同截止高度角和不同星历对GPS基线的影响分析.张双成等[5]测试了不同解算策略对GPS长基线的影响,但以上影响分析都是基于GPS基线的分析.对于利用GAMIT软件解算北斗基线以及利用GAMIT软件分析不同参数对北斗基线的影响情况研究较少.虽然北斗基线解算原理与GPS类似,但由于GAMIT软件使用复杂,解算文件多,参数设置复杂,以及北斗星座设计的站星几何图形变化较慢特点,也会对基线解算造成影响[6].在此背景下,本文首先利用GAMIT解算北斗基线,之后使用不同控制参数对北斗基线进行解算,分析影响程度,得到解算北斗基线的最佳控制参数.

1 实验设计及数据分析

1.1 实验设计

本次实验主要测试不同截止高度角、不同天顶对流层延迟参数及不同测站约束指标对北斗基线的影响.首先使用默认的设置对北斗基线进行解算,以验证GAMIT解算北斗基线的可行性,之后再进行不同参数设置的实验分析.为了得到可靠的比较结果,在对同参不同值进行实验时,其他参数均采用GAMIT默认的设置以确保仅受该参数影响.

实验数据来自全球分布MGEX站,选取位于东南亚地区的四个测站(CMUM、CPNM、DLTV和JNAV)2016年第017天、历元间隔30 s、观测时间24 h的混合观测数据,星历采用武汉大学发布的混合星历.GAMIT目前只能处理单系统的数据,故其他系统对北斗数据解算没有影响.所选测站分布及基线信息如图1和表1所示.

表1 基线信息表

1.2 数据分析

由于北斗系统重点服务区域在亚太地区,实验选取的测站均位于东南亚且靠近中国西南地区.以CMUM 站点为例,在观测时段内可见卫星数较好(如图2、图3所示),利于解算,其中图2示出了C01、C02、C03、C05、C09、C10卫星一直可见.

2 数据解算及精度分析

2.1数据结算

利用GAMIT进行基线解算时,选取的控制参数不同会影响基线的精度.GAMIT软件提供了许多控制参数,为得到高精度的北斗基线,首先采用表2中的控制参数来解算表1中的基线.

表2 解算控制参数表

利用以上参数对北斗长基线进行初步解算,解算结束后若以Nomal stop 结束,说明GAMIT可以正常解算北斗基线,之后查看生成的q文件与o文件中标准化的均方根误差(NRMS)、基线解算结果及各方向的偏差.其中NRMS是用来表示单时段解算出的基线偏离其加权平均值的程度,是衡量GAMIT基线解质量的一个重要指标,NRMS值越小,基线精度越高,反之越低.通常来说NRMS值一般小于0.3,若大于0.5则说明在数据处理过程中部分周跳可能未修复或者由其他原因造成[7].

图4为算例解算正常结束时的截图,可见NRMS为0.24,说明解算结果比较可靠.基线解算成果见表3,相对精度达到了10-8量级.

表3 基线解算结果

2.2 精度分析

基线解算时不同参数控制可以达到不同解算目的,同时也会影响基线的精度.为了达到较高的精度,下面选取平时解算时经常变动的控制参数来进行分析,即不同截止高度角、不同天顶对流层延迟参数个数、不同测站约束指标.任意选取，分析时选取CMUM-CPNM、DLTV-JNAV、CPNM-DLTV三条基线,利用标准化的均方根误差(NRMS)、基线分量误差作为精度指标.

2.2.1 不同截止高度角影响分析

在分析截止高度角对北斗长基线影响时,除了高度角外其余参数设置同表2.将高度角分别选取为5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°结果如图5(a)～图5(e).由图5(a)可知,在截止高度角由5°到30°变化时NRMS值减小趋势较大,35°至40°变化较小,所有NRMS都小于0.3,说明基线解算都比较可靠;由图5(b)～5(e)可知,截止高度角在5°、10°时各方向误差基本相同，误差最小在0.01 m左右,随着截止高度角的增大误差在不断增大,其中截止高度角为40°时变化较为明显，且误差达到最大值0.07 m左右.综上,利用GAMIT解算北斗长基线时高度角设为5°～15°时比较合适.

2.2.2 不同天顶对流层延迟参数影响分析

在进行不同天顶对流层延迟参数解算时,除天顶延迟参数外其余参数同表2.分别将天顶延迟参数个数设置为7、13、19、25进行解算,其中在24小时的测段内每2小时估计1个参数即天顶对流层延迟参数个数为13.由图6(a)可知,此时NRMS都小于0.3,基线解算比较可靠.随着天顶对流层延迟参数个数增多NRMS值相对于上个参数的变化仅为0.001 m,延迟参数7与25的变化为0.016 m左右.由图6(b)可知,天顶延迟参数在13时各方向误差增大,随着继续改变参数后误差逐渐减小,但是变化都非常小仅为0.001 m左右,说明天顶对流层延迟参数个数对于北斗基线的影响不大,但也可在一定程度上影响精度.

2.2.3 不同测站约束指标影响分析

测站坐标约束是对一个或多个已知坐标进行约束以求得未知测站精确坐标.约束指标参数的分析实验与前两项参数分析类似,只改动约束指标其余参数同表2;试验中只对CPNM测站进行约束,其余测站保持默认的约束.由图7(a)可知,不同约束指标下的NRMS值均小于0.3,基线解算结果比较可靠,不同约束指标对NRMS影响非常小.由图7(b)可知,随着约束指标由紧变松,各基线的误差有所增大,其中0.01 m约束、0.05 m约束和0.1 m约束变化较小,但从0.1 m约束到0.5 m约束变化较大,之后变化又较小.以上说明不同约束指标对北斗基线影响也有所不同,选取不同的约束量对基线解算精度影响较大.

3 结束语

为了分析GAMIT解算北斗长基线的可行性、精度以及GAMIT参数设置对北斗长基线的影响情况,采用东南亚地区四个MGEX站24 h观测数据进行实验,结果表明，GAMIT软件(10.61)可以解算北斗长基线且相对精度在10-8量级.通过使用不同参数设置对北斗基线解精度影响的分析表明,截止高度角在5°～15°最佳;天顶对流层延迟参数个数对北斗基线影响较小,一般选择默认设置即可;测站约束在0.01 m和0.05 m时解算结果较好.作为示例,本文只利用GAMIT对北斗长基线的部分参数做了分析,其他参数值对北斗长基线的影响以及各参数值对北斗短基线的影响分析也可类似进行.