多星短基线解算精度对比分析

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摘要： GNSS数据是GNSS基线解算和控制网平差的基础，如果GNSS数据质量不如意，那么是直接降低工程建设中的控制网质量。本文试验的特色在于通过比较分析同一条基线同一时间段下的GPS、GLONASS、BDS卫星数据，从而得出GNSS接收机中GPS、GLONASS、BDS卫星数据的质量及其稳定性。

Abstract： GNSS data is the basis of GNSS baseline solution and adjustment of the control network， if the GNSS data quality is not good， then it will reduce the quality of the project construction control network. The characteristic of this paper is to obtain the data quality of GPS， GLONASS and BDS in GNSS receiver by comparing the GPS， GLONASS and BDS satellite data at the same time of the same period.

关键词： 南方测绘GNSS数据处理；基线解算；GPS/GLONASS/BDS定位数据稳定性和质量对比分析

Key words： South surveying and mapping GNSS data processing；baseline solution；GPS/GLONASS/BDS positioning data stability and quality analysis

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）24-0255-03

0 引言

从军事的角度来说，导航定位系统是现代化战争的耳目，是开启现代化战争必不可少的前提；从民用的角度来说，导航定位系统也是国民出差旅行以及各行各业的先行耳目。所以对于一个国家是否拥有自己的卫星定位系统将是一种现代化的实力象征。近年来各个国家都致力于开创出一个完全属于本国的卫星导航系统，而就目前情况，做到了的国家也只有美国、俄罗斯、中国以及欧盟（未投入使用）。所以可以预见到未来的GNSS系统必将变成超多星全球导航系统，这个系统的组成也必将是由各个国家和各个势力所组成。

虽然GNSS全球导航系统的高速发展对于普通行业来说是一项非常不错的体验，但是对于一些专业测绘领域，它们不仅讲究定位速度更加讲究定位精度，而定位精度又是和接收的卫星定位数据质量直接挂钩，如果GNSS数据质量不如意，那么是直接降低定位精度的。本文将通过比较分析相同型号接收机下同一条基线同一时间段下的GPS、GLONASS、BDS卫星数据，从而对比分析GPS、GLONASS、BDS数据的稳定性和质量。

1 GNSS系统和南方测绘GNSS数据处理软件简介

GNSS系统是个多系统、多层面、多模式的复杂组合系统，包括GPS、GLONASS、Galileo与中国北斗系统以及其他一些区域的和增强的系统，如美国的WAAS（广域增强系统）、欧洲AEGNOS（欧洲静地导航重叠系统）和日本的MSAS（多功能运输卫星增强系统）等，同时还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。

南方测绘GNSS数据处理软件是由广州南方测绘仪器有限公司开发的静态后处理软件，该软件能处理南方公司的GPS接收机静态数据和各种进口GPS接收机RINEX标准格式数据，具有丰富和成熟的处理GNSS数据功能。

2 采用短基线来分析数据的意义

影响GPS基线解算质量的主要误差有卫星星历误差、电离层折射误差、对流层折射误差。

其中卫星星历误差是由星历所给出的卫星在空间的位置与实际位置之差称为卫星星历误差。由于卫星在运行中要受到多种摄动力的影响，而通过地面监测站又难以充分可靠地测定这些作用力并掌握它们的作用规律，因此在星历预报时会产生较大的误差。在一个观测时间段内星历误差属系统误差特征，是一种起算数据误差。它将严重影响单点定位的精度，也是精密相对定位中的重要误差源。

电离层误差是在距地表 100-1000 km的高度间，环绕地球并由带电气体（等离子体）构成的一个稀薄的大气层。当GPS信号通过电离层时，如同其他电磁波一样，信号的路径会发生弯曲，传播速度也会发生变化。因此用信号的传播时间乘以真空光速而得到的距离就会不等于卫星至接收机间的几何距离，这种偏差称为电离层折射误差。

对流层误差是高度为40km以下的大气底层，其大气密度比电离层更大，大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的上升而降低，GPS信号通过对流层时，也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差，这种现象产生的误差称为对流层折射误差。

而精密星历的引入对短基线的数据解算结果的影响是非常有限，与广播星历解算的对应值基本一致，所以采用短基线能有效消减卫星星历不够精确而带来的误差。并且当观测站相距不太远时（如小于20km），由于信号通过对流层的路径相似，因此对同一卫星的同步观测值求差，可以明显地减弱对流层折射的影响。所以本次实验对比GPS、GLONASS、BDS三大系统的数据质量和稳定性决定采用边长为305.579m和232.374m的短基线进行分析。

3 数据采集与解析

2015年11月15日文山市天气晴，平均气温25℃。数据采集时间段分为三段：10：50-12：10（基线GPS11-GPS12）、12：57-14：17（基线GPS11-GPS12）、14：54-16：08（基线GPS14-GPS15）、17：23-18：43（基线GPS14-GPS15）。数据采集如表1-表4所示。

4 结论

为了避免因外在观测条件而引起的数据不可靠性，从而导致结论的不可靠性。本次数据采集按同一型号接收机、同一地点、同一时间段、同一观测条件，“四同”的情形下进行；并又在同一天，基本涵盖白昼一整天的情形下对数据进行四个时间段的收集。数据采集完毕后，应用南方测绘GNSS数据处理软件对此收集的四段数据进行基线解算，解算完毕后对基线数据进行逐一筛选，最终得到单一的BDS、GLONAS、GPS数据，从而对此进行数据分析，并得出中国的北斗卫星导航系统在云南省文山州地区稳定性最佳和数据质量最佳，排在中间的是美国的GPS卫星导航系统，最差的是俄罗斯的GLONASS卫星导航系统。

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