GPS 测量数据处理质量评价与优化方法

周兴来 吴国强

（1、河南省时代测绘技术有限公司，河南 郑州 450000 2、义煤集团公司新义煤矿，河南 洛阳 471000）

引言

在GPS 定位数据处理工作中，占用处理时间最长，工作量最大的是GPS 基线解算。基线解算质量的好坏直接影响到GPS网的定位精度和工作效率。因此正确评价基线解算的质量，及时对不理想基线进行优化处理就显得很重要。本文以Gpsadj 软件为例，对GPS 静态基线解算的质量评价及优化处理方法进行了探讨，以供同行参考。

1 基线解算质量评价要素

Gpsadj 软件中，基线解算结果有4 项质量指标，即基线解的类型，基线解的方差比值，同步环、异步环闭合差和重复基线长度检核。我们根据这些质量要素对基线解算进行评价。

1.1 基线解的类型

基线向量的解算质量与整周未知数的确定有直接关系。在软件数据处理中，整周未知数是被当作平差计算中的待定参数来加以估计和确定的。解算整周模糊度的能力与基线的长度有关，获得全部模糊度参数整数解的结果称为双差固定解，只获得双差模糊度参数整数解的结果称为双差浮点解，对于较长的基线（30km 以上的基线），固定解和浮点解都不能得到较好的结果，可以用三差解。

1.2 方差比值（Ratio）

方差比值是整周未知数固定时次最优固定解的方差与最优固定解的方差的比值；它反映了整周未知数可靠性的高低。方差比值越大，说明整周未知数可靠性越高；方差比值越小，说明整周未知数可靠性越差。

1.3 同步环、异步环闭合差

同步环、异步环闭合差是反映GPS网内符合精度的一项最重要的指标，也是评价组成环路的所有基线是否含有粗差的重要依据。

1.4 重复基线长度检核

重复基线是指同一条基线边观测了多个时段得到的多个基线边。对重复基线边的长度检核也是评价某条基线是否含有粗差的重要依据。

2 基线解算的质量评价

2.1 利用解类型评价

根据相应的《全球定位系统城市测量技术规范》中规定：同一级别的GPS网，在8公里以内的基线必须采用双差固定解；30公里以内的基线，可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果；30公里以上的基线，可以采用三差解作为基线解算的最终成果。如果达不到规范要求，应对基线进行优化处理。

2.2 根据方差比值（Ratio）评价

方差比值是评价基线解算质量的重要指标，比值越高，说明整周未知数确定的可靠性越大。

2.3 根据同步环、异步环闭合差评价

在Gpsadj 软件中，每个同步环和异步环都有三个方向的闭合差及边长闭合差和相对误差。GPS 测量技术规程对同步环坐标分量及环线全长相对闭合差进行了规定，如果达不到规范要求，应对基线进行优化处理。

2.4 依据重复基线长度检核评价

在Gpsadj 软件中，可以查看控制网中所有的重复基线。GPS 测量技术规程对不同观测时段的基线边的互差进行规定，差值不应小于相应级别规定精度。如果超限应对含有粗差的基线进行优化处理。

3 基线解算优化处理方法

在基线解算之前，设置好该项目采用的坐标系、控制网等级等属性参数。首先按照Gpsadj软件中的缺省参数对基线进行自动处理，然后打开基线解算结果，查看基线解算情况，对基线质量进行分析评价。当有不理想基线时，应做优化处理，处理方法如下。

图1 基线解算缺省参数设置

3.1 确定合适的卫星高度截止角

Gpsadj 软件中高度截止角的选择范围在5 °至35 °之间，步长值为5 °。如果解算基线失败，先核实连续观测时间长短、观测卫星数多少和图形强度因子PDOP 值大小。如果同步观测卫星数较多（6 颗以上）、同步观测时间较长（45 分钟以上），可适当增加高度截止角，剔除容易被外界干扰的低空历元数据，采用不易被干扰的且接收稳定的高空历元数据重新进行解算；反之亦然。

3.2 选择合适的历元间隔

历元间隔的大小，决定参与解算的数据量的多少。合适的历元间隔原则为：对基线同步观测时间较短，采集的数据量较少时，可缩短历元间隔，让更多的历元数据参与解算。同步观测时间较长，采集的数据量大，要增加历元间隔 ，能有效的跳过因为外界干扰而失锁的区域。

3.3 剔除无效历元

通过一个例子来说明这个问题，在相位跟踪图中右键单击鼠标，在弹出的快捷菜单中选择"数据编辑G0013021"。弹出数据编辑框。跟踪卫星的序号在图左端显示。连续线中断处表示当时卫星信号失锁。在数据编辑图中选择工具按钮，然后按住鼠标左键拖拉框圈住图中有数据中断的地方即可剔除无效历元，以灰颜色显示（如图3）。退出数据编辑框，重新解算剔除无效历元后的基线。

图2 数据编辑窗口中单个测站卫星数据图

图3 编辑窗口中剔除无效历元后单个测站卫星数据图

3.4 选择合适的模糊度分解方法

整周模糊度的解算一般采用整数最小二乘法原理进行解算。常见的方法有：模糊函数法、快速模糊求解方法、最小二乘模糊搜索法、最小二乘模糊去耦调节法（LAMBDA）、整型模糊度求解法等；LAMBDA 是其中快速且有效的方法。一般情况下，对于短基线，观测数据量较小时，采用LAMBDA 法解算效果会比较好。

4 结束语

4.1 对基线解算质量的评价应全面综合考虑。

4.2 通过基线解算的优化处理，基线精度可进一步提高，但要决定每条基线最终解算是否成功，还必须通过残差分析和同步环、异步环环闭合差分析。

4.3 基线优化处理的前提是要有足够数量的野外健康数据，因此必须保证野外作业的观测时间和观测质量。

[1]GPS 数据处理软件操作手册.广州：南方测绘仪器有限公司，2006.2

[2]徐绍铨等.GPS 测量原理及应用.武汉：武汉大学出版社，2002.10

[3]朱志宇等.差分GPS 载波相位整周模糊度快速解算方法，测绘科学第30 卷第3 期，2005.6