基于Pinnacle软件的基线解算类型分析

赵文波，杨友生，杜顺季（广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060）

基于Pinnacle软件的基线解算类型分析

赵文波∗，杨友生，杜顺季
（广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060）

介绍Pinnacle软件的基线解算模型，用该软件对低纬度地区的实测数据解算结果进行分析和验证。结果表明该软件能满足城市控制网的基线处理要求，低纬度地区电离层影响明显，并且L1&L2模型适合2 km内的短基线，L1&L2c适合25 km内的基线，wide-lane模型则适合处理长度超过25 km的基线。

基线解算；Pinnacle；观测值组合；电离层

1 引 言

随着全球卫星定位系统（GNSS）和配套软硬件的发展，采用卫星技术建立区域和工程控制网已逐渐成为首要选择。相比传统边角网而言，GNSS技术大大降低外业劳动强度，并且定位精度高。GNSS测量中基线作为直接观测量，其解算结果的质量直接影响到控制网的成果。

目前基线解算软件主要由两类组成，一是由GNSS科研机构研发的处理软件，如美国 GPL中心的GAMIT/GLOBK、瑞士的BERNESE和中国的PANDA软件等，其次便是各大厂商的配套软件，如天宝的TGO、拓普康的Pinnacle、华测的COMPASS等。科研软件在长距离基线的高精度处理中应用广泛，但是其操作比较复杂，而商用软件更适用于工程应用。Pinnacle软件有良好的可视化窗口，操作便利，对基线处理过程能够灵活的设置。目前针对该软件的处理过程和结果的分析资料较少，本文在介绍Pinnacle软件中基线解算模型的基础上，结合南方某地区的控制网项目数据，对软件解算结果进行分析，以提供参考。

2 基线解算模型介绍

采用GNSS技术建立控制网采用静态相对定位技术，点与点之间的相对位置用基线向量表示，在观测时段内各个接收机的位置不变，同步跟踪卫星信号。卫星信号由载波、测距码和导航电文组成。测距码用于测定卫星到接收机之间的距离，载波除了传送测距码和导航外，同时也是一种测距信号，并且其精度比伪距测量高2个～3个数量级，分别是L1载波（1 575.42 MHz）和L2载波（1 227.60 MHz）以及现代化后添加的 L5载波（1 176.45 MHz）［1］。不同载波相位观测值受到相同的对流层影响，但是电离层延迟是与频率相关的，采用多个频率的载波的主要目的是为了组成更多的线性组合观测值，更好地消除电离层延迟［2］。

本文采用Pinnacle V1.07版本，能处理L1和L2载波数据，提供了多种基线解算模型，分别为L1&L2、L1 Only、L2 Only、L1c、L1-L2、L1+L2、L1&L2c、VLBL、Code Only、Wide Lane。所有的解算模型均可对GPS 和GLONASS载波相位和伪距中的C/A码和P码进行处理，而以上解算模型的主要区别在于对载波信号的处理，其常用的模型信息如表1所示。

Pinnacle软件解算模型信息表 表1

通过查看软件的结果得知，L1&L2独立处理载波信号，而L1&L2c则采用组合模型生成一个虚拟信号，因此解算结果中，L1&L2c组合中的相位双差的历元数约为L1&L2组合一半。Wide Lane也是宽巷组合观测值，只是对载波相位处理，L1-L2解算过程是CA-L2的直接相减，而wide Lane是消电离层（IonoFree）处理［3，4］。其余模型中，窄巷组合模型（L1+L2）主要用于研究，与宽巷观测值的电离层延迟符号相反，数值相等，两者均值可消除电离层［5］。VLBL主要用于超长基线的解算，Code Only则只对伪距数据进行处理。

3 实测数据处理与分析

本文数据来自于广州市南端某区的地区控制网布设项目，该网的中心点纬度大约为22°45′，按照规范［6］中的D级网要求，采用Trimble R8和R4双频接收机观测，控制网起算采用已知的C级点和城市CORS基准站，根据这些高等级点的坐标可以反算基线长度，从而可以对比分析解算质量。单频接收机接收L1载波，而L2 only、L1+L2窄巷、VLBL、Code only等模型一般用于基线研究，考虑到工程应用，本文选取了不同长度的基线，分别采用 L1 only、L1&L2、L1&L2c、L1-L2、Wide Lane的解算模型对观测数据进行解算，每天基线的处理，除了更改解算模型，其余参数保持不变。

∗ 收稿日期:2015—12—31

作者简介:赵文波（1963—），男，工程师，主要从事测量质量检查工作。

共选取8条基线，V1～V8的基线长度依次增大，以坐标反算的基线长度为参考，应用不同的模型进行解算，基线长度较差和基线残差分别如表2和表3所示。

不同解算模型的基线解算长度较差表 表2

不同解算模型基线残差表 表3

表3中斜体加粗的部分代表浮点解。单频数据只能采用L1或者L1c进行解算，根据《全球定位系统（GPS）测量规范》12.3.3要求，长度小于 15 km的基线应采用双差固定解，大于 15 km的基线在双差固定解和双差浮点解中选择最优解。应用Pinnacle软件解算基线，L1c得到的结果均是浮点解，只能应用L1 only模型，但未进行电离层的消除，表2中L1 only模式处理存在较大的长度较差，因而若处理单频数据，可应用L1 only和L1c进行对比，若两者结果符合较好则可使用L1 only，若差异较大则需继续精化解算。

对比L1c与L1 only、L1&L2c与L1&L2、Wide Lane 和L1-L2数据，前者进行了消电离层处理，除了最短的 1.5 km基线，其余基线不进行消电离层的结果有较大的解算残差和长度较差，因此在低纬度地区进行控制测量，最好使用双频接收机进行观测并进行消电离层的处理；对于短基线V1，采用L1&L2直接差分后残余电离层的影响已很小，根据误差传播定律，采用消电离层组合模型则会增大偶然误差，有时不宜采用模型改正方法［7］，结果显示L1&L2c的长度较差值反而比L1&L2大；2 km～25 km长的基线（V2～V6），采用L1&L2c和Wide Lane能达到较好的效果，其余模型解算的较差和残差较大，即使对于 3 km的基线，L1&L2和L1-L2的较差分别比L1&L2c和Wide Lane甚至高出一个数量级，也说明了在低纬度地区，电离层在短基线也可能产生很大的误差，处理时需要格外注意；超过 25 km的基线（V7～V8），采用Wide Lane模型的效果较好，L1&L2c有较大长度较差，并且得到浮点解，而Wide Lane基本上可以得到固定解，因此对于长基线，推荐使用Wide Lane模型解算。

根据基线长度和解算结果选择最优的解算类型，避免产生较大的解算误差，根据上文的分析，最终采用的基线解算结果如图1所示:

图1　Pinnacle基线解算结果精度统计图

从图1可以看出，应用Pinnacle软件进行基线解算，10 km以内的基线，解算残差可以控制在10 mm以内，满足设计要求，超过10 km后残差随着长度增加显著增加。基线长度较差均小于20 mm，相对误差最大为1.93 ppm（V4），最小值为0.28 ppm（V8）。V7、V8两条长基线只观测 2 h，因而基线残差较大，在控制网中若有跨点的长基线，应注意选择观测时段并适当延长观测时间。

4 结 论

《全球定位系统（GPS）测量规范》提出C级及以下的GPS控制网基线解算可采用随接收机配备的商用软件，根据实践证明，在满足观测要求下，Pinnacle软件能满足城市等级控制网的精度要求。在低纬度地区，电离层影响显著，应选择双频接收机观测并消除电离层影响。2 km以内短基线解算可采用L1&L2模型，采用L1&L2c会增加观测噪声，超过 25 km的基线选用wide lane模型，一般长度基线选择L1&L2c模型效果较好，10 km以内的基线解算残差应控制在 10 mm以内。对于较大范围或者基线长度差异较大的控制网，基线处理需要根据实际情况选择和不断的精化处理。

［1］李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理［M］.武汉：武汉大学出版社，2010：131～142.

［2］韩绍伟.GPS组合观测值理论及应用［J］.测绘学报，1995，24（2）：8～13.

［3］北京合众拓普科技发展有限公司.Pinnacle（中文）用户手册［R］.

［4］王瑞，岳东杰，卫柳艳.不同观测量对GPS基线解算精度的影响分析［J］.勘察科学技术，2005（03）：33～36.

［5］李和旺，任超，吴伟.不同载波观测值线性组合对GPS基线解算的影响［J］.城市勘测，2011（5）：87～88.

［6］GB/T 18314-2009.全球定位系统（GPS）测量规范［S］.

［7］张双成，曹海洋，高涵等.基于GAMIT的GPS短基线解类型分析及应用［J］.测绘通报，2011（10）：27～29.

Analysis of Baseline Solution Model Based on Pinnacle Software

Zhao Wenbo，Yang Yousheng，Du Shunji
（Guangzhou Urban Planning&Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China）

The baseline solution model of Pinnacle software is introduced and the solution results of measured data at low latitudes are analyzed and verified by the software.The results show that the software can meet the baseline processing requirements of urban control network，ionosphere effects at low latitudes are obvious，and L1&L2 model is suitable for the short baseline within 2 km，L1&L2c model is suitable for baseline within 25 km，wide-lane model is suitable for the baseline longer than 25 km.

baseline solution；pinnacle；combination of observation；ionosphere

1672-8262（2016）02-116-03中图分类号：P228

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