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摘要：国内铁路精测网复测的要求越来越严格、规范，特别体现在CPI、CPII和加密网的GPS静态测量及数据处理方面。为了提高GPS静态测量及数据处理的精度，避免不必要的返工重测。本文从GPS静态测量的主要误差来源入手，分析了几种提高GPS静态测量精度的方法。
关键词：GPS；测量误差；星历预报；数据处理；相位中心改正
1.引言
目前集团公司拥有大量的在建和新揽的铁路项目，部分项目的CPI网GPS静态测量因为精度原因需进行重测。在经历了大量的铁路精测网复测工作以后，探索、总结出几种提高GPS静态测量精度的方法。
2.静态GPS测量误差
GPS静态测量是一种相对差分定位，此种定位方式可以消除卫星钟差、同型号GPS接收机钟差和天线相位中心偏移及改化。实际测量中有些误差与测站所在的位置有关，且离得越远空间和时间相关性越差，采用相对差分定位只能削弱其对精度的影响，如大气折射误差、电离层效应、对流层延迟、星历误差等。而多路径效应是GPS静态处理的最主要误差来源，它的产生跟观测环境、卫星仰角、接收机结构与性能都有很大关系。下面阐述3种应用于消除或削弱GPS静态测量误差方法的研究分析及实践。
3.具体的实施方法
3.1星历预报
1）卫星可见数及高度角
星历预报前需从天宝公司Ftp服务器上下载最新的Almanac.aim文件，设置测站经纬度及观测日期等参数，然后就可以进行卫星可见数及高度预报。Trimble Office Planning软件提供图形和列表2种方式进行显示。
卫星可见时间长便于接收机长时间连续的锁定卫星，有利于减少和修复周跳。可见卫星的数量越多差分数据越多，更有利于提高定位精度。合适卫星高度角可以抑制多路径效应、大气延迟等误差的影响。
2）DOP精度因子
GPS有5中不同的DOP精度因子分别是几何、位置、水平、垂直和时间，其中位置精度因子（PDOP）是GPS静态测量关注的重点，《高速铁路工程测量规范》根据不同等级GPS静态测量给出了具体的量化要求。DOP精度因子的值越小实现GPS定位的精度就越高。
通过大量的精测网复测实践发现，CPI网复测前必须进行星历预报，选择PDOP精度因子小、可见卫星多和卫星高度角合适的时机进行观测，避开卫星星历质量差的时段。星历质量差会导致基线解算结果不合格，甚至很多基线不能获得固定解，从而导致不必要的重测。随着基线长度的增加，对星历质量的要求越高；而对于基线长度短于500m的基线观测，一般不需要做星历预报就可以获得较高的精度。
3.2数据预处理
TEQC软件是由UNAVCO研制可运行在DOS和Linux环境下的免费软件，主要功能有：格式转换、数据编辑和质量检查。它的质量检查功能非常全面，很容易发现各种GPS静态测量误差，并进行量化显示。而数据编辑功能可以轻松的实现对质量不好的星历数据或卫星等进行优化删除。
1）质量检查
数据处理前进行质量检查有利于及时掌握GPS静态数据质量情况，可以直观反映出GPS数据的电离层延迟、多路径效应、周跳、卫星信号信噪比等信息，帮助判断质量不佳的数据，并专门对其进行优化处理。常用的质量检查命令是：
>teqc+qc+sym nav N file 0 file
例如：c：＼teqc>teqc+qc+sym -nav HJ-62680.17n HJ62680.170
运行后会生成一个s文件，里面详细的显示出星历和误差等信息。
2）数据编辑
Teqc软件提供了8种方式进行数据截取，可以非常灵活的删除数据质量差的时间段。例如>teqc+dh 1.5 source.180>result.18o，此命令表示截取从开始时间往后的一个半小时的数据，重新生成另外一个数据文件，从而实现对后面质量差的数据的删除。Teqc软件可以实现将2个时间上连续的O文件联接成1个单独的文件，如>teqc sourcel.**o source2.180 >result.180。它还可以禁用质量差的卫星，如>teqc -G7 source.180>result.180，此命令为禁用GPS系统7号卫星。
3.3天线相位中心改正
目前市场上有很多GPS接收机生产厂家，且每家有很多不同的GPS接收机型号，不同厂家、不同型号GPS接收机的天线相位中心都会不一样。如何对不同厂家和型号GPS接收机在数据处理中进行天线相位中心改正。
GPS接收机天线相位中心瞬时改正包括从点位标识到天线参考点（Antenna Reference Point ARP）的高度改正、天线相位中心偏移（Phase Center Offset PCO）改正和天线的相位中心变化（Phase Center Variation PCV）改正，具体的计算见下式：
精确测定天线相位中心偏移和变化相对于参考点（ARP）的位置有两种方法，一种是相对校准法，另一种是绝对校准法。绝对校准是通过微波暗室中用微波信號发生器所产生的模拟GPS信号来对接收机天线进行检测，检测出来的PCV偏差是相对于天线的N、E、u方向，且与卫星的天顶距和方位角有关。此种检测方式效果最好，但是操作复杂，费用昂贵。美国大地测量局在2007年以后提供了很多不同类型天线的绝对校准参数，同型号的天线校准参数一致，不同载波、不同型号的校准参数都不一样。
徕卡LG08.4自定义天宝天线的方法为先从NGS网站找到对应天线类型最新版的ANTEX文件，并把ANTEX内容复制、粘贴、保存到后缀名为.DOME的记事本文件中，然后再对应的LGO项目中输入天线即可，该类型的天线就被正确定义到LGO软件中。 4.算例分析
为了验证不同型号接收机的天线相位中心变化改正是否会对精测网的GPS静态测量的精度产生影响，特以南沙港铁路龙穴南水道特大桥主桥独立控制网为例，进行分析比较。该独立控制网一共埋设了5个强制对中墩。
外业观测采用2台天宝SPS882接收机、1台天宝ZM 2和2台徕卡GS16接收机，进行了2个时段的观测，且每个时段大于90分钟，在第二个时段把DQ01的徕卡GS16和CPIIIOOA的天宝ZM-2进行了对换。为了方便研究分析，采用两种方案进行GPS数据处理。
方案1：采用LGO软件在不使用天线相位中心变化（PVC）改正进行基线解算，网平差采用武汉大学科傻GPS数据处理软件。
方案2：采用LGO软件在使用天线相位中心变化（PVC）改正前提下进行基线解算，网平差采用武汉大学科傻GPS数据处理软件。
两种方案除了一个不进行天线相位中心变化（PVC）改正和另一个进行改正的区别外，其他参数设置及数据处理方法都一致。
从表1和表2可以看出：
①使用相同型号天线进行GPS静态测量天线相位中心变化（PVC）改正前和改正后三维基线向量和二维基线向量结果不变。
②使用不同型号天线进行GPS静态测量PVC改正前和改正后对三维基线向量的各个分量有较大的差值，且随着基线两端仪器型号的变化较差也发生变化。
⑨使用不同型号天线进行GPS静态测量PVC改正前和改正后对二维基线向量的各个分量的较差影响都在1.0mm～2.0mm，不同品牌相互之间的较差大于同品牌不同型号之间的较差。
④使用天线相位中心变化（PVC）改正的数据处理结果精度优于未进行改正的数据处理结果精度。
5.结论
1）CPI和CPII网必须先进行星历预报，选择合适的观测时段再进行GPS静态测量，否则会因星历质量差而进行大量重测。
2）Teqc软件的质量检查可以直观的量化出各种测量误差，方便判断数据文件是否满足规范要求；而编辑功能可以实现对质量稍差的数据文件进行各种优化。
3）使用多种型號的天线进行GPS静态测量，基线解算时必须进行天线相位中心变化（PVC）改正，否则会影响精测网复测的精度。
4）以上3种方法从数据采集、预处理和基线解算3个方面显著提高GPS静态测量的精度，精测网复测中应采用此3种方法。
关键词：GPS；测量误差；星历预报；数据处理；相位中心改正
1.引言
目前集团公司拥有大量的在建和新揽的铁路项目，部分项目的CPI网GPS静态测量因为精度原因需进行重测。在经历了大量的铁路精测网复测工作以后，探索、总结出几种提高GPS静态测量精度的方法。
2.静态GPS测量误差
GPS静态测量是一种相对差分定位，此种定位方式可以消除卫星钟差、同型号GPS接收机钟差和天线相位中心偏移及改化。实际测量中有些误差与测站所在的位置有关，且离得越远空间和时间相关性越差，采用相对差分定位只能削弱其对精度的影响，如大气折射误差、电离层效应、对流层延迟、星历误差等。而多路径效应是GPS静态处理的最主要误差来源，它的产生跟观测环境、卫星仰角、接收机结构与性能都有很大关系。下面阐述3种应用于消除或削弱GPS静态测量误差方法的研究分析及实践。
3.具体的实施方法
3.1星历预报
1）卫星可见数及高度角
星历预报前需从天宝公司Ftp服务器上下载最新的Almanac.aim文件，设置测站经纬度及观测日期等参数，然后就可以进行卫星可见数及高度预报。Trimble Office Planning软件提供图形和列表2种方式进行显示。
卫星可见时间长便于接收机长时间连续的锁定卫星，有利于减少和修复周跳。可见卫星的数量越多差分数据越多，更有利于提高定位精度。合适卫星高度角可以抑制多路径效应、大气延迟等误差的影响。
2）DOP精度因子
GPS有5中不同的DOP精度因子分别是几何、位置、水平、垂直和时间，其中位置精度因子（PDOP）是GPS静态测量关注的重点，《高速铁路工程测量规范》根据不同等级GPS静态测量给出了具体的量化要求。DOP精度因子的值越小实现GPS定位的精度就越高。
通过大量的精测网复测实践发现，CPI网复测前必须进行星历预报，选择PDOP精度因子小、可见卫星多和卫星高度角合适的时机进行观测，避开卫星星历质量差的时段。星历质量差会导致基线解算结果不合格，甚至很多基线不能获得固定解，从而导致不必要的重测。随着基线长度的增加，对星历质量的要求越高；而对于基线长度短于500m的基线观测，一般不需要做星历预报就可以获得较高的精度。
3.2数据预处理
TEQC软件是由UNAVCO研制可运行在DOS和Linux环境下的免费软件，主要功能有：格式转换、数据编辑和质量检查。它的质量检查功能非常全面，很容易发现各种GPS静态测量误差，并进行量化显示。而数据编辑功能可以轻松的实现对质量不好的星历数据或卫星等进行优化删除。
1）质量检查
数据处理前进行质量检查有利于及时掌握GPS静态数据质量情况，可以直观反映出GPS数据的电离层延迟、多路径效应、周跳、卫星信号信噪比等信息，帮助判断质量不佳的数据，并专门对其进行优化处理。常用的质量检查命令是：
>teqc+qc+sym nav N file 0 file
例如：c：＼teqc>teqc+qc+sym -nav HJ-62680.17n HJ62680.170
运行后会生成一个s文件，里面详细的显示出星历和误差等信息。
2）数据编辑
Teqc软件提供了8种方式进行数据截取，可以非常灵活的删除数据质量差的时间段。例如>teqc+dh 1.5 source.180>result.18o，此命令表示截取从开始时间往后的一个半小时的数据，重新生成另外一个数据文件，从而实现对后面质量差的数据的删除。Teqc软件可以实现将2个时间上连续的O文件联接成1个单独的文件，如>teqc sourcel.**o source2.180 >result.180。它还可以禁用质量差的卫星，如>teqc -G7 source.180>result.180，此命令为禁用GPS系统7号卫星。
3.3天线相位中心改正
目前市场上有很多GPS接收机生产厂家，且每家有很多不同的GPS接收机型号，不同厂家、不同型号GPS接收机的天线相位中心都会不一样。如何对不同厂家和型号GPS接收机在数据处理中进行天线相位中心改正。
GPS接收机天线相位中心瞬时改正包括从点位标识到天线参考点（Antenna Reference Point ARP）的高度改正、天线相位中心偏移（Phase Center Offset PCO）改正和天线的相位中心变化（Phase Center Variation PCV）改正，具体的计算见下式：
精确测定天线相位中心偏移和变化相对于参考点（ARP）的位置有两种方法，一种是相对校准法，另一种是绝对校准法。绝对校准是通过微波暗室中用微波信號发生器所产生的模拟GPS信号来对接收机天线进行检测，检测出来的PCV偏差是相对于天线的N、E、u方向，且与卫星的天顶距和方位角有关。此种检测方式效果最好，但是操作复杂，费用昂贵。美国大地测量局在2007年以后提供了很多不同类型天线的绝对校准参数，同型号的天线校准参数一致，不同载波、不同型号的校准参数都不一样。
徕卡LG08.4自定义天宝天线的方法为先从NGS网站找到对应天线类型最新版的ANTEX文件，并把ANTEX内容复制、粘贴、保存到后缀名为.DOME的记事本文件中，然后再对应的LGO项目中输入天线即可，该类型的天线就被正确定义到LGO软件中。 4.算例分析
为了验证不同型号接收机的天线相位中心变化改正是否会对精测网的GPS静态测量的精度产生影响，特以南沙港铁路龙穴南水道特大桥主桥独立控制网为例，进行分析比较。该独立控制网一共埋设了5个强制对中墩。
外业观测采用2台天宝SPS882接收机、1台天宝ZM 2和2台徕卡GS16接收机，进行了2个时段的观测，且每个时段大于90分钟，在第二个时段把DQ01的徕卡GS16和CPIIIOOA的天宝ZM-2进行了对换。为了方便研究分析，采用两种方案进行GPS数据处理。
方案1：采用LGO软件在不使用天线相位中心变化（PVC）改正进行基线解算，网平差采用武汉大学科傻GPS数据处理软件。
方案2：采用LGO软件在使用天线相位中心变化（PVC）改正前提下进行基线解算，网平差采用武汉大学科傻GPS数据处理软件。
两种方案除了一个不进行天线相位中心变化（PVC）改正和另一个进行改正的区别外，其他参数设置及数据处理方法都一致。
从表1和表2可以看出：
①使用相同型号天线进行GPS静态测量天线相位中心变化（PVC）改正前和改正后三维基线向量和二维基线向量结果不变。
②使用不同型号天线进行GPS静态测量PVC改正前和改正后对三维基线向量的各个分量有较大的差值，且随着基线两端仪器型号的变化较差也发生变化。
⑨使用不同型号天线进行GPS静态测量PVC改正前和改正后对二维基线向量的各个分量的较差影响都在1.0mm～2.0mm，不同品牌相互之间的较差大于同品牌不同型号之间的较差。
④使用天线相位中心变化（PVC）改正的数据处理结果精度优于未进行改正的数据处理结果精度。
5.结论
1）CPI和CPII网必须先进行星历预报，选择合适的观测时段再进行GPS静态测量，否则会因星历质量差而进行大量重测。
2）Teqc软件的质量检查可以直观的量化出各种测量误差，方便判断数据文件是否满足规范要求；而编辑功能可以实现对质量稍差的数据文件进行各种优化。
3）使用多种型號的天线进行GPS静态测量，基线解算时必须进行天线相位中心变化（PVC）改正，否则会影响精测网复测的精度。
4）以上3种方法从数据采集、预处理和基线解算3个方面显著提高GPS静态测量的精度，精测网复测中应采用此3种方法。