摘要：本文主要通过是建立在TGO实验的基础上分析影响GPS基线解算中影响高程精度的因素。在熟悉TGO这款软件的同时进行实验分析影响基高程解算精度的因素，能在实际工作中具备一定应用价值，同时掌握GPS基线解算是的一些技巧。

　　关键词：GPS 基线 TGO 高程 垂直精度

　　引言 GPS定位技术在测量中的应用日益深入广泛，在现代工程测量领域，尤其在精密工程测量中,GPS测量正在逐渐代替传统测量方法而成为测量的一种常用工具，并且代表着测绘仪器的发展方向。GPS测量节省了很多人力物力，给人们提供了极大的方便，一定程度上降低了野外测量的难度。它的优势首先就是它解决了测量中的通视问题，这一点在布设各种三角网、测边网、边角网方面就显得极为突出。随着该技术的不断发展，对GPS测量精度的要求越来越高。

　　GPS测量可以同时获得相对精度较高的三维坐标，即大地经度L、大地纬度B和大地高H。大量的实践数据表明,GPS测量的平面坐标精度是可靠的,能达到工程测量的要求,而高程测量方面由于受坐标系统不一致、观测误差等的影响,其精度一直被认为不太可靠,仪器的标称精度也较平面定位精度低1倍,这在很大程度上限制了GPS技术的应用。在现阶段的施工中控制网的建立，多采用平面和高程分开建立的方法。因此,有必要对GPS高程测量的精度和方法进行深入的探讨,以使其更广泛地应用于测量领域,为我国的工程建设服务。 GPS高程测量原理 GPS数据经过数学处理后可以的到两个GPS点之间的基线向量和大地高差。因此在一个GPS控制网中知道一点的大地高就可以求得全网的大地高。大地高是以椭球面为基准的高程系统,其定义为由测点沿通过该点的椭球面法线到椭球面

　　的距离。但是现阶段的工程测量和高程放样是采用正高系统或正常高系统，而不是大地高系统。正高即地面点沿垂线方向到大地水准面的距离,正常高即地面点沿垂线方向到似大地水准面的距离。两者的联系公式为：

　　(1)

式中,为地面点大地高;为正高;为正常高;为大地水准面差距;为高程异常。

　　由公式看出利用GPS数据测高程的工作分为两部分。第一部分是GPS数据采集和处理;第二部分是大地水准面差距的精确求的。其中大地水准面差距精度的提高，有赖于物理大地测量理论和技术的进步。从局部应用的角度来看，发展方向是建立区域性的高精度、高分辩率的大地水准面。目前，应用最新的全球重力模型，几何地面重力数据，GPS测量成果和精密水准资料所建立的区域性水准面(或似大地水准面)精度已达到2～3CM。

本文重点分析第一部分，分析在GPS基线解算精度有影响的因素中对高程精度影响突出的因素，通过实验加以论证。 GPS高程测量误差分析 影响GPS基线解算精度的因素分野外收集和内业处理两个大的方面。其中野外收集可以依靠各种技术手段提高野外工作的质量。GPS 基线内业处理是继野外测量之后的一项重要工作。基线结果的质量不仅依赖于野外工作的质量，还与基线内业处理的方法有很大的关系。内业处理中影响GPS基线解算精度的因素分为：(1)大气相关的影响因素;(2)与卫星相关的影响因素;(3)主观条件选择的影响因素三个方面，包括： a.电离层折射;b.对流层折射;c.星历选择;d.卫星高度角设置;e.观测时间长短的设定;f.频率选取等因素;g.起算点的选择;h.基线解类型的设定;i.观测卫星选择九个小的方面。通过长期的实验证明其中电离层折射、对流层折射、卫星高度角设置、观测时间长短、观测卫星选择等五个方面对GPS高程精度的影响比较明显。 电离层是在高度60～1000km间的大气层。在太阳各种射线和高能粒子等的作用下，电离层中的中性气体分子部分被电离，产生的大量的电子和正离子，从而形成了一个电离区域。GPS信号是一种电磁波信号，在穿过电离层的事后，其传播速度会发生变化，从而使得信号的传播时间Δt´乘上真空中的光速c后所得到的距离ρ´不等于从信号源至接收机的几何距离ρ。对于GPS测量来讲，这种差异在天顶方向可达十几米，在高度角5°时可超过50m[1]，因而必须仔细的加以改正。改正方法有：模型改正、双频改正和双差改正。模型改正这个方法主要用于单频接收机。在导航电文中提供电离层改正模型，用目前所提供的模型可将电离层延迟减少75%。双频改正是利用卫星同时用两种频率来发射信号，那么这两种不同频率的信号到达接收机的时间差Δt，就能分别反推出它们各自所受到的电离层延迟。双差改正是当两台GPS接收机天线相距不是很远时，由于卫星到两个测站的电磁波传播路径很相似，因此通过求差，可以削弱电离层延迟的影响。一般在在10km以上的基线才加入额外的电离层改正。 2)对流层大气成分较为复杂，也是气象现象出现的主要地区。磁波信号传播产生非色散延迟，使电磁波传播路径比几何距离长，因而这一延迟通常叫做额外路径长度。对流层延迟与电磁波在其中的传播速度和频率无关，只与大气折射率和传播方向有关。在天顶方向延迟可达2.3m，在高度角10°时可达20m[1]。而大气折射率又分为干分量(与大气的温度和气压有关)和湿分量(与大气温度和高度有关)两部分。假设对流层中的某处的大气折射系数为n，则电磁波信号在该处的传播速度为，因此当电磁波信号在对流层中的传播时间为时，其真正的路径长度为：

(2)

即为对流层延迟，而 即为对流层延迟改正。

　　常用的模型有Hopfield模型、Saastamoinen模型、Black模型和Niell模型，其中Niell模型实质上是一个映射函数。这四种模型虽然形式不同，但用同样的一组气象数据代入后求得的天顶方向的对流层延迟的较差一般仅为几毫米，当高度角为15度的时候，互差在厘米级[2]。 其中Black模型是在Hopfield模型的基础上加入了路径弯曲影响，Hopfield模型和Black模型所求得的天顶方向对流层延迟之差小于1mm。而Hopfield模型和Saastamoinen模型求得的天顶方向的对流层延迟有较明显差别，这种差异和气象元素有关[2]。最新研究指出在海拔较高地区两模型可相差数十厘米，经过比较后Saastamoinen模型较好。 卫星高度角就是接收机所锁定的卫星与测站之间的连线和地面之间的夹角。在观测及处理时，一旦设置了卫星高度角，那么所采用的数据就是在以测站为原点，以高度角为母线绕天顶方向旋转一周所形成的旋转锥体内的卫星所测得到的数据。卫星高度角的设置是为了避免和削弱在高度角过低的线路上，卫星信号传播的过程中由于遮挡和在对流层中传播更长时间而产生的更大噪声对整体解算的影响，而使用数据质量较高的卫星进行基线的解算。在高楼林立的城市中进行GPS测量的时候卫星高度角是很重要的设置，一般高度角不应小于15度。数据处理中用户可以自己设置的，这个角值可以和外业观测接收机所设置的截止角不同，可以大于也可以小于，但通常应该不低于外业截止角，若设置低于外业截止角，则以外业截止角为准处理基线，这种情况对数据处理没有影响。增大高度角大于外业截止角将会在GPS处理中删除低于这个角度的卫星数据，避免的噪声相对较大的数据源，但是同时也减少了卫星星座中可用的卫星，影响处理结果。 4)GPS观测时间的长短取决于使用的观测方法和所要求达到的观测精度。在测量应用中，GPS测量所需要的观测时间就是满足求解载波相位整周模糊度所需数据的时间。观测时间越长或可观测到的卫星数越多，则用于求解载波相位整周模糊度的数据也就越多，求解结果的可靠性越好。观测时间有的达几天几周甚至更长，有的只有几秒甚至更短，这些均视具体要求而定。在一般外业测量中，特别是长基线的测量中，延长观测时间有助于提高基线解算的精度，而在各种仪器的指标中可以看出长时间的观测精度相应提高。

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