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一、GPS 測(cè)量中的幾個(gè)基本概念

1. 觀測(cè)時(shí)段

從測(cè)站上開(kāi)始接收衛(wèi)星信號(hào)起至停止觀測(cè)間的連續(xù)工作時(shí)間段, 簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)段。其持續(xù)的時(shí)間稱(chēng)為時(shí)段長(zhǎng)度。時(shí)段是 GPS 測(cè)量中的基本單位。不同等級(jí)的 GPS 測(cè)量對(duì)時(shí)段數(shù)及時(shí)段長(zhǎng)度均有不同的要求, 詳見(jiàn)規(guī)范。

2. 同步觀測(cè)

同步觀測(cè)是指兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的 GPS 接收機(jī)對(duì)同一組衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行的觀測(cè)。只有進(jìn)行同步觀測(cè), 才能保證衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘鐘差、電離層延遲等誤差的強(qiáng)相關(guān)性, 才有可能通過(guò)在接收機(jī)間求差來(lái)消除或大幅度削弱這些誤差。因此, 同步觀測(cè)是進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)必須遵循的一條原則。

3. 同步觀測(cè)環(huán)和同步環(huán)檢驗(yàn)

三臺(tái)或三臺(tái)以上的 GPS 接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)所獲得的基線(xiàn)向量構(gòu)成的閉合環(huán), 簡(jiǎn)稱(chēng)同步環(huán)。同步環(huán)閉合差從理論上講應(yīng)等于零, 但由于計(jì)算環(huán)中各基線(xiàn)向量時(shí)所用的觀測(cè)資料實(shí)際上并不嚴(yán)格相同, 數(shù)據(jù)處理軟件不夠完善以及計(jì)算過(guò)程中舍入誤差等原因, 同步環(huán)閉合差實(shí)際上并不為零。同步環(huán)閉合差可以從某一側(cè)面反映 GPS 測(cè)量的質(zhì)量, 故有些規(guī)范中規(guī)定要進(jìn)行同步環(huán)閉合差的檢驗(yàn)。但是由于許多誤差( 如對(duì)中誤差、量取天線(xiàn)高時(shí)出現(xiàn)的粗差等) 無(wú)法在同步環(huán)閉合差中得以反映, 因此, 即使同步環(huán)閉合差很小也并不意味著 GPS 測(cè)量的質(zhì)量一定很好, 故有些規(guī)范中不作此項(xiàng)檢驗(yàn)。

4. 獨(dú)立觀測(cè)環(huán)

獨(dú)立觀測(cè)環(huán)是指由非同步觀測(cè)獲得的基線(xiàn)所構(gòu)成的閉合環(huán)。我們可以根據(jù) GPS 測(cè)量的精度要求, 為獨(dú)立環(huán)閉合差制定一個(gè)合適的限差( GPS 測(cè)量規(guī)范中已作了相應(yīng)的規(guī)定) 。這樣, 用戶(hù)就能通過(guò)此項(xiàng)檢驗(yàn)較為科學(xué)地評(píng)定 GPS 測(cè)量的質(zhì)量。與同步環(huán)檢驗(yàn)相比, 獨(dú)立環(huán)檢驗(yàn)?zāi)芨映浞值乇┞冻龌€(xiàn)向量中存在的問(wèn)題, 更客觀地反映 GPS 測(cè)量的質(zhì)量。

二、 獨(dú)立基線(xiàn)向量

若一組基線(xiàn)向量中的任何一條基線(xiàn)向量皆無(wú)法用該組中其他基線(xiàn)向量的線(xiàn)性組合來(lái)表示, 則該組基線(xiàn)向量就是一組獨(dú)立的基線(xiàn)向量。用 n 臺(tái) GPS 接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)時(shí), 可求得n/2( n - 1) 條基線(xiàn)向量。

例如當(dāng) n = 3 時(shí), 可求得 3 條基線(xiàn)向量; 當(dāng) n = 4 時(shí), 可求得 6 條基線(xiàn)向量; 當(dāng) n = 5 時(shí), 可求得 10 條基線(xiàn)向量( 見(jiàn)下圖) 。

n 臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)可求得的基線(xiàn)向量

但其中只有( n - 1) 條基線(xiàn)向量是獨(dú)立基線(xiàn)向量。獨(dú)立基線(xiàn)向量可以有許多不同的取法( 見(jiàn)下圖 ) 。各組獨(dú)立基線(xiàn)向量從理論上講都是相當(dāng)?shù)? 平差結(jié)果與獨(dú)立基線(xiàn)向量的取法無(wú)關(guān)。但是由于同步環(huán)閉合差實(shí)際并不嚴(yán)格為零, 因而取不同的獨(dú)立基線(xiàn)向量參加網(wǎng)平差時(shí)其最終的結(jié)果也會(huì)有細(xì)微差別, 并不完全相同。有學(xué)者建議將不同組的基線(xiàn)向量一一代入, 取能使環(huán)閉合差最小的那組基線(xiàn)向量來(lái)參加網(wǎng)平差。

我們認(rèn)為還是應(yīng)按照最初設(shè)計(jì)好的網(wǎng)形來(lái)選擇獨(dú)立基線(xiàn)向量, 采用湊數(shù)據(jù)的方法來(lái)“提高”GPS 網(wǎng)精度的做法并不可取。

獨(dú)立基線(xiàn)向量的選取方式( n = 4)