王志国
河北省邯郸市水利水电勘测设计研究院 河北邯郸 056107
摘要：全球定位系统GPS(Global positioning system)是美国国防部研制的新一代卫星导航系统。在大地测量、地形测量以及定位与导航等领域内，全球定位系统得到了越来越广泛的应用。近十多年来，高精度定位模型和计算方法得到飞速的发展，给高精度大地测量、地壳形变监测带来了新的生机，由于其全天候观测、建站方便和维护费用低等优点，GPS观测技术在地球动力学研究领域逐渐起主导地位。
关键词： GPS；数据处理；统一；
1 基准的统一方法
高精度CPS测量中基准的统一，通常涉及到GPS地面起算点的坐标基准和基线解算时卫星星历的基准两方面的内容。也就是说，高精度GPS测量中基准的统一包括地面基准点的坐标基准转换和IGS精密星历的基准转换，而地面基准点的坐标基准转换又包括坐标历元基准的转换和坐标框架基准的转换。IGS精密星历的基准转换又包括卫星轨道的框架转换和地球自转参数的框架转换。
1.1 在基线处理时统一基准
高精度GPS测量的坐标基准是动态的、高精度的、全球地心坐标参照系统，不同时期的ITRF框架之间具有平移、尺度和旋转的系统差；不同时期的精密星历、跟踪站坐标及速度场和地球自转参数应对应于相应时期的ITRF框架，因此在数据处理时应将基准站坐标和精密星历化算为统一的ITRF框架和相对应的历元。
1.2 在平差处理时统一基准
该方法是在基线解算时，以各期在观测时的精密星历所在的框架和历元为基准，将IGS综合精密星历作为固定或强约束基准，而将全球基准站的坐标作为松弛约束，也就是将地面坐标以相对弱约束基准，得到各期观测在相应基准下的基线解。在平差时，为了使各期观测成果统一到相同的基准下，以形变分析的参考基准坐标作为固定值，同时对各期的基线解加入系统误差参数，使各期的观测成果统一到相同的基准下，从而实现基准的统一。
2 高精度GPS网数据处理平差方法与基准站选取及影响
在GPS网的平差处理中，我们求解平差问题时首先要选定一个坐标系，坐标系是由一组己知点组成的，这些已知点我们称之为基准点。GPS网是一个自由网，要进行网的平差，首先必须选取一个或几个高精度的点作为平差的基准点。对于高精度GPS测量网的数据处理，选取的坐标基准必须是连续自洽的、不断精化的、全球统一的地心坐标参考系统。
在高精度GPS网的数据处理中，选择参考基准时应考虑地壳运动的影响，选择的参考基准应当具有精确的地心坐标和稳定可靠位移速度的GPS永久性跟踪站标定。通常的做法是选取国际GPS地球动力学服务提供的部分跟踪站作为控制。并在平差时对IGS跟踪站的坐标和GPS精密星历施加不同程度的约束，这样可使GPS区域网直接纳入到IGS所维持的国际地球参考框架(ITRF)下。选择的1GS跟踪站不同，平差中对IGS跟踪站坐标施加的约束不同，就产生不同的平差方法和不同的平差基准。而GPS区域网点的坐标都是由此参考基准站通过同步观测推算出来的，这些推算出来的GPS网点坐标，己不再是严格意义上的国际地球参考框架(ITRF)下的坐标。为了明确所推算的GPS网点坐标的意义，就必须讨论参考基准的意义，即对所选基准有一个明晰的分布或是分布的数量对平差结果的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3 高精度GPS数据处理的坐标框架基准的统一
由于在进行高精度GPS数据处理时采用了高精度的GPS精密星历进行解算所以高精度GPS数据处理是区别于常规的GPS数据处理的，如IGS最终精密星历，这种精密星历是一种由国际GNSS服务(IGS)生产的精密星历，并且以由国际地球自转及参照系服)所提供的国际地球参考框架作为坐标参考基准。
3.1 经典大地测量基准和空间大地测量基准
大地测量基准是由一组参数来表达的，这些参数是确定测量参考系在地球内部的定向、定位以及描述参考面的形状和大小的参数，而经典大地测量基准是通过大地测量手段建立起来的，近十几年来，随着空间定位技术的发展，在现代生活和科技发展中，经典大地坐标基准己经显现出越来越多的局限性，主要表现在以下几个方面:一是经典大地测量基准是一个“非地心”的基准；二是经典大地测量基准是一个三维基准(近似)；三是经典大地测量基准是一个静态的基准。
自从20世纪80年代以来，伴随着空间技术(VLBI,SLR,LLR,DORIS和GPS等技术)的迅猛发展，空间大地测量技术可以对地球上发生的各种运动及动力学现象，即包括地球的整体运动；地面点的局部运动与形变等进行观测。所以，建立和使用一个高精度的、三维的、动态的和地心的全球大地测量基准是非常必要的。
3.2 国际地球参考框架(ITRF)
参考系统和参考框架的关系为:参考系统是一种理论概念和抽象形式，不易于使用。而参考框架才是从实践上建立参考系统，它提供一个使参考系统具体化的方法，以便描述点的运动，是参考系统的具体实现形式，用户可以通过参考框架中的基准点的坐标将未知点的坐标纳入到该参考系统中去，即参考框架是一组具有相应坐标参照系下坐标及其时间演变的点。
利用卫星进行导航定位时，所用到的轨道数据(用来计算卫星位置)通常是基于地心地固系的，然后这些轨道数据被用户用来计算观测时刻的卫星位置以及确定用户的位置。因此，在进行GPS数据处理计算时，采用的轨道数据和直接的定位结果具有同样的坐标参照系。而目前来看有两种GPS卫星轨道数据较为常用，即:一是广播星历(基于WGS-84)；二是IGS精密星历(基于(ITRF)国际地球参考框架)。如果在进行数据处理时，采用的星历是广播星历那么所得的结果则属于WGS-84；采用的星历是IGS精密星历所得结果则属于ITRF。高精度的GPS测量和常规的GPS测量的主要不同之处在于高精度的GPS测量进行基线解算时用的是精密星历(例如IGS精密星历)，而坐标参考基准为ITRF(国际地球参考框架)英文全称为InternationalTerrestrialReferenceFrame,是IERS的三种产品(ITRF,ERP,ICRS)之一并由IERS的中心局的ITRS部门建立的。
ITRF即为国际地球参考框架，它是ITRS(InternationalTerrestrialReferenceSysterm,国际地球参考系统)的具体实现，由IERS中心局的ITRF(地球参考框架)部门负责建立和维护。组成ITRF的站坐标(SSC)和站速度是利用基于甚长基线干涉VLBI、激光测月LLR、激光测卫SLR,GPS、卫星集成的多普勒轨道和无线电定位DORIS、光学天体测量、检潮仪和气象传感器等空间大地测量技术所采集的观测数据计算出来的。
4 结语
为满足大地测量、地球动力学研究等精密应用领域的需要，对卫星星历误差的要求也越来越高，精密星历就是为满足精密应用领域的需要而研制、生产的一种高精度的事后星历。随着GPS定位技术的不断提高，使其应用领域也越来越广。高精度GPS测量足以直接监测出地壳运动和构造变形的细微变化，对于全球性和区域性地壳形变监测有着非常重要的作用。
参考文献：
[1]徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及应用[M].武汉大学出版社，2002.
[2]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉大学出版社，2005.王志国 身份证号 130403197807101518
论文作者:王志国
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/16
标签：基准论文; 坐标论文; 精密论文; 测量论文; 框架论文; 数据处理论文; 地球论文; 《防护工程》2018年第13期论文;