在进行GNSS网图形设计前,必须明确有关GNSS网构成的几个概念,掌握网的特征条件的计算方法。
1.GNSS网图构成的几个基本概念
(1)观测时段(Observation Session):测站上开始接收卫星信号进行观测到停止,连续观测的时间间隔。
(2)同步观测(Simultaneous Observation):两台及以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。
(3)同步观测环(Simultaneous Observation Loop):三台及以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。
(4)异步观测环(Non-Simultaneous Observation Loop):在构成多边形环路的所有基线向量中,只要有非同步观测基线向量,该多边形环路就叫异步观测环,简称异步环。
(5)独立基线(Independent Baseline):对于N台GNSS接收机构成的同步观测环,独立基线数为N-1。
(6)数据剔除率(Percentage of Data Rejection):删除的观测值个数与应获得的观测值个数的比值。
(7)天线高(Antenna Height):观测时接收机天线平均相位中心到测站中心标志面的高度。
(8)参考站(Reference Station):在一定的观测时间内,一台或几台接收机分别固定在一个或几个测站上,一直保持跟踪观测卫星,其余接收机在这些测站的一定范围内流动设站作业,这些固定站称为参考站。
(9)流动站(Moving Station):在参考站的一定范围内流动作业的接收机设立的测站。
(10)卫星定位连续运行基准站(Continuously Operating Reference Station,CORS):由卫星定位系统接收机(含天线)、计算机、气象设备、通信设备及电源、观测墩构成的观测系统。它长期连续跟踪观测卫星信号,通过数据通信网络定时、实时或按数据中心的要求将观测数据传输到数据中心。它可独立或组网提供实时、快速或事后的数据服务。
(11)单基线解(Single Baseline Solution):在多台GNSS接收机同步观测中,每次选择两台GNSS接收机的观测数据来解算基线向量。
(12)多基线解(Multi-baseline Solution):从N(N≥3)台GNSS接收机同步观测值中,由N-1条独立基线构成观测方程,统一解算出N-1条基线向量。
(13)国际导航卫星系统服务(International GNSS Service,IGS):提供全球卫星导航系统包括GPS、GLONASS、GALILEO等的卫星星历、卫星钟差以及相应卫星系统的地面基线坐标等方面信息的国际组织。
2.GNSS网特征条件的计算
设在一个测区中需要布设n个GNSS点,用N台接收机进行观测,在每一个点观测m次,则根据R.A.Sany提出的观测时段数计算公式
可以计算出所需要的GNSS网特征条件参数,如表2.1.6所示。
表2.1.6 GNSS网特征条件参数
(www.daowen.com)
一个具体GNSS网图形结构的主要特征,可依据以上公式进行计算。
3.GNSS网同步图形构成及独立边选择
根据表2.1.6,由N台GNSS接收机同步观测可得到的基线(GNSS边)数为
但其中仅有N-1条是独立边,其余为非独立边。图2.1.1给出了当接收机数N为2~5时所构成的同步图形。
图2.1.1 N台接收机同步观测图形
在图2.1.1中,仅有N-1条边是独立的,其余边为非独立边。图2.1.2给出了独立GNSS边的不同选择形式。
图2.1.2 独立GNSS边的不同选择形式
当同步观测的GNSS接收机数N≥3时,同步闭合环的最少个数应为
接收机数N、GNSS边数B和同步闭合环数L(最少个数)的对应关系如表2.1.7所示。理论上,同步闭合环中各GNSS边的坐标差分量之和(即坐标闭合差)应为0,但由于各台GNSS接收机间并不严格同步,以及模型误差和处理软件内在的缺陷,同步闭合环的闭合差并不等于0。GNSS规范规定了同步闭合差的限差,对于同步较好的情况,应遵守此限差要求。但由于某种原因,同步不十分好时,可适当放宽此项限差。
表2.1.7 GNSS接收机数同边数、同步闭合环的关系
在工程应用中,同步闭合环的闭合差的大小只能说明GNSS基线向量的解算是否合格,并不能说明GNSS基线向量的精度高低,也不能发现接收的信号是否受到干扰而含有粗差。
为了确保GNSS观测效果的可靠性,有效地发现观测成果中的粗差,必须使GNSS网中的独立边构成一定的几何图形,这种几何图形可以是由数条GNSS独立边构成的非同步多边形(亦称非同步闭合环),如三边形、四边形、五边形……当GNSS网中有若干个起算点时,也可以由两个起算点之间的数条GNSS独立边构成附合路线。当某条基线进行了两个或多个时段观测时,即形成所谓的重复基线坐标闭合差条件。异步环条件及全部基线坐标条件,是衡量精度、检验粗差和系统差的重要指标。GNSS网的图形设计,就是根据所布设的GNSS网的精度和其他方面的要求,设计出由独立GNSS边构成的多边形网(或称为环形网)。
异步环的构成,一般应按所设计的网图选定,必要时在经技术负责人审定后,也可根据具体情况适当调整。当接收机多于3台时,也可按软件功能自动挑选独立基线构成环路。
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