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一、GPS 测量中的几个基本概念

1. 观测时段

从测站上开始接收卫星信号起至停止观测间的连续工作时间段, 简称时段。其持续的时间称为时段长度。时段是 GPS 测量中的基本单位。不同等级的 GPS 测量对时段数及时段长度均有不同的要求, 详见规范。

2. 同步观测

同步观测是指两台或两台以上的 GPS 接收机对同一组卫星信号进行的观测。只有进行同步观测, 才能保证卫星星历误差、卫星钟钟差、电离层延迟等误差的强相关性, 才有可能通过在接收机间求差来消除或大幅度削弱这些误差。因此, 同步观测是进行相对定位时必须遵循的一条原则。

3. 同步观测环和同步环检验

三台或三台以上的 GPS 接收机进行同步观测所获得的基线向量构成的闭合环, 简称同步环。同步环闭合差从理论上讲应等于零, 但由于计算环中各基线向量时所用的观测资料实际上并不严格相同, 数据处理软件不够完善以及计算过程中舍入误差等原因, 同步环闭合差实际上并不为零。同步环闭合差可以从某一侧面反映 GPS 测量的质量, 故有些规范中规定要进行同步环闭合差的检验。但是由于许多误差( 如对中误差、量取天线高时出现的粗差等) 无法在同步环闭合差中得以反映, 因此, 即使同步环闭合差很小也并不意味着 GPS 测量的质量一定很好, 故有些规范中不作此项检验。

4. 独立观测环

独立观测环是指由非同步观测获得的基线所构成的闭合环。我们可以根据 GPS 测量的精度要求, 为独立环闭合差制定一个合适的限差( GPS 测量规范中已作了相应的规定) 。这样, 用户就能通过此项检验较为科学地评定 GPS 测量的质量。与同步环检验相比, 独立环检验能更加充分地暴露出基线向量中存在的问题, 更客观地反映 GPS 测量的质量。

二、 独立基线向量

若一组基线向量中的任何一条基线向量皆无法用该组中其他基线向量的线性组合来表示, 则该组基线向量就是一组独立的基线向量。用 n 台 GPS 接收机进行同步观测时, 可求得n/2( n - 1) 条基线向量。

例如当 n = 3 时, 可求得 3 条基线向量; 当 n = 4 时, 可求得 6 条基线向量; 当 n = 5 时, 可求得 10 条基线向量( 见下图) 。

n 台接收机同步观测可求得的基线向量

 

但其中只有( n - 1) 条基线向量是独立基线向量。独立基线向量可以有许多不同的取法( 见下图 ) 。各组独立基线向量从理论上讲都是相当的, 平差结果与独立基线向量的取法无关。但是由于同步环闭合差实际并不严格为零, 因而取不同的独立基线向量参加网平差时其最终的结果也会有细微差别, 并不完全相同。有学者建议将不同组的基线向量一一代入, 取能使环闭合差最小的那组基线向量来参加网平差。

我们认为还是应按照最初设计好的网形来选择独立基线向量, 采用凑数据的方法来“提高”GPS 网精度的做法并不可取。

独立基线向量的选取方式( n = 4)