GNSS基准站网数据处理方法探析

关于子网划分方法，已有学者进行研究，并得出了一些结论(刘经南等，1998；隋立芬，2001；文鸿雁等，2002)。刘经南等(刘经南等，1998)按照测站的观测质量将国家1992 A级GPS网划分为两个子网进行处理；隋立芬(隋立芬，2001)处理全国高精度GPS网与中国地壳运动观测网络数据时，按照测站的地域分布、中国大陆地壳构造、地震断裂带分布等因素，分为6个区域处理。

上述子网划分的研究成果基本上是针对某一特定工程而进行的，同时对于如何选取子网间的公共站也没有进行论述。同时，已有的研究成果主要是针对由不同时期施测的会战式GPS网组合而成的大规模网数据情况，特别是1998年之前，早期观测的GPS数据中粗差较多、数据质量较弱，与现在的大规模基准站网的特点不一致。

为了研究不同子网划分方案对大规模基准站网数据解算的影响，本节以2009年5月2日至7日的IGS全球连续运行跟踪站数据为例，按照不同的原则来划分子网，通过分析，以验证上节所提子网划分原则的可靠性与实用性。

1.子网划分方法设计

采用的数据为SIO划分的IGS1(43站)和IGS2(43站)子网数据。两个子网有3个重复的公共站，将其合并为83个测站的整网(以下称IGSA)，测站分布如图3-5所示。数据观测时间为2009年5月2日至7日，共计6天。设计的四种解算模式为：

方案一：IGSA整网解算，即不划分子网。

方案二：按照SIO的划分原则，将IGSA分为IGS1和IGS2两个子网，测站分布如图3-6所示，公共站为CHAT、GENO、KIRI三站。

方案三：将IGSA分为IGS1_1(46站)和IGS2_1(40站)两个子网，其测站分布如图3-7所示，公共站为CHAT、GENO、KIRI三站。本方案与方案二相比，均为2个子网，子网测站数基本保持一致，测站的空间分布不同。

方案四：将IGSA分为IGS1_2(62站)和IGS2_2(24站)两个子网，其测站分布如图3-8所示，公共站为CHAT、GENO、KIRI三站。本方案与方案二相比，均为2个子网，但子网测站数以及测站空间分布均发生了改变。

图3-5　IGSA测站分布图

图3-6　子网划分方案二测站分布图

图3-7　子网划分方案三测站分布图

在上述的四种方案中，方案一为整体解算方案，即同时解算全部83个测站；方案二、方案三、方案四为分子网解算，即首先将各子网独立解算，然后将各子网的基线解进行整体平差，得到最终解算结果。

2.数据处理方案

数据处理采用GAMIT/GLOBK(10.4版本)软件。数据处理方案见表3-8。

图3-8　子网划分方案四测站分布图

表3-8　子网划分数据处理方案

(www.xing528.com)

基线解算完毕后，采用GLOBK软件进行网平差。平差时将各方案的基线结果文件作为输入文件，进行整体网平差，得到各方案的点位结果。平差时基准站选取为：ALIC、CHAT、CHUR、DAV1、KELY、KERG、MKEA、NRC1、SANT、SYOG、VESL、WSRT。这12个基准站均为ITRF2000和ITRF2005参考框架的核心站，观测时间长、数据质量较好，同时在全球分布较为均匀。平差基准为ITRF2005框架、2009.3315历元。

3.实验结果分析

为判定子网划分方式是否合理，采用的方法是：分析平差后的点位中误差以及点位坐标与真实值的较差。点位中误差体现了平差结果离散程度的大小，点位坐标与真实值之间的较差体现了平差结果与真值之间的偏离程度。由于实际中绝对真实值无法获取，以SOPAC发布的IGS站点在ITRF2005、2009.122历元的坐标为真值。

由于方案一、方案二、方案三、方案四采取一致的处理策略，区别仅在于子网划分不同，因此，可以认为此时方案一、方案二、方案三、方案四之间的结果差异是由于不同的子网划分方法引起的。方案一、方案二、方案三、方案四平差后点位中误差示意图如图3-9、图3-10、图3-11所示。

图3-9　子网划分各方案X方向中误差

图3-10　子网划分各方案Y方向中误差

由图3-9、图3-10、图3-11可知，四种方案的点位中误差量级大体一致，均优于5mm。方案一平差后的点位中误差最小，方案二与方案一精度大致相当，差异不超过1mm。而方案三和方案四精度略差。虽然四种方案点位中误差的差异数值不大，但可以反映整体求解的精度具有优势。同时，以SOPAC发布的IGS站点坐标为真值，并将方案一、方案二、方案三、方案四平差结果与之比较，得到的精度统计见表3-9。

图3-11　子网划分各方案Z方向中误差

表3-9　子网划分各方案多天解精度统计表(单位：mm)

由表3-9可以看到，四种方案的解算精度较高，坐标分量的统计精度均优于1cm。方案一的精度最高，方案二精度与方案一接近，但仍略低于方案一。方案三与方案四精度较方案一、方案二为低，特别是方案四，Z方向的精度较方案一降低了3mm。

比较方案二、方案三、方案四，可以得到：三种方案均将同一个大规模基准站网划分为2个子网，子网间的公共站也相同。但在子网测站的数目及空间分布上，方案二中2个子网的测站数目一致(均为43站)，测站分布也大体一致，空间分布较为均匀。方案三中2个子网的测站数目大体一致(46站与40站)，但测站的分布不均匀：IGS1_1中的测站位于欧洲及美洲，而IGS2_1中测站位于非洲、南极及亚太地区，2个子网测站分布重叠区域较小。方案四不仅测站数目相差较大(62站与24站)，空间分布也很不均匀：IGS1_2子网测站均位于北半球，而IGS2_2子网测站均位于南半球，两个子网间基本上没有重叠区域。

结合图3-9、图3-10、图3-11和表3-9，可以看到，无论是平差后的中误差还是与真实值之间的较差，精度可以按从高到底排列为：方案二＞方案三＞方案四。这些差异主要可能是由于子网划分不同造成的。方案二在子网测站数与测站分布上都很均匀，精度较高；方案三的子网测站数较均匀，但分布不均匀，精度次之；方案四子网测站数和分布均很不均匀，精度更次。从这个角度来说，SIO划分的子网(方案二)是一种较合理的划分子网方式，而方案三、方案四的划分方式则是不合理的。同时，当子网划分合理时，精度与整体解算的结果基本一致。

综合上述两种评判方法，方案一无论是平差后点位中误差还是与真值的较差均为最小，方案二与方案一大体相当而略差；方案三、方案四虽然精度水平较高，但与前两者相比仍较差。因此，可以得到如下结论：

①先划分子网处理，然后将基线解联合平差得到结果是一个行之有效的手段；

②子网划分较为合理时，分子网求解与全网整体求解的结果大体一致；

③子网划分较不合理时，分子网求解的精度可能会有一定程度的降低；

④由于全网整体处理策略不需要划分子网，因此可以避免子网划分不当而带来的精度损失。