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一种精确测定超短基线真方位角的方法1 引言 工程测绘中,基线方向常用高斯投影面坐标方位角来表示,在特定情况下则需要测定基线的真方位角，如地质与地球物理勘探、 航空、 航海、 炮兵射击雷达定向等。 所谓真方向角，即某点指向北极的方向线叫真北方向线，也叫真子午线,从该点的真北方向线起,依顺时针方向到目标方向线间的水平夹角，叫该点的真方位角勺。 确定一条基线真方位角的方法,通常有陀螺全站仪法、 高斯投影改正法。 由控制测量可知，求解基线坐标方位角,两端已知点间距越长，解算越精确，反之，边长越短，其坐标方位角精确求解越困难。 同样，求解真方位角亦是如此,例如在针对飞机惯导系统进行检校与标定时,其长度仅几十米,若要精确解算其真方位角,是极其困难的，因为在短距离中,GNSS观测天线相位中心偏差、仪器校准误差、观测星历等因素对其方位计算影响较大。 在超短基线定位领域,有学者已经做了许多相关研究工作，如:李瑜等以3种不同长度的基线，对比分析了PPE软件24h数据的处理精度同；王德刚等着重分析了超短基线定位的误差来源⑺；杨贵海等从测距误差、测深误差着手，提高了测量设备的定位精度剧。 类似上述的研究不少,但前人或从软件测试角度，或从仿真技术入手，主要探讨的是点位精度,而非真方位角。此外,传统高斯投影法在求解真方位角时，需将大地坐标投影至高斯平面，再反算其坐标方位角、 子午线收敛角、 方向改化，方可获得真方位角，该过程繁琐、解算易出偏差、 实用性不强。 为精确、 便捷求解超短基线真方位角，本研究基于站心地平坐标系的基础理论,结合某飞机惯导检验项目，分析、 探讨了站心地平坐标系在飞机惯导检验测试中求解超短基线真方位角的实践运用。 通过与传统高斯投影改正法的对比，该方法在精度上无损失，且求解便捷,提高了实用性。 2站心地平坐标系计算模型站心地平坐标系以测站P为原点，以P点的法线为Z轴，取大地天顶距方向为正方向。 地表上,以子午线方向为x轴,y轴与x轴、 z轴正交，它与空间直角坐标系所属的两种坐标系的坐标原点及3个坐标轴的指向均不同，存在着平移旋转的关系。 站心地平坐标系一般用于深空大地测量研究,由于真方位是确定单个点位到另一点位的方位,因此本文利用站心地平坐标系的定义对两点间的方位进行求解。 基于该计算理论，可推知用于求解基线边真方位角的计算模型。
图1空间直角坐标系与站心地平坐标系示意图 3计算实例 3. 1基于站心地平坐标系的计算 基于上述站心地平坐标系计算模型，以某机场超短基线真方位角作为工程背景，本文在另一测区进行实地布点与观测，进行了前期案例的解算试验。 工程待求基线长50 m,要求观测精度达0.005。 (18〃)。 本文实际布设边长30-40 m,共布设12条基线，并进行了实地GNSS观测,观测与真方位角的解算结果见表1。 首先利用GNSS观测，测定化点的大地坐标(B"),计算每条基线化Q'空间大地宜角坐标，获取化与G'两点的
表1站心地平坐标系真方位角观测与解算结果
3.2基于高斯投影法的验证 关于上述基于站心地平坐标系求解超短基线真方位角的正确性,本文运用传统高斯投影法进行了验证。 高斯投影法即将椭球面上两点的大地坐标投影至高斯平面，获取该基线的坐标方位角，将其经过子午线收敛角与方向改化后，可获得该基线的真方位角。 本验证实例采用WGS 84椭球，计算子午线收敛角时的中央子午线经度为102。 ,计算结果见表2,同样，先计算每条长基线边匕的真方位角，其投影后的坐标方位角与化点处的子午线收敛角，以及椭球面圆弧投影至平面后产生的方向改化三者之和即为化Q/的真方位角，针对该繁琐的讨算过程，本文借助VC++6.0平台，编制了该过程的求解程序，最后通过«值可宜接将其真方位角引至超短揺PQ。
表2高斯投影法验证结果 4 结束语 站心地平坐标系通常用于深空大地测量，但鉴于其坐标系原点设于测站中心这一显著特征，有助于引出该基线另一端点在该站心地平坐标系中的坐标，从而快速解得基线真方位角。 从计算模型看，该方法与高斯投影法最显著的不同，是它规避了中间求解子午线收敛角与方向改化的繁琐环节。 而本文方法,虽需求解基线端点的空间宜角坐标,但在实践中，其GNSS静态解算成果已含有该基线向量，即公式（1）中求得两点在空间宜角坐标系下的坐标差,它为整体真方位角的求解节省了巨大的工作量,可宜接利用公式（5）与真方位角计算公式，解算基线真方位角。 从计算环节看，高斯投影法计算繁琐、 实用性弱,本文所用方法简单、 快捷、 实用性强;精度上，两种方法互差均控制在1"以内，平均差值0. 397〃,其真方位角结果完全满足0. 005。 （ 18〃 ）的精度要求。 因此,基于站心地平坐标系的超短基线真方位角计算方法较传统计算方法优势明显，可用于同类项目的实践生产与研究。 同时，也应看到，上述均是在内业解算方案上的探讨，而所有测量项目，其精度主要取决于外场观测,本研究为确保观测精度,所有观测点均使用了强制观测墩,这一方案不但大大提高了测量成本，也使得测量效率变得极为低下。 因此，在不使用强制观测墩的情况下，如何高效、 确保观测精度，是今后需要关注的方向。 参考文献 [1]施一民.现代大地控制测量[M].北京：测绘出版社,2003. [2] 王解先，刘慧芹，唐立军.不同站心地平坐标系下的坐标归算[J].工程勘察,2005(5) ：58-60. |
