GPS测量与数据处理第八讲

GPS测量与数据处理

第八讲河南工程学院土木工程系测绘教研室GPS测量数据处理内容概要概述GPS测量数据处理的流程GPS测量数据处理软件基线解算基线解算的模式基线解算的基本数学模型基线解算软件的使用基线解算的质量控制网平差网平差的类型及作用网平差的基本数学模型采用GPS技术建立独立坐标系网平差软件的使用网平差的质量控制GPS测量数据处理本章需要解决的问题基线解算的基本原理和方法基线解算的质量控制网平差的基本原理和方法网平差的质量控制独立坐标系及相关数据处理的问题GPS网及其布设GPS网采用GPS技术布设的测量控制网由点、基线向量构成，或许还会含有其它类型的观测量目的：确定点的坐标，消除几何上的不一致性GPS网及其布设GPS网及其布设GPS布设时的逐步推进方式GPS测量数据处理的流程四个阶段：1.数据传输2.格式转换（可选）3.基线处理4.网平差GPS基线处理软件

常用的随机软件Trimble：GPSurvey;TGOAshtech：GPPS->Prism->WinprismLeica：SKI->Ski-Pro选件加密Rogue：TSSJavad：Pinnacle等

高精度GPS数据后处理软件GAMIT：美国麻省理工学院Bernese：瑞士伯尔尼大学EPOS：德国地球科学研究所GIPSY：美国喷气动力实验室JPL基线向量解基线边长（左）与基线向量（右）基线向量解基线向量的表达方式

空间直角坐标的坐标差大地坐标的坐标差站心地平坐标的坐标差同步观测基线间的误差相关性提示：由于在计算AB、AC两条基线向量时，均用到了A点的观测数据，因而A点观测数据中的误差将同时对AB、AC两条基线向量产生影响。ABC基线解算模式单基线解/基线模式多基线解/时段模式整体解/战役模式基线解算模式单基线解/基线模式解算方法一次仅同时提取两台GPS接收机的同步观测数据进行基线解算。特点模型简单，参数较少，计算量小解算结果无法反映同步观测基线间的误差相关性无法充分利用观测数据之间的关联性适用范围一般工程应用基线解算模式单基线解/基线模式基线解结果基线向量估值基线向量估值的方差-协方差阵基线解算模式多基线解/时段模式解算方法一次提取一个观测时段中所有进行同步观测的n台接收机所采集的同步观测数据，在一个单一解算过程中共同解求出所有n-1条相互函数独立的基线。特点数学模型严密，能反映出同步观测基线间的统计相关性数学模型和解算过程比较复杂，计算量较大适用范围对质量要求严格的应用基线解算模式多基线解/时段模式基线选择方法射线法（左）和导线法（右）基线解算模式多基线解/时段模式基线解结果基线向量估值

基线向量估值的方差-协方差阵基线解算模式整体解/战役模式解算方法一次提取项目整个观测过程中所有观测数据，在一个单一解算过程中同时对它们进行处理，得出所有独立基线。特点数学模型严密，能反映出同步观测基线间的统计相关性避免了结果在几何上的不一致性数学模型和解算过程复杂，计算量大适用范围高精度定位、定轨GPS基线解算的基本原理GPS相对定位的基本原理GPS基线解算的基本原理若在某一历元中，对k颗卫星进行了同步观测，则可以得到k-1个双差观测值；若在整个同步观测时段内同步观测卫星的总数为n，则整周未知数的数量为：n-1。 在进行基线解算时，各项误差一般并不作为未知参数，而是通过某些方法将它们消除或改正，一般只解两类参数：测站间的坐标差分量（3个）；双差整周未知数参数（n-1个）GPS基线解算的基本原理若在某一历元中，对k颗卫星进行了同步观测，则可以得到k-1个双差观测值；若在整个同步观测时段内同步观测卫星的总数为n，则整周未知数的数量为：n-1。 在进行基线解算时，各项误差一般并不作为未知参数，而是通过某些方法将它们消除或改正，一般只解两类参数：测站间的坐标差分量（3个）；双差整周未知数参数（n-1个）GPS基线解算的基本原理观测值基线解算一般采用差分观测值，较为常用的差分观测值为双差观测值，即由两个测站的原始观测值分别在测站和卫星间求差后所得到的观测值。基线解算的过程实际上主要是一个平差的过程，平差所采用的观测值主要是双差观测值。在基线解算时，平差要分三个阶段进行：GPS基线解算的基本原理第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数和基线向量的实数解（浮动解）；在第二阶段，将整周未知数固定成整数；在第三阶段，将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标分量作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解（固定解）。GPS基线解算的基本原理初始平差根据双差观测值的观测方程（需要进行线性化），组成误差方程后，然后组成法方程后，求解待定的未知参数其精度信息，其结果为：待定参数：待定参数的协因素阵：单位权中误差：整周未知数的确定确定整周未知数的整数值的方法有很多种，目前所采用的方法基本上是以搜索法为基础的。搜索法的具体步骤如下：�根据初始平差的结果和，分别以中的每一个整周未知数为中心，以与它们中误差的若干倍为搜索半径，确定出每一个整周未知数的一组备选整数值。从上面所确定出的每一个整周未知数的备选整数值中一次选取一个，组成整周未知数的备选组，并分别以它们作为已知值，代入原基线解算方程，确定出相应的基线解：整周未知数的确定从所解算出的所有基线向量中选出产生单位权中误差最小那个基线向量结果，作为最终的解算结果，这就是所谓的基线向量整数解（或称固定解）。称为参考方差因子,当确定了整周未知数的整数值后，与之相对应的基线向量就是基线向量的整数解。将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标分量作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解。基线解算的基本流程基线解算的处理流程（数据处理软件内部）数据预处理建立数学模型确定基线向量的浮动解确定整周未知数确定基线向量的固定解基线解算的基本流程数据预处理目的获得干净的观测值过程数据传输和解码数据标准化数据筛选和编辑接收机钟差估算差分观测值或线性组合观测值形成基线向量近似解估算周跳探测、修复或标记基线解算的基本流程建立数学模型包括函数模型和随机模型通常为双差模型模型参数通常包括坐标（基线向量）整周模糊度天顶方向的对流层延迟基线解算的基本流程确定基线向量的浮动解直接利用所建立的数学模型求解模糊度为实数确定整周未知数通常采用搜索算法，确定模糊度的整数值确定模糊度时的RATIO值确定基线向量的固定解在数学模型中将模糊度固定，重新解算基线基线解算的流程（软件操作）影响基线解算结果质量的因素观测值的质量：精度、采样率、周跳发生的频度、受包括多路径在内的干扰效应影响的程度观测的几何条件：卫星的数量、分布及星座的变化卫星轨道数据的质量数据处理的模型和方法数学模型：函数模型和随机模型的优劣算法：周跳探测处理、模糊度确定等算法效能的高低，解的稳定性等基线解算函数模型需顾及的问题几何关系定义：接收机天线与卫星天线的相位中心在地心地固系下的几何关系特点：影响函数模型观测值偏差定义：观测值中所含偏差特点：影响观测值本身基线解算函数模型需顾及的问题影响几何关系的因素卫星位置及姿态：姿态用于将轨道数据的参考位置由卫星质心改化到天线相位中心测站位置：受地球固体潮、大气负荷潮、海洋负荷潮影响天线高：在GPS静态测量定位的观测过程中，接收机天线高保持不变卫星及接收机天线相位中心的物理特性：天线相位中心的偏移和变化基线解算函数模型需顾及的问题影响观测值的因素卫星钟差卫星信号通道延迟大气传播延迟（包括电离层与对流层的传播延迟）接收机钟差接收机信号通道延迟GPS测量中偏差的处理参数法作为参数引入函数模型进行估计差分法采用差分观测值模型