GPS数据处理流程及原理

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班级：*********** 姓名：**** 指导老师：****

题目：浅谈GPS数据处理流程和原理

工程测量****：**** 指导老师：****

【摘要】本文主要讲述GPS测量数据处理全过程。进行GPS数据处理时，阐述GPS数据预处理，GPS控制网基线向量解算和GPS网平差或与地面网联合平差。

【关键词】GPS数据处理基线解算平差

引言

全球定位系统(GPS)已在国民经济和国防建设的各个领域中得到了广泛的应用。新一代卫星导航定位技术的高度自动化和所达到的定位精度及其潜力，使广大测量工作者产生了极大的兴趣。本文就GPS数据的传输和处理及其原理等方面对作简要分析。

一．GPS数据处理的特点：

1.海量的观测数据。

2.数据处理过程复杂。

3.处理方法多样化。

4.数据处理自动化。

二．GPS数据处理流程

GPS精密数据处理从原始卫星观测数据开始到最终定位成果，可分为GPS基线向量解算和GPS基线向量网平差计算两个阶段。GPS数据处理的基本流程如图1所示。

图1 GPS数据处理基本流程

三．观测数据预处理

1.数据传输：数据传输是用专门的传输电缆连接接收机与计算机，并选择后处理软件中的

数据下载功能将接收机内的观测数据传输到计算机。

2.数据分流：数据分流是在进行数据传输的同时，系统将自动进行数据分流，将各类观测

数据归入不同的文件，通过解码将各项数据分类整理，并剔除无效的观测数据和冗余数据，建立不同的数据文件，为下一步的处理做准备。

3.数据文件格式标准化：将不同类型接收机的数据记录格式，项目和采样间隔，统一为标

准化得文件格式，以便进行统一的处理。

4.整周跳变的探测和修复：确定整周未知数的初始值大多数采用伪距观测值来估算。

5.观测值的各种模型改正：预处理所采用的模型和方法的优劣，将直接影响最终成果的质

量，是关系GPS作业效率和精度的重要环节。

四．基线向量的解算

1．观测值的处理

GPS基线向量表示了各测站间的一种位置关系，即测站与测站间的坐标增量。GPS基线向量与常规测量中的基线是有区别的，常规测量中的基线只有长度属性，而GPS基线向量则具有长度、水平方位和垂直方位等三项属性。GPS基线向量是GPS同步观测的直接结果，也是进行GPS网平差，获取最终点位的观测值。

若在某一历元中，对k颗卫星数进行了同步观测，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l则整周未知数的数量为l-1。

在进行基线解算时，电离层延迟和对流层延迟一般并不作为未知参数，而是通过模型改正或差分处理等方法将它们消除。因此，基线解算时一般只有两类参数，一类是测站的坐标参数

，数量为3；另一类是整周未知数参数（m为同步观测的卫星数），数量为。

2.基线解算

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，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数的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-整数解（固定解）。

（1）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：

待定参数的协因数阵：，

单位权中误差：。

通过初始平差，所解算出的整周未知数参数本应为整数，但由于观测值误差、随机模型和函数模型不完善等原因，使得其结果为实数，因此，此时与实数的整周未知数参数对应的基线解被称作基线向量的实数解或浮动解。

为了获得较好的基线解算结果，必须准确地确定出整周未知数的整数值。

（2）整周未知数的确定

前文已提及，此处不再详述。

（3）确定基线向量的固定解

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。

3.基线解算的类型

【1】、单基线解

（1）定义：当有台GPS接收机进行了一个时段的同步观测后，每两台接收机之间就可以形成一条基线向量，共有条同步观测基线，其中最多可以选出相互独立的条同步观测基线，至于这条独立基线如何选取，只要保证所选的条独立基线不构成闭和环就可以了。这也是说，凡是构成了闭和环的同步基线是函数相关的，同步观测所获得的独立基线虽然不具有函数相关的特性，但它们却是误差相关的，实际上所有的同步观测基线间都是误差相关的。所谓单基线解算，就是在基线解算时不顾及同步观测基线间误差相关性，对每条基线单独进行解算。

（2）特点：单基线解算的算法简单，但由于其解算结果无法反映同步基线间的误差相关的特性，不利于后面的网平差处理，一般只用在普通等级GPS网的测设中。

【2】、多基线解

（1）定义：与单基线解算不同的是，多基线解算顾及了同步观测基线间的误差相关性，在基线解算时对所有同步观测的独立基线一并解算。

（2）特点：多基线解由于在基线解算时顾及了同步观测基线间的误差相关特性，因此，在理论上是严密的。

（3）多站整体解（绝对坐标）

（4）单基线解算的过程（如图2）所示

（图2）

（5）利用基线解算软件解算基线向量的过程（如图3）所示

（图3）

五．基线解算结果的质量评定指标

1．质量控制指标

（1）单位权方差因子