第九章GPS测量数据处理1

第二节、 GPS基线向量解
• 一、GPS数据处理特点： • 1．数据量大——
• 按每15s记录一组观测值计算，一台接收机连续观测1h将有240组观测值，每组观测值 中有对若干颗(一般多于4颖)卫星的伪距、载波相位观测值等，再加上星历数据、气象数据 等，则几台接收机同步观测1h后将有上万甚至更多个数据。
VT PV ˆ σ0 = f
• 实质：反映观测值的质量（包含了观测条件）， 又称为参考方差因子。越小越好。
第二节、 GPS基线向量解（续）
九、基线解算结果的质量评定
1、基线解算结果的质量评定指标
– RMS - 均方根误差
• 定义：
VTV RM = S n
• 实质：表明了观测值的质量，观测值质量越好， 越小，反之，观测值质量越差，则越大，它不受 观测条件（观测期间卫星分布图形）的好坏的影 响。
• • •
• • • •
第二节、 GPS基线向量解（续）
• 六、卫星钟差标准化 •
来自广播星历的卫星钟差（即卫星钟面时间与GPS系统标准时间 之差∆ts）是多个数值，需要通过多项是拟合求得唯一的，平滑的钟差 改正多项式。用于确定真正的信号发射时刻并计算该时刻的卫星轨道 位置，同时也用于将各站对各卫星的时间基准统一起来以估算它们之 间的相对钟差。当多项式拟合的精度优于±0.2ns时可精确探测整周跳 变，并估算整周未知数。钟差的多项式形式为： • • ∆ts= a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2 由多个参考历元的卫星钟差，利用最小二乘法原理求定多项式系 数ai,在由上式计算任意时刻的钟差。因GPS时间定义区间为一个星期， 即604800秒，故当t-t0>302400(t0属于下一GPS周)时t应减去604800， t-t0〈-302400(t0属于上一GPS周)时t应加上604800， • 式中，a0,a1,a2为星钟参数，t0为星钟参数的参考历元。
因此需要一系列数据处理才能获得具有实用意义的数据?2数据处理的方法?差分加模型改正消除或削弱各项误差利用码或载波相位观测值进行单点或双点后方交会解算单点绝对坐标或双点基线向量象常控制规网一样进行网平差和坐标转换与精度评定gps接收机采集记录的是gp5接收机天线第二节gps基线向量解?一gps数据处理特点?1数据量大中有对若干颗一般多于4颖卫星的伪距载波相位观测值等再加上星历数据气象数据等则几台接收机同步观测1h后将有上万甚至更多个数据
WX ≤ 2 nσ ， W ≤ 2 nσ ， W ≤ 2 nσ Y Z
W ≤ 2 3nσ 异
第二节、 GPS基线向量解（续）
九、基线解算结果的质量评定
– 重复基线较（互）差
• 定义：不同观测时段，对同一条基线的观测结果，就是所 谓重复基线。这些观测结果之间的差异，就是重复基线较 （互）差。 • 实质：当重复基线较（互）差满足限差要求时，则表明这 些基线向量的质量是合格的；否则，则表明这些基线向量 中至少有一条基线向量的质量不合格，要确定出哪些基线 向量的质量不合格，可以通过多重条件进行。 • 限值：
第九章、GPS测量数据处理 – – – – – 概述 GPS基线向量解 GPS定位成果的坐标转换 基线向量网平差 GPS高程
第一节、概述
• 1、数据处理的意义 • GPS接收机采集记录的是GP5接收机天线 至卫星伪距载波相位和卫星历等数据，而我们 需要的数据是控制点坐标、相邻点间的方位和 距离。因此需要一系列数据处理才能获得具有 实用意义的数据 • 2、数据处理的方法 • ①差分加模型改正消除或削弱各项误差，②利 用码或载波相位观测值进行单点或双点后方交 会解算单点绝对坐标或双点基线向量③象常控 制规网一样进行网平差和坐标转换与精度评定
第二节、 GPS基线向量解（续）
• • 七、观测值文件的标准化
不同的接收机提供的数据记录有不同的格式。例如观测时刻记录，可能采用 接收机参考历元，也可能是经过改正归算至GPS标准时间。在进行平差(基线向量 的解算)之前，观测值文件必须规格化、标准化。具体项目包括： 记录格式标准化。各种接收机输出的数据文件应在记录类型、记录长度和存 取方式方面采用同一记录格式。记录项目标准化。每一种记录应包含相同的数据 项。如果某些数据项缺项，则应以特定数据如“0”或空格填上。 采样密度标准化。各接收机的数据记录采样间隔可能不同，如有的接收机每15 秒钟记录一次，有的则20秒钟记录一次。标淮化后应将数据采样间隔统一成一个 标准长度。标准长度应大于或等于外业采样间隔的最长的标准值。采样密度标准 化后，数据量将成倍地减少，所以这种标准化过程也称为数据压缩。数据压缩应 在周跳修复后进行。数据压缩常用多项式拟合法。压缩后的数据应等价于被压缩 区间内的全部数据，且保持各压缩数据的误差独立， 数据单位的标准化。数据文件中，同一数据项的量纲和单位应是统一的，例 如，载波相位观测值统一以周为单位。
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九、基线解算结果的质量评定
– 同步环闭合差
• 定义：同步环闭合差是由同步观测基线所组成的闭合环的 闭合差。 • 实质：由于同步观测基线间具有一定的内在联系，从而使 得同步环闭合差在理论上应总是为0的，如果同步环闭合 差超限，则说明组成同步环的基线中至少存在一条基线向 量是错误的，但反过来，如果同步环闭合差没有超限，还 不能说明组成同步环的所有基线在质量上均合格。 • 限值：
第二节、 GPS基线向量解（续）
九、基线解算结果的质量评定 – 数据删除率
• 定义：在基线解算时，如果观测值的改正数大于 某一个阈值时，则认为该观测值含有粗差，则需 要将其删除。被删除观测值的数量与观测值的总 数的比值，就是所谓的数据删除率。 • 实质：数据删除率从某一方面反映出了GPS原始 观测值的质量。数据删除率越高，说明观测值的 质量越差。
• (4)诊断整周跳变点，发现并恢复整周跳变，使观测值复原； • (5)对观测值进行各种模型改正，最常见的是大气折射模型改正。
第二节、 GPS基线向量解（续）
• 五、GPS卫星轨道方程的标准化
• 数据处理中要多次涉及卫星位置的计算，而GPS广播星历每小时更新一次， 即每小时有一组独立的星历参数。计算工作十分繁杂，需要将卫星轨道方程标准 化，一边计算简便，节省内存空间。GPS卫星轨道方程的标准化 一般采用以时间 为变量的多项式进行拟合处理： 将已知的多组不同历元参数所对应的卫星位置Pi (t)表达为时间t的多项式形式： Pi (t) =ai0+ai1t+ai2t2+…+ain tn 利用拟合法求解多项式系数。解出的系数ain 记入标准化星历文件，用它来 计算人一时刻的卫星位置。多项式的阶数n 一般取8—10就足以保证米级轨道拟 合精度。 拟合计算时，时间t的单位须规格化，规格化时间T为： Ti=[2ti-(t1+tm)]/(tm-t1) 式中： Ti为对应于的ti规格化时间；t1和tm分别为观测时段开始和结束的时间。 很显然，对应于t1和tm， T1和Tm分别为-1和+1对任意时刻ti其 |Ti|≤1需要指出的是，拟合时引进了规格化时间，则在轨道计算时也应使用规格 化时间。
• 3.处理方法形式多——
• CPs定位技术是一项正在发展中的技术，因而数据处理技术还不很成熟，还在不断发 展和进步，因而间一问题的解决方法可能会有多种。
• 4．自动化程度高———
• 随着计算机特别是微型计算机的迅猛发展，测量数据处理的自化程度不断提高。为此 开发了许多集成运行的GPS数据处理软件包，其使用的方便性、可靠性强，提高了作业生 产效益，也促进了GPS定位技术的普及应用。
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九、基线解算结果的质量评定 – RDOP
• 定义：所谓RDOP值指的是在基线解算时待定参 数的协因数阵的迹（tr(Q) ）的平方根，即：
RDO = (tr(Q))1 2 P RDOP值的大小与基线位置和卫星在空间中的几 何分布及运行轨迹（即观测条件）有关，当基线 位置确定后，RDOP值就只与观测条件有关了， 而观测条件又是时间的函数，因此，实际上对与 某条基线向量来讲， 其RDOP值的大小与观测时 间段有关。 • 实质：表明了GPS卫星的状态对相对定位的影响， 即取决于观测条件的好坏，它不受观测值质量好 坏的影响。
GPS数据处理基本流程图
数据采集 数据传输
预处理
基线解算
GPS网平差
第二节、 GPS基线向量解（续）
• 三、数据传输与分流
• 大多数的GPS接收机（如ASHTECH，TRIMBLE等型号），采集的 数据记录在接收机的内存模块上。数据传输是用专用电缆将接收机与计 算机连接，并在后处理软件的菜单中选择传输数据选项后，便将观测数 据伴输至计算机。数据传输同时进行数据分离，生成数据文件。不同的 接收机生成的数据文件格式不同，如Ashtcch接收机生成三个文件，即载 波相位与伪距观测值文件)，星历数据与咆离参数文件和测站信息文件。 观测值文件是容量最大的文件。观测值记录中有对应的卫星号，卫 星高度角和方位角，C／A码伪距，L1、L2的相位观洲值，观测值对应的 历元时间，积分多普勒记数，信噪比等。 星历数据与电离层参数文件包含所育被测卫星的轨迹位置信息和电 离参数、UTC参数。根据这些信息可以计算任一时刻卫星的在轨坐标利 修正UTC时间。 测站信息文件主要有测站概略坐标、气象元素、天线高等信息。 • 经数据分流后生成的三个数据文件中，除测站信息文件，其余均为 二进制数据文件。为下一步预处理的方便，必须将它们解详成直接识别 的文件，将数据文件标准化。
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• 二、GPS基线向量解的步骤 • 1、导入数据
– 导入观测值及星历、检查数据（点名/号、天线 高、天线类型）
• 2、设置参数
– 观测值类型、时段、卫星、Ratio限值、编辑因 子、电离层改正方法、对流层改正方法
• 3、基线解算 • 4、质量检核（评定） • 5、精化处理
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九、基线解算结果的质量评定 – RATIO
• 定义：RATIO值为在采用搜索算法确定整周未知 数参数的整数值时，产生次最小的单位权方差与 最小的单位权方差的比值。 • 实质：反映了所确定出的整周未知数参数的可靠 性，这一指标取决于多种因素，既与观测值的质 量有关，也与观测条件 的好坏有关。
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第二节、 GPS基线向量解（续）
• 八、 GPS基线向量解算 • 1、双差法平差模型的建立 • 2、法方程式组成及基线向量解算 • 3、精度评定 • 4、基线向量解算结果分析 •线解算结果的质量评定
• 1、基线解算结果的质量评定指标
– 单位权方差因子
• 定义：
W ≤ 2 2σ 互
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九、基线解算结果的质量评定
• • • • • • • • • • • • • • • 由协因数传播定律可得： 基线长度b中误差估值为： 基线长度相对中误差估值为 基线长 b= √(∆X120+δX12)2 + (∆Y120+δY12)2 + (∆Z120+δZ12)2 在（∆X120， ∆Y120 ， ∆Z120）处展开后 δb=ƒT ∆X Qbb = ƒT Q∆X ƒ m b= m0 √ Qbb ƒb = m b /(b•106 ) 平差值的精度估计 未知数向量X中任一分量的精度估值为 m xi=m0 √1/p xi p xi 由N-1中对角元素求得 p xi =1/Q xi Q xi . 我国GPS规范承认的精度指标 单位权中误差估值 m0=√VTPV/(n-k-2)
• 2．处理过程复杂——
• 从原始的距离观测值出发，得到最终的测量定位成果，处理过程非常复杂。简单地说 可以分成(GPS测量数据的基线向量解算和GPS基线向量网与地面网各类数据的联合处理两 个阶段。每一阶段中都需要进行大量数据的组织、检验、计算、分析，中间的每个环节的 任何差错均会直接影响最终成果的质量。
n n n ，W ≤ ，WZ ≤ WX ≤ σ σ σ Y 5 5 5 3n W ≤ σ 同 5
第二节、 GPS基线向量解（续）
九、基线解算结果的质量评定
– 异步环闭合差
• 定义：由独立基线所组成的闭合环称为异步闭合环，简称 异步环的闭合差称为异步环闭合差。 • 实质：当异步环闭合差满足限差要求时，则表明组成异步 环的基线向量的质量是合格的；当异步环闭合差不满足限 差要求时，则表明组成异步环的基线向量中至少有一条基 线向量的质量不合格，要确定出哪些基线向量的质量不合 格，可以通过多个相邻的异步环或重复基线来进行。 • 限值：
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第二节、 GPS基线向量解（续）
• 四、数据预处理 GPS测量数据预处理的目的在于： • (1)对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差，删除无效无用数据； • (2)统一数据文件格式，将各类（如接收机）数据文件加工成彼此兼容的 标准化文件； • (3)各类数据文件的标准化： • • • GPS卫星轨道方程的标准化， 卫星钟差标准化， 观测值文件的标准化。