第七章 GPS定位测量的数据处理2009分解
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第七章 GPS测量数据处理
同济大学海洋与地球科学学院 赵晶 2009.5.13
主要内容
一、数据处理概述 二、GPS定位成果的坐标转换 三、GPS控制网的三维平差 四、GPS基线向量网的二维平差 五、GPS高程
一、数据处理概述
与所有测量任务相同，由GPS定位技术所 获得的测量数据，同样需要经过数据处理， 方能成为合理而实用的成果。
一、数据处理概述
GPS数据处理就是从原始观测值出发得到最 终的测量定位成果，其数据处理的过程大 致分为：
数据采集； 数据传输； 数据的预处理； 基线向量的解算； GPS网平差；
一、数据处理概述
1、数据采集：GPS接收机野外观测记录原始观测 数据，同时随机软件解算出测站点的概略位置和 运动速度；
4、基线向量的解算： (4)基线解算的质量控制指标：
– RATIO值 – ① 定义
RATIO RMS次最小 RMS最小
– 显然， RATIO 1.0 – ② 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。
,n dd( f ) v f dd( ) dd( ion ) dd( trop ) f N m f
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (1) 观测值的处理：
– 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。 – 基线解算时一般只有两类参数，一类是测站的坐标参 数 X ，数量为3；另一类是整周未知数参数 X （m为同 步观测的卫星数），数量为m-1。
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (2) 解算过程：
–②将整周未知数固定成整数； –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。
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (3) 基线解算分类：
– A. 单基线解算 – ①定义：用m台GPS接收机进行了一个时段的同步观测， 每两台接收机之间就可以形成一条基线向量，共 有 1 2 m(m 1) 条同步观测基线，其中可以选出相互独立的 m-1条同步观测基线。选择独立基线时，要保证所选的 m-1条独立基线不构成闭合环就可以了。 – ②特点：
– GPS卫星轨道方程的标准化； – 卫星钟差的标准化； – 观测值文件的标准化；
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (1) 观测值的处理：
– GPS基线向量表示测站与测站间的坐标增量，GPS基线 向量具有长度、水平方位和垂直方位三项属性。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。 – 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。双差观测值可 以表示为下面的形式：
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (4)基线解算的质量控制指标：
ˆ0 – 单位权方差因子 – 定义： V PV
ˆ0
T
f
– 其中：
V 为观测值的残差；
P 为观测值的权；
n 为观测值的总数。 – 实质：单位权方差因子又称为参考因子。
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (4)基线解算的质量控制指标：
2、数据传输：利用数据后处理软件，将原始观测 数据由接收机传到计算机上，传输的同时进行分 流：载波相位和伪距观测值文件、星历参数文件、 电离层参数和UTC参数文件、测站信息文件；
一、数据处理概述
3、数据的预处理：对数据进行平滑滤波检验、剔 除粗差；统一数据文件格式，加工成标准化文件； 检查整周跳变点并修复；对观测值进行各种模型 改正；
– 数据删除率 – ①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。 – ②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。
一、数据处理概述
ˆ0 – 单位权中误差：
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (2) 解算过程：
– ①初始平差：通过初始平差，所解算出的整周未知数参
数本应为整数。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，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。
单基线解算的算法简单； 不顾及同步观测基线间的误差相关性，对每条基线单独 进行解算，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； 一般只用在较低级别GPS网的测量中。
1 2 m(m 1)
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (3) 基线解算分类：
– B. 多基线解算 – ①定义：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：顾及了同步观测基线间的误差相关特性，多 基线解算在理论上是严密的。
C 3,1 N m 1,1
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (2) 解算过程：
分三个阶段进行，①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)；②将整周未知数固定成 整数；③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)。
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (2) 解算过程：
– ①初始平差：根据双差观测值的观测方程，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 XC – 待定参数： X X N
Q X C XC Q Q – 待定参数的协因数阵： X N XC QX CXN Hale Waihona Puke Baidu QX N XN
同济大学海洋与地球科学学院 赵晶 2009.5.13
主要内容
一、数据处理概述 二、GPS定位成果的坐标转换 三、GPS控制网的三维平差 四、GPS基线向量网的二维平差 五、GPS高程
一、数据处理概述
与所有测量任务相同，由GPS定位技术所 获得的测量数据，同样需要经过数据处理， 方能成为合理而实用的成果。
一、数据处理概述
GPS数据处理就是从原始观测值出发得到最 终的测量定位成果，其数据处理的过程大 致分为：
数据采集； 数据传输； 数据的预处理； 基线向量的解算； GPS网平差；
一、数据处理概述
1、数据采集：GPS接收机野外观测记录原始观测 数据，同时随机软件解算出测站点的概略位置和 运动速度；
4、基线向量的解算： (4)基线解算的质量控制指标：
– RATIO值 – ① 定义
RATIO RMS次最小 RMS最小
– 显然， RATIO 1.0 – ② 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。
,n dd( f ) v f dd( ) dd( ion ) dd( trop ) f N m f
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (1) 观测值的处理：
– 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。 – 基线解算时一般只有两类参数，一类是测站的坐标参 数 X ，数量为3；另一类是整周未知数参数 X （m为同 步观测的卫星数），数量为m-1。
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (2) 解算过程：
–②将整周未知数固定成整数； –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。
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (3) 基线解算分类：
– A. 单基线解算 – ①定义：用m台GPS接收机进行了一个时段的同步观测， 每两台接收机之间就可以形成一条基线向量，共 有 1 2 m(m 1) 条同步观测基线，其中可以选出相互独立的 m-1条同步观测基线。选择独立基线时，要保证所选的 m-1条独立基线不构成闭合环就可以了。 – ②特点：
– GPS卫星轨道方程的标准化； – 卫星钟差的标准化； – 观测值文件的标准化；
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (1) 观测值的处理：
– GPS基线向量表示测站与测站间的坐标增量，GPS基线 向量具有长度、水平方位和垂直方位三项属性。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。 – 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。双差观测值可 以表示为下面的形式：
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (4)基线解算的质量控制指标：
ˆ0 – 单位权方差因子 – 定义： V PV
ˆ0
T
f
– 其中：
V 为观测值的残差；
P 为观测值的权；
n 为观测值的总数。 – 实质：单位权方差因子又称为参考因子。
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (4)基线解算的质量控制指标：
2、数据传输：利用数据后处理软件，将原始观测 数据由接收机传到计算机上，传输的同时进行分 流：载波相位和伪距观测值文件、星历参数文件、 电离层参数和UTC参数文件、测站信息文件；
一、数据处理概述
3、数据的预处理：对数据进行平滑滤波检验、剔 除粗差；统一数据文件格式，加工成标准化文件； 检查整周跳变点并修复；对观测值进行各种模型 改正；
– 数据删除率 – ①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。 – ②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。
一、数据处理概述
ˆ0 – 单位权中误差：
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (2) 解算过程：
– ①初始平差：通过初始平差，所解算出的整周未知数参
数本应为整数。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，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。
单基线解算的算法简单； 不顾及同步观测基线间的误差相关性，对每条基线单独 进行解算，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； 一般只用在较低级别GPS网的测量中。
1 2 m(m 1)
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (3) 基线解算分类：
– B. 多基线解算 – ①定义：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：顾及了同步观测基线间的误差相关特性，多 基线解算在理论上是严密的。
C 3,1 N m 1,1
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (2) 解算过程：
分三个阶段进行，①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)；②将整周未知数固定成 整数；③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)。
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (2) 解算过程：
– ①初始平差：根据双差观测值的观测方程，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 XC – 待定参数： X X N
Q X C XC Q Q – 待定参数的协因数阵： X N XC QX CXN Hale Waihona Puke Baidu QX N XN