05GPS測量的基線處理剖析

1GPS原理

第五章：GPS測量的基線處理2內(nèi)容提要概述基線解算的模式基線解算中的系統(tǒng)性偏差基線解算的數(shù)據(jù)預(yù)處理基線解算的根本數(shù)學(xué)模型觀測值線性組合31.概述4GPS網(wǎng)及其布設(shè)GPS網(wǎng)承受GPS技術(shù)布設(shè)的測量把握網(wǎng)由點(diǎn)、基線向量構(gòu)成，或許還會(huì)含有其它類型的觀測量目的：確定點(diǎn)的坐標(biāo)，消退幾何上的不全都性5GPS網(wǎng)的布設(shè)GPS布設(shè)時(shí)的逐步推動(dòng)方式GPS網(wǎng)及其布設(shè)6GPS測量數(shù)據(jù)處理的流程四個(gè)階段數(shù)據(jù)傳輸格式轉(zhuǎn)換〔可選〕基線處理網(wǎng)平差72.基線解算模式8基線向量解GPS基線向量的含義同步觀測數(shù)據(jù)解算出來的三維坐標(biāo)差基線邊長〔左〕與基線向量〔右〕基線邊長與基線向量9基線向量的表達(dá)方式空間直角坐標(biāo)的坐標(biāo)差大地坐標(biāo)的坐標(biāo)差站心地平坐標(biāo)的坐標(biāo)差基線向量解表達(dá)方式之間可以轉(zhuǎn)換10同步觀測基線間誤差的相關(guān)性11基線解算模式單基線解/基線模式多基線解/時(shí)段模式整體解/戰(zhàn)役模式12單基線解算模式單基線解/基線模式解算方法一次僅同時(shí)提取兩臺GPS接收機(jī)的同步觀測數(shù)據(jù)進(jìn)展基線解算。特點(diǎn)模型簡潔，參數(shù)較少，計(jì)算量小解算結(jié)果無法反映同步觀測基線間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性無法充分利用觀測數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性適用范圍一般工程應(yīng)用13單基線解/基線模式基線解結(jié)果基線向量估值基線向量估值的方差-協(xié)方差陣單基線解算模式14多基線解/時(shí)段模式解算方法一次提取一個(gè)觀測時(shí)段中全部進(jìn)展同步觀測的n臺接收機(jī)所采集的同步觀測數(shù)據(jù)，在一個(gè)單一解算過程中共同解求出全部n-1條相互函數(shù)獨(dú)立的基線。特點(diǎn)數(shù)學(xué)模型嚴(yán)密，能反映出同步觀測基線間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性數(shù)學(xué)模型和解算過程比較簡潔，計(jì)算量較大適用范圍對質(zhì)量要求嚴(yán)格的應(yīng)用多基線解算模式15多基線解/時(shí)段模式基線選擇方法：觀測質(zhì)量好的點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，選擇基線較短的基線進(jìn)展解算。射線法〔左〕和導(dǎo)線法〔右〕多基線解算模式16多基線解/時(shí)段模式基線解結(jié)果基線向量估值基線向量估值的方差-協(xié)方差陣多基線解算模式17整體解/戰(zhàn)役模式解算方法一次提取工程整個(gè)觀測過程中全部觀測數(shù)據(jù)，在一個(gè)單一解算過程中同時(shí)對它們進(jìn)展處理，得出全部獨(dú)立基線特點(diǎn)數(shù)學(xué)模型嚴(yán)密，能反映出同步觀測基線間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性避開了結(jié)果在幾何上的不全都性數(shù)學(xué)模型和解算過程簡潔，計(jì)算量大適用范圍高精度定位、定軌整體解模式183.基線解算中的系統(tǒng)性偏差19影響基線解算結(jié)果質(zhì)量的因素觀測值的質(zhì)量精度、采樣率、周跳發(fā)生的頻度、受包括多路徑在內(nèi)的干擾效應(yīng)影響的程度觀測的幾何條件衛(wèi)星的數(shù)量、分布及星座的變化衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)的質(zhì)量數(shù)據(jù)處理的模型和方法數(shù)學(xué)模型函數(shù)模型和隨機(jī)模型的優(yōu)劣算法周跳探測與處理算法、模糊度確定等算法的效能凹凸，以及解的穩(wěn)定性等20基線解算函數(shù)模型需顧及的問題幾何關(guān)系接收機(jī)天線與衛(wèi)星天線的相位中心在地心地固系下的幾何關(guān)系影響函數(shù)模型觀測值偏差觀測值中所含偏差影響觀測值本身21影響幾何關(guān)系的因素衛(wèi)星位置及姿勢姿勢用于將軌道數(shù)據(jù)的參考位置由衛(wèi)星質(zhì)心改化到天線相位中心測站位置受地球固體潮、大氣負(fù)荷潮、海洋負(fù)荷潮影響天線高在GPS靜態(tài)測量定位的觀測過程中，接收機(jī)天線高保持不變衛(wèi)星及接收機(jī)天線相位中心的物理特性天線相位中心的偏移和變化22影響觀測值的因素衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星信號通道延遲大氣傳播延遲〔包括電離層與對流層的傳播延遲〕接收機(jī)鐘差接收機(jī)信號通道延遲23GPS測量中偏差的處理參數(shù)法作為參數(shù)引入函數(shù)模型進(jìn)展估量差分法承受差分觀測值模型消退或減弱其影響測定法直接利用儀器進(jìn)展測定模型法利用進(jìn)展模型改正無視24上次重點(diǎn)問題回憶GPS數(shù)據(jù)處理的流程數(shù)據(jù)傳輸－>格式轉(zhuǎn)換->基線解算->網(wǎng)平差基線解算的模式單基線解/基線模式多基線解/時(shí)段模式整體解/戰(zhàn)役模式基線解算中的系統(tǒng)性偏差觀測值的質(zhì)量觀測的幾何條件衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)的質(zhì)量數(shù)據(jù)處理的模型和方法25上次重點(diǎn)問題回憶GPS測量中偏差的處理參數(shù)法差分法測定法模型法無視264.基線解算的數(shù)據(jù)預(yù)處理27基線解算的根本流程數(shù)據(jù)預(yù)處理建立數(shù)學(xué)模型確定基線向量的浮動(dòng)解確定整周未知數(shù)確定基線向量的固定解28數(shù)據(jù)預(yù)處理目的獲得潔凈的觀測值內(nèi)容數(shù)據(jù)傳輸和解碼數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)篩選和編輯接收機(jī)鐘差估算差分觀測值或線性組合觀測值形成基線向量近似解估算周跳探測、修復(fù)或標(biāo)記29數(shù)據(jù)傳輸和解碼內(nèi)容數(shù)據(jù)傳輸將包括原始觀測值和導(dǎo)航電文等在內(nèi)的數(shù)據(jù)被從GPS接收機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器或其用來記錄數(shù)據(jù)的可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)中下載到計(jì)算機(jī)中，并以接收機(jī)專有格式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)上。數(shù)據(jù)解碼對傳輸?shù)浇邮諜C(jī)中以專有格式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)展格式轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為其它格式，較常見的是轉(zhuǎn)換為RINEX格式。30數(shù)據(jù)篩選和編輯內(nèi)容依據(jù)觀測值的信噪比、衛(wèi)星高度角、衛(wèi)星安康狀態(tài)、觀測值間的同步狀況等對數(shù)據(jù)進(jìn)展編輯整理，信噪比特殊或過低、衛(wèi)星高度角低于預(yù)先設(shè)值的閾值、星歷顯示衛(wèi)星擔(dān)憂康或沒有同步觀測數(shù)據(jù)的觀測值將被剔除。31數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容從參與基線解算的各類數(shù)據(jù)文件中提取所需信息，對能夠承受確定方法和模型進(jìn)展改正和改化的工程進(jìn)展相應(yīng)處理，并將經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)按內(nèi)部數(shù)據(jù)構(gòu)造進(jìn)展存儲(chǔ)，最終形成直接用于形成基線解算數(shù)學(xué)模型的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。具體工作時(shí)標(biāo)同步接收機(jī)天線相位中心改正衛(wèi)星軌道標(biāo)準(zhǔn)化32時(shí)標(biāo)同步內(nèi)容觀測值采樣歷元的同步?！苍谕鈽I(yè)觀測時(shí)，由接收機(jī)完成〕與GPS時(shí)的同步?！灿?jì)算接收機(jī)鐘差〕接收機(jī)鐘差計(jì)算方法在偽距單點(diǎn)定位中作為參數(shù)估量利用測站坐標(biāo)，從偽距觀測值中分別數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化33衛(wèi)星軌道標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容將承受不同形式所表示的GPS衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)用一個(gè)統(tǒng)一的方式來表示，通常是承受一組高階多項(xiàng)式的系數(shù)。作用得到某一時(shí)間段內(nèi)平滑的軌道數(shù)據(jù)將不同類型的軌道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的形式數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化34差分觀測值或線性組合觀測值形成相對定位模式L1/L2分別求差、線性組合求差參考星的選擇數(shù)據(jù)處理目的不同，選擇準(zhǔn)則不同定位選擇高度角最高的衛(wèi)星估算對流層延遲選擇與其它衛(wèi)星高度角差異最大的35基線向量近似值估算作用用于周跳的探測與修復(fù)，計(jì)算雙差觀測值的殘差用于形成線性化的觀測方程或誤差方程，計(jì)算基線端點(diǎn)近似值估算方法三差解〔對周跳不敏感〕36周跳的探測與處理常用方法多項(xiàng)式擬合法歷元間高次差法殘差法偽距法與無幾何關(guān)系〔Geometry-Free〕的組合觀測值法處理方法修復(fù)引入?yún)?shù)〔新模糊度參數(shù)〕375.基線解算的根本數(shù)學(xué)模型38根本數(shù)學(xué)模型非差模型單差模型雙差模型三差模型39非差載波相位模型非差載波相位觀測值的觀測方程模型涉及參數(shù)天線平均相位中心的坐標(biāo)對流層折射延遲天頂方向的延遲ZD

與映射函數(shù)mf(E)的乘積的形式接收機(jī)鐘差整周模糊度初始相位偏差40簡化的非差載波相位觀測值的觀測方程非差載波相位模型41非差載波相位模型非差模型中各項(xiàng)因素的處理方法簡化的非差載波相位觀測值的觀測方程42非差載波相位觀測值的隨機(jī)模型單站、單歷元非差載波相位觀測值先驗(yàn)方差-協(xié)方差陣的形式非差載波相位觀測值先驗(yàn)方差確實(shí)定方法等精度法：各觀測值精度相等高度角法：依據(jù)衛(wèi)星高度角確定先驗(yàn)方差信噪比法：依據(jù)信號信噪比確定先驗(yàn)方差非差載波相位模型43非差載波相位觀測值的隨機(jī)模型多站、單歷元非差載波相位觀測值先驗(yàn)方差-協(xié)方差陣的形式多站、多歷元非差載波相位觀測值先驗(yàn)方差-協(xié)方差陣的形式非差載波相位模型44單差載波相位觀測值模型單差載波相位觀測值的觀測方程45單差載波相位觀測值的隨機(jī)模型單差算子單差載波相位觀測值模型46單差載波相位觀測值的隨機(jī)模型單歷元單差載波相位觀測值先驗(yàn)方差-協(xié)方差陣的形式單差載波相位觀測值模型47單差載波相位觀測值的隨機(jī)模型單歷元單差載波相位觀測值先驗(yàn)方差-協(xié)方差陣的簡化形式：設(shè)兩個(gè)測站對一樣衛(wèi)星的非差載波相位觀測值的精度一樣多歷元單差載波相位觀測值先驗(yàn)方差-協(xié)方差陣的形式不考慮歷元間觀測值的相關(guān)性為塊對角陣單差載波相位觀測值模型48雙差載波相位觀測值的觀測方程雙差載波相位觀測值模型49雙差載波相位觀測值的隨機(jī)模型雙差算子雙差載波相位觀測值模型50雙差載波相位觀測值的隨機(jī)模型單歷元雙差載波相位觀測值先驗(yàn)方差-協(xié)方差陣的形式多歷元雙差載波相位觀測值先驗(yàn)方差-協(xié)方差陣的形式不考慮歷元間觀測值的相關(guān)性為塊對角陣雙差載波相位觀測值模型51三差載波相位觀測值的觀測方程三差載波相位觀測值模型52三差載波相位觀測值的隨機(jī)