GPS測量與數(shù)據(jù)處理第八講

GPS測量與數(shù)據(jù)處理

第八講河南工程學(xué)院土木工程系測繪教研室GPS測量數(shù)據(jù)處理內(nèi)容概要概述GPS測量數(shù)據(jù)處理的流程GPS測量數(shù)據(jù)處理軟件基線解算基線解算的模式基線解算的基本數(shù)學(xué)模型基線解算軟件的使用基線解算的質(zhì)量控制網(wǎng)平差網(wǎng)平差的類型及作用網(wǎng)平差的基本數(shù)學(xué)模型采用GPS技術(shù)建立獨立坐標(biāo)系網(wǎng)平差軟件的使用網(wǎng)平差的質(zhì)量控制GPS測量數(shù)據(jù)處理本章需要解決的問題基線解算的基本原理和方法基線解算的質(zhì)量控制網(wǎng)平差的基本原理和方法網(wǎng)平差的質(zhì)量控制獨立坐標(biāo)系及相關(guān)數(shù)據(jù)處理的問題GPS網(wǎng)及其布設(shè)GPS網(wǎng)采用GPS技術(shù)布設(shè)的測量控制網(wǎng)由點、基線向量構(gòu)成，或許還會含有其它類型的觀測量目的：確定點的坐標(biāo)，消除幾何上的不一致性GPS網(wǎng)及其布設(shè)GPS網(wǎng)及其布設(shè)GPS布設(shè)時的逐步推進(jìn)方式GPS測量數(shù)據(jù)處理的流程四個階段：1.數(shù)據(jù)傳輸2.格式轉(zhuǎn)換（可選）3.基線處理4.網(wǎng)平差GPS基線處理軟件

常用的隨機(jī)軟件Trimble：GPSurvey;TGOAshtech：GPPS->Prism->WinprismLeica：SKI->Ski-Pro選件加密Rogue：TSSJavad：Pinnacle等

高精度GPS數(shù)據(jù)后處理軟件GAMIT：美國麻省理工學(xué)院Bernese：瑞士伯爾尼大學(xué)EPOS：德國地球科學(xué)研究所GIPSY：美國噴氣動力實驗室JPL基線向量解基線邊長（左）與基線向量（右）基線向量解基線向量的表達(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)差同步觀測基線間的誤差相關(guān)性提示：由于在計算AB、AC兩條基線向量時，均用到了A點的觀測數(shù)據(jù)，因而A點觀測數(shù)據(jù)中的誤差將同時對AB、AC兩條基線向量產(chǎn)生影響。ABC基線解算模式單基線解/基線模式多基線解/時段模式整體解/戰(zhàn)役模式基線解算模式單基線解/基線模式解算方法一次僅同時提取兩臺GPS接收機(jī)的同步觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算。特點模型簡單，參數(shù)較少，計算量小解算結(jié)果無法反映同步觀測基線間的誤差相關(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)用基線解算模式單基線解/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)方差陣基線解算模式多基線解/時段模式解算方法一次提取一個觀測時段中所有進(jìn)行同步觀測的n臺接收機(jī)所采集的同步觀測數(shù)據(jù)，在一個單一解算過程中共同解求出所有n-1條相互函數(shù)獨立的基線。特點數(shù)學(xué)模型嚴(yán)密，能反映出同步觀測基線間的統(tǒng)計相關(guān)性數(shù)學(xué)模型和解算過程比較復(fù)雜，計算量較大適用范圍對質(zhì)量要求嚴(yán)格的應(yīng)用基線解算模式多基線解/時段模式基線選擇方法射線法（左）和導(dǎo)線法（右）基線解算模式多基線解/時段模式基線解結(jié)果基線向量估值

基線向量估值的方差-協(xié)方差陣基線解算模式整體解/戰(zhàn)役模式解算方法一次提取項目整個觀測過程中所有觀測數(shù)據(jù)，在一個單一解算過程中同時對它們進(jìn)行處理，得出所有獨立基線。特點數(shù)學(xué)模型嚴(yán)密，能反映出同步觀測基線間的統(tǒng)計相關(guān)性避免了結(jié)果在幾何上的不一致性數(shù)學(xué)模型和解算過程復(fù)雜，計算量大適用范圍高精度定位、定軌GPS基線解算的基本原理GPS相對定位的基本原理GPS基線解算的基本原理若在某一歷元中，對k顆衛(wèi)星進(jìn)行了同步觀測，則可以得到k-1個雙差觀測值；若在整個同步觀測時段內(nèi)同步觀測衛(wèi)星的總數(shù)為n，則整周未知數(shù)的數(shù)量為：n-1。 在進(jìn)行基線解算時，各項誤差一般并不作為未知參數(shù)，而是通過某些方法將它們消除或改正，一般只解兩類參數(shù)：測站間的坐標(biāo)差分量（3個）；雙差整周未知數(shù)參數(shù)（n-1個）GPS基線解算的基本原理若在某一歷元中，對k顆衛(wèi)星進(jìn)行了同步觀測，則可以得到k-1個雙差觀測值；若在整個同步觀測時段內(nèi)同步觀測衛(wèi)星的總數(shù)為n，則整周未知數(shù)的數(shù)量為：n-1。 在進(jìn)行基線解算時，各項誤差一般并不作為未知參數(shù)，而是通過某些方法將它們消除或改正，一般只解兩類參數(shù)：測站間的坐標(biāo)差分量（3個）；雙差整周未知數(shù)參數(shù)（n-1個）GPS基線解算的基本原理觀測值基線解算一般采用差分觀測值，較為常用的差分觀測值為雙差觀測值，即由兩個測站的原始觀測值分別在測站和衛(wèi)星間求差后所得到的觀測值?；€解算的過程實際上主要是一個平差的過程，平差所采用的觀測值主要是雙差觀測值。在基線解算時，平差要分三個階段進(jìn)行：GPS基線解算的基本原理第一階段進(jìn)行初始平差，解算出整周未知數(shù)參數(shù)和基線向量的實數(shù)解（浮動解）；在第二階段，將整周未知數(shù)固定成整數(shù)；在第三階段，將確定了的整周未知數(shù)作為已知值，僅將待定的測站坐標(biāo)分量作為未知參數(shù)，再次進(jìn)行平差解算，解求出基線向量的最終解（固定解）。GPS基線解算的基本原理初始平差根據(jù)雙差觀測值的觀測方程（需要進(jìn)行線性化），組成誤差方程后，然后組成法方程后，求解待定的未知參數(shù)其精度信息，其結(jié)果為：待定參數(shù)：待定參數(shù)的協(xié)因素陣：單位權(quán)中誤差：整周未知數(shù)的確定確定整周未知數(shù)的整數(shù)值的方法有很多種，目前所采用的方法基本上是以搜索法為基礎(chǔ)的。搜索法的具體步驟如下：?根據(jù)初始平差的結(jié)果和，分別以中的每一個整周未知數(shù)為中心，以與它們中誤差的若干倍為搜索半徑，確定出每一個整周未知數(shù)的一組備選整數(shù)值。從上面所確定出的每一個整周未知數(shù)的備選整數(shù)值中一次選取一個，組成整周未知數(shù)的備選組，并分別以它們作為已知值，代入原基線解算方程，確定出相應(yīng)的基線解：整周未知數(shù)的確定從所解算出的所有基線向量中選出產(chǎn)生單位權(quán)中誤差最小那個基線向量結(jié)果，作為最終的解算結(jié)果，這就是所謂的基線向量整數(shù)解（或稱固定解）。稱為參考方差因子,當(dāng)確定了整周未知數(shù)的整數(shù)值后，與之相對應(yīng)的基線向量就是基線向量的整數(shù)解。將確定了的整周未知數(shù)作為已知值，僅將待定的測站坐標(biāo)分量作為未知參數(shù)，再次進(jìn)行平差解算，解求出基線向量的最終解?；€解算的基本流程基線解算的處理流程（數(shù)據(jù)處理軟件內(nèi)部）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解確定整周未知數(shù)確定基線向量的固定解基線解算的基本流程數(shù)據(jù)預(yù)處理目的獲得干凈的觀測值過程數(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)記基線解算的基本流程建立數(shù)學(xué)模型包括函數(shù)模型和隨機(jī)模型通常為雙差模型模型參數(shù)通常包括坐標(biāo)（基線向量）整周模糊度天頂方向的對流層延遲基線解算的基本流程確定基線向量的浮動解直接利用所建立的數(shù)學(xué)模型求解模糊度為實數(shù)確定整周未知數(shù)通常采用搜索算法，確定模糊度的整數(shù)值確定模糊度時的RATIO值確定基線向量的固定解在數(shù)學(xué)模型中將模糊度固定，重新解算基線基線解算的流程（軟件操作）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：周跳探測處理、模糊度確定等算法效能的高低，解的穩(wěn)定性等基線解算函數(shù)模型需顧及的問題幾何關(guān)系定義：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)系特點：影響函數(shù)模型觀測值偏差定義：觀測值中所含偏差特點：影響觀測值本身基線解算函數(shù)模型需顧及的問題影響幾何關(guān)系的因素衛(wèi)星位置及姿態(tài)：姿態(tài)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基線解算函數(shù)模型需顧及的問題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GPS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)行估計差分法采用差分觀測值模型