现代测量技术系列讲座3gps数据处理1基线解算

GPS测量原理及应用GPS测量原理及应用内容 第 1讲 GPS概况 第 2讲 GPS测量定位误差源 第 3讲 GPS测量定位原理 第 4讲 GPS网的 布设 第 5讲 GPS数据处理 第 6讲 GPS水准 第 7讲 GPS应用课程内容GPS数据处理GPS测量原理及应用1. GPS基线解算GPS数据处理 GPS基线解算 概述GPS测量原理及应用1.1 概述GPS数据处理 GPS基线解算 概述GPS测量原理及应用GPS基线解算的内涵 定义 利用多个测站的 GPS同步观测数据，确定这些测站之间坐标差的过程 观测值 GPS载波相位观测值（主要） 原始观测值 差分观测值 不同频率的组合观测值 GPS伪距观测值（辅助） 结果 基线向量 精度（中误差）及误差相关性信息（协因数阵）GPS数据处理 GPS基线解算 概述 GPS基线解算的内涵 GPS测量原理及应用GPS基线向量的表达方式 地心地固坐标（ ECEF） 笛卡儿坐标系 (X, Y, Z) 大地坐标系 (B, L, H) B： 纬差； L：经 差； H： 大地高差 站心地平坐标系 直角坐标系 (N, E, U) N： 北方向 ； E： 东方向 ； U： 垂直方向 极坐标系 (S, A, H) S： 距离 ； A： 方位角； H： 高度角GPS数据处理 GPS基线解算 概述 GPS基线向量的表达方式 GPS测量原理及应用基线解算的分类 基线解算的分类方法 根据数学模型 单基线解、多基线解、整体解（多站网解） 根据观测值类型 L1解、 L2解、宽巷（ Wide-lane ）解、 窄巷（ Narrow-lane） 解、无电离层影响（ Iono-free） 解 根据所采用差分观测值的类型 非（零）差解、单差解、双差解、三差解 根据模糊度的确定情况 浮动解、固定解GPS数据处理 GPS基线解算 概述 基线解算的分类 GPS测量原理及应用基线解算的类型 根据数学模型分类 单基线解 （ Single Baseline/Baseline Mode） 数学模型按单一基线建立 模型简单 不顾及同一时段基线间的误差相关特性 多基线解（ Multiple Baseline/Session Mode） 数学模型按时段建立，包括同一时段中一组独立基线 模型较为复杂 顾及同一时段基线间的误差相关特性 整体解（多站网解）（ Campaign Mode） 数学模型按整网建立，包括整网中相互独立基线 模型最为严密 顾及同一时段基线间的相关特性 基线之间相互约束，结构强GPS数据处理 GPS基线解算 概述 基线解算的类型 GPS测量原理及应用基线解算的类型 根据（主要）观测值类型分类 L1解： L1载波相位 L2解： L2载波相位 宽巷（ Wide-lane ） 解：宽巷组合观测值 窄巷（ Narrow-lane） 解：窄巷组合观测值 无电离层影响（ Iono-free） 解：无对流层影响（Iono-free） 组合观测值GPS数据处理 GPS基线解算 概述 基线解算的类型 GPS测量原理及应用基线解算的类型 根据所采用差分观测值的类型 非（零）差解：采用非（零）差观测值 单差解：采用单差观测值 双差解：采用双差观测值 三差解：采用三差观测值 根据模糊度的确定情况 固定解（整数解） (Fixed)： 模糊度被确定为整数 浮动解（实数解） (Float)： 模糊度未被确定为整数GPS数据处理 GPS基线解算 概述 基线解算的类型 GPS测量原理及应用1.2 观测值GPS数据处理 GPS基线解算 观测值GPS测量原理及应用差分观测值的形成 差分方式 站间差分 星间差分 历元间差分GPS数据处理 GPS基线解算 观测值 差分观测值的形成 GPS测量原理及应用差分观测值的形成 站间差分 求差方式 同步观测值在接收机间求差 数学形式 特点 消除了卫星钟差影响 削弱了电离层折射影响 削弱了对流层折射影响 削弱了卫星轨道误差的影响 站间 差分GPS数据处理 GPS基线解算 观测值 差分观测值的形成 GPS测量原理及应用差分观测值的形成 星间差分 求差方式 同步观测值在卫星间求差 数学形式 特点 消除了接收机钟差的影响星间 差分GPS数据处理 GPS基线解算 观测值 差分观测值的形成 GPS测量原理及应用差分观测值的形成 历元间差分 差分方式 观测值在间历元求差 数学形式 特点 消去了整周未知数参数历元间差分GPS数据处理 GPS基线解算 观测值 差分观测值的形成 GPS测量原理及应用单差、双差和三差 单差：站间一次差分 双差：站间、星间各求一次差（共求两次差） 三差：站间、星间和历元间各求一次差（共求三次差）单差 双差 三差GPS数据处理 GPS基线解算 观测值 单差、双差和三差GPS测量原理及应用1.3 天线的相位中心和天线高GPS数据处理 GPS基线解算 天线的相位中心和天线高GPS测量原理及应用天线的相位中心 问题 天线相位中心的偏差 天线相位中心的变化（Phase Center Variations - PCV） 解决天线相位中心偏差和变化的方法 天线定向 模型改正GPS数据处理 GPS基线解算 天线的相位中心和天线高 天线的相位中心 GPS测量原理及应用天线的相位中心 相位中心偏差及变化的模型改正（ IGS_01.PCV）123456789112345678921234567893123456789412345678951234567896123456789712345678980 0 0 0 0 0 0 0VENDOR MODEL # DESCRIPTION (AVE) YR/MO/DY|AVE = # in averagenorth east up | L1 Offset (mm)90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 | L1 Phase at40 35 30 25 20 15 10 5 0 | Elevation (mm)north east up | L2 Offset (mm)90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 | L2 Phase at40 35 30 25 20 15 10 5 0 | Elevation (mm)TRIMBLE TRM41249.00 Zephyr Geodetic with GP NGS ( 4) 01/04/11.3 .5 71.4.0 .6 1.4 2.3 3.2 4.1 4.9 5.6 6.1 6.46.4 6.1 5.5 4.5 3.1 1.3 -.9 .0 .0-.4 .1 68.2.0 -.5 -.6 -.5 -.2 .1 .5 .8 1.0 1.11.0 .9 .6 .2 -.2 -.6 -.8 .0 .0ASHTECH 700228 ( 3) 96/06/300.5 0.3 79.9 0.0 0.1 0.5 1.2 1.8 2.1 2.1 2.4 3.0 3.3 3.0 2.8 2.6 2.3 1.5 0.7 0.9 0.0 0.0 -1.2 0.8 79.2 0.0 0.4 1.1 1.5 1.6 1.8 2.2 2.3 2.1 2.01.9 1.7 1.5 1.8 2.4 1.6 -1.8 0.0 0.0 文件头文件体GPS数据处理 GPS基线解算 天线的相位中心和天线高 天线的相位中心 GPS测量原理及应用天线高 定义 标志至平均相位中心所在平面的垂直距离 量取方法 斜高或到某一平面的直高 天线高的改化 手工改化 （见右图） 自动改化 需提供天线类型及量高方法HHHH hRGPS数据处理 GPS基线解算 天线的相位中心和天线高 天线高GPS测量原理及应用1.4 常用的数据格式GPS数据处理 GPS基线解算 常用的数据格式GPS测量原理及应用本机格式 定义 接收机存储数据的格式 存储方式 二进制 内容 观测值、广播星历、电离层信息、气象元素 特点 不同厂家的接收机具有不同的本机格式 与接收机配套的数据处理软件（随机软件 /商用软件）一般可以直接读取自身本机格式的数据，而不能读取其它厂家的本机格式的数据 不利于多种型号的接收机联合作业GPS数据处理 GPS基线解算 常用的数据格式 本机格式GPS测量原理及应用RINEX格式 定义 与接收机无关的数据交换格式 存储方式 ASCII 内容 观测值、星历（导航信息）、气象数据 特点 通用性强，已成为事实上的标准 利于多种型号的接收机联合作业 大多数软件能够处理GPS数据处理 GPS基线解算 常用的数据格式 RINEX格式 GPS测量原理及应用RINEX格式 命名规则 命名规则： 8+3文件名 例： wh022931.02o， wh022293.02nssssdddf.yyt4字符测站名年积日一天内的文件序号（时段号）。若为 0，则表示文件包含当天的所有观测数据两位年号。98： 199800： 200011： 2011文件类型。O： 观测值N： 星历M： 气象数据G： GLONASS星历H： 同步卫星 GPS载荷的导航电文GPS数据处理 GPS基线解算 常用的数据格式 RINEX格式 GPS测量原理及应用RINEX格式 观测值文件的内容文件头文件体GPS数据处理 GPS基线解算 常用的数据格式 RINEX格式 2.10 OBSERVATION DATA M (MIXED) RINEX VERSION / TYPEBLANK OR G = GPS, R = GLONASS, T = TRANSIT, M = MIXED COMMENTXXRINEXO V9.9 AIUB 24-MAR-01 14:43 PGM / RUN BY / DATEEXAMPLE OF A MIXED RINEX FILE COMMENTA 9080 MARKER NAME9080.1.34 MARKER NUMBERBILL SMITH ABC INSTITUTE OBSERVER / AGENCYX1234A123 XX ZZZ REC # / TYPE / VERS234 YY ANT # / TYPE4375274. 587466. 4589095. APPROX POSITION XYZ.9030 .0000 .0000 ANTENNA: DELTA H/E/N1 1 WAVELENGTH FACT L1/21 2 6 G14 G15 G16 G17 G18 G19 WAVELENGTH FACT L1/20 RCV CLOCK OFFS APPL4 P1 L1 L2 P2 # / TYPES OF OBSERV18.000 INTERVAL2001 3 24 13 10 36.0000000 TIME OF FIRST OBSEND OF HEADER01 3 24 13 10 36.0000000 0 3G12G 9G 6 -.12345678923629347.915 .300 8 -.353 23629364.15820891534.648 -.120 9 -.358 20891541.29220607600.189 -.430 9 .394 20607605.84801 3 24 13 10 50.0000000 4 41 2 2 G 9 G12 WAVELENGTH FACT L1/2* WAVELENGTH FACTOR CHANGED FOR 2 SATELLITES * COMMENTNOW 8 SATELLITES HAVE WL FACT 1 AND 2! COMMENTCOMMENT01 3 24 13 10 54.0000000 0 5G12G 9G 6R21R22 -.12345678923619095.450 -53875.632 8 -41981.375 23619112.00820886075.667 -28688.027 9 -22354.535 20886082.10120611072.689 18247.789 9 14219.770 20611078.41021345678.576 12345.567 522123456.789 23456.789 5 GPS测量原理及应用RINEX格式 星历文件的内容2.10 N: GPS NAV DATA RINEX VERSION / TYPEXXRINEXN V2.10 AIUB 3-SEP-99 15:22 PGM / RUN BY / DATEEXAMPLE OF VERSION 2.10 FORMAT COMMENT.1676D-07 .2235D-07 -.1192D-06 -.1192D-06 ION ALPHA.1208D+06 .1310D+06 -.1310D+06 -.1966D+06 ION BETA.133179128170D-06 .107469588780D-12 552960 1025 DELTA-UTC: A0,A1,T,W13 LEAP SECONDSEND OF HEADER6 99 9 2 17 51 44.0 -.839701388031D-03 -.165982783074D-10 .000000000000D+00.910000000000D+02 .934062500000D+02 .116040547840D-08 .162092304801D+00.484101474285D-05 .626740418375D-02 .652112066746D-05 .515365489006D+04.409904000000D+06 -.242143869400D-07 .329237003460D+00 -.596046447754D-07.111541663136D+01 .326593750000D+03 .206958726335D+01 -.638312302555D-08.307155651409D-09 .000000000000D+00 .102500000000D+04 .000000000000D+00.000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .910000000000D+02.406800000000D+06 .000000000000D+0013 99 9 2 19 0 0.0 .490025617182D-03 .204636307899D-11 .000000000000D+00.133000000000D+03 -.963125000000D+02 .146970407622D-08 .292961152146D+01-.498816370964D-05 .200239347760D-02 .928156077862D-05 .515328476143D+04.414000000000D+06 -.279396772385D-07 .243031939942D+01 -.558793544769D-07.110192796930D+01 .271187500000D+03 -.232757915425D+01 -.619632953057D-08-.785747015231D-11 .000000000000D+00 .102500000000D+04 .000000000000D+00.000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .389000000000D+03.410400000000D+06 .000000000000D+00文件头文件体GPS数据处理 GPS基线解算 常用的数据格式 RINEX格式 GPS测量原理及应用RINEX格式 RINEX气象数据文件的内容2.10 METEOROLOGICAL DATA RINEX VERSION / TYPEXXRINEXM V9.9 AIUB 3-APR-96 00:10 PGM / RUN BY / DATEEXAMPLE OF A MET DATA FILE COMMENTA 9080 MARKER NAME3 PR TD HR # / TYPES OF OBSERVPAROSCIENTIFIC 740-16B 0.2 PR SENSOR MOD/TYPE/ACCHAENNI 0.1 TD SENSOR MOD/TYPE/ACCROTRONIC I-240W 5.0 HR SENSOR MOD/TYPE/ACC0.0 0.0 0.0 1234.5678 PR SENSOR POS XYZ/HEND OF HEADER96 4 1 0 0 15 987.1 10.6 89.596 4 1 0 0 30 987.2 10.9 90.096 4 1 0 0 45 987.1 11.6 89.0文件头文件体GPS数据处理 GPS基线解算 常用的数据格式 RINEX格式 GPS测量原理及应用SP3格式 定义 一种精密星历格式， IGS精密星历采用此格式 存储方式 ASCII 内容 精密星历（每隔 15分钟给出 1个卫星的位置，有时还给出卫星的速度） 特点 提供精密星历GPS数据处理 GPS基线解算 常用的数据格式 SP3格式 GPS测量原理及应用SP3格式 命名规则 命名规则： 8+3文件名 例： igs11065.sp3(.Z)， igr11065.sp3(.Z)tttwwwwd.sp3精密星历的类型GPS周 星期0：星期日16：星期一 星期六总为 sp3GPS数据处理 GPS基线解算 常用的数据格式 SP3格式