《GPS基线解算》PPT课件.ppt

1,GPS测量与数据处理,黄劲松 武汉大学 测绘学院,2,第六章 GPS基线解算,3,本章内容,概述 基线解算模式 基线解算的过程及结果 基线解算的质量控制,4,1. 概述,5,GPS测量数据处理的流程,四个阶段： 1. 数据传输 2. 格式转换（可选） 3. 基线处理 4. 网平差,6,2. 基线解算模式,7,基线向量解,基线边长与基线向量,基线边长（左）与基线向量（右）,8,基线向量解,基线向量的表达方式 空间直角坐标的坐标差 大地坐标的坐标差 站心地平坐标的坐标差,9,同步观测基线间的误差相关性,提示：由于在计算AB、AC两条基线向量时，均用到了A点的观测数据，因而A点观测数据中的误差将同时对这些基线产生影响。,10,基线解算模式,单基线解/基线模式 多基线解/时段模式 整体解/战役模式,11,单基线解/基线模式,解算方法 一次仅同时提取两台GPS接收机的同步观测数据进行基线解算。 特点 每条基线都是在一个独立的解算过程中完成 模型简单，参数较少，计算量小 解算结果无法反映同步观测基线间的误差相关性 无法充分利用观测数据之间的关联性 适用范围 一般工程应用,12,单基线解/基线模式,基线解结果 基线向量估值 基线向量估值的方差-协方差阵,13,多基线解/时段模式,解算方法 一次提取一个观测时段中所有进行同步观测的n台接收机所采集的同步观测数据，在一个单一解算过程中共同解求出所有n - 1条相互函数独立的基线。 特点 数学模型严密，能反映出同步观测基线间的统计相关性 数学模型和解算过程比较复杂，计算量较大 适用范围 对质量要求严格的应用,14,多基线解/时段模式,基线选择方法,射线法（左）和导线法（右）,15,多基线解/时段模式,基线解结果 基线向量估值 基线向量估值的方差-协方差阵,16,整体解/战役模式,解算方法 一次提取项目整个观测过程中所有观测数据，在一个单一解算过程中同时对它们进行处理，得出所有独立基线。 特点 数学模型严密，能反映出同步观测基线间的统计相关性 避免了结果在几何上的不一致性 数学模型和解算过程复杂，计算量大 适用范围 高精度定位、定轨,17,3. 基线解算的过程及结果,18,基线解算的过程,19,基线解算的结果,数据记录情况 起止时刻、历元间隔、观测卫星、历元数 测站信息 位置（经度、纬度、高度）、所采用接收机的序列号、所采用天线的序列号、测站编号、天线高 每一测站在测量期间的卫星跟踪状况 气象数据 气压、温度、湿度,20,基线解算的结果,基线解算控制参数设置 星历类型，截止高度角、解的类型、对流层折射的处理方法、电离层折射的处理方法、周跳处理方法等 基线向量估值及其统计信息 基线分量、基线长度、基线分量的方差-协方差阵/协因数阵、观测值残差RMS、整周模糊度解方差的比值（RATIO值）、单位权方差因子（参考方差） 观测值残差序列,21,4. 基线解算的质量控制,22,质量指标的类型,控制指标 特点：基于测量规范，在工程应用中，控制指标必须满足， 指标：数据剔除率，复测基线长度较差，同步环闭合差，独立（异步）环闭合差，网无约束平差基线向量改正数（残差） 参考指标 特点： 基于统计学原理，不作为判定质量是否合格的依据 指标：单位权方差（参考方差），RATIO值，RDOP值，观测值残差的RMS,23,质量的控制指标 ,数据剔除率 定义 被删除观测值的数量与观测值的总数的比值 作用 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。 要求 根据GB/T 183142009，同一时段观测值的数据剔除率宜小于10%,24,质量的控制指标 ,同步环闭合差 定义 由同步观测基线所组成的闭合环的闭合差 作用 若超限，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，若未超限，还不能说明组成同步环的所有基线在质量上均合格。 要求 根据GB/T 183142009，,25,质量的控制指标 ,独立环闭合差 定义 由独立观测基线所组成的闭合环的闭合差，也被称为异步环闭合差 作用 若满足限差要求，则表明组成独立环的基线向量质量合格；若不满足限差要求，则表明组成独立环的基线向量中至少有一条的质量不合格，要确定不合格基线，可以通过多个相邻的独立环或重复基线来进行。 要求 根据GB/T 183142009，,26,质量的控制指标 ,复测基线长度较差 定义 不同观测时段，对同一条基线的观测结果，就是所谓复测基线。这些观测结果之间的差异，就是复测基线较差。 作用 当其超限时，就表明复测基线中一定存在质量不满足要求的基线。通过一条基线三次以上的重复观测结果，通常能够确定出存在质量问题的基线解算结果。 要求 根据GB/T 183142009，,27,质量的控制指标 ,网无约束平差基线向量残差 作用 若无约束平差基线分量改正数超出限差要求，则认为所对应基线向量或其附近的基线向量可能存在质量问题。 要求 根据GB/T 183142009，,28,质量的控制指标 ,其他 GB/T 183142009还专门针对A和B级高等级GPS测量的数据处理制订了专门的质量控制指标 重复性 各时段间的较差检验 独立闭合环或附合路线坐标分量闭合差,29,质量的控制指标,规范对基线测量中误差的要求 在GB/T 183142001中，规定由相应级别所规定的GPS网相邻点基线长度精度及实际平均边长计算 在GB/T 183142009中，规定由外业观测时所采用的GPS接收机的标称精度及实际平均边长计算,30,质量的参考指标,单位权方差（参考方差/Reference Variance） 定义 实质 一定程度地反映了观测值质量的优劣,参考方差,观测值的残差,观测值的权,自由度,31,质量的参考指标,观测值残差的RMS 定义： 观测值残差的RMS（Root Mean Square/均方根） 实质 反映了观测值与参数估值间的符合程度 一定程度地反映了观测值质量的优劣 一般认为，RMS越小越好,观测值的均方根误差,观测值的残差,观测值的数量,32,质量的参考指标,RATIO 定义 实质 反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性，该值总大于等于1，值越大，可靠性越高。 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（卫星星座的几何图形的分布和变化）的好坏有关。,33,质量的参考指标,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的平方根，即 实质： 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，对于某条基线， 其RDOP值大小与观测时间段有关。 RDOP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。,34,影响基线解算结果的因素,基线解算时所设定的起点坐标不准确 影响方式：导致基线向量发生偏差 影响程度：,起点坐标的偏差,GPS卫星轨道高度,基线向量的偏差,基线长度,35,影响基线解算结果的因素,少数卫星的观测时间太短 影响方式：导致与该卫星有关的整周未知数固定困难 影响程度：对于基线解算来讲，对于参与计算的卫星，如果与其相关的整周未知数没有准确确定的话，就将严重影响整个基线解算结果的质量,36,影响基线解算结果的因素,在整个观测时段中，有个别卫星或个别时间段周跳太多，致使周跳修复不完善 影响方式：导致整周未知数固定困难 影响程度：严重影响基线向量的质量,37,影响基线解算结果的因素,在观测时段内，多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍较大 影响方式：导致基线向量质量下降，严重时导致整周未知数固定困难 影响程度 随多路径效应的严重程度，对基线质量的影响将有所不同 多路径效应对基线向量的水平方向影响较大,38,影响基线解算结果的因素,对流层折射影响或电离层折射影响较大 影响方式：导致基线向量质量下降，严重时导致整周未知数固定困难 影响程度 随大气折射影响的严重程度，对基线质量的影响将有所不同 大气折射影响对基线向量的垂直方向影响较大 其它因素 卫星轨道误差较大 数学模型问题：地球潮汐、地球自转、卫星姿态及天线相位中心问题等,39,基线的精化处理方法,基线起点坐标不准确的应对方法 使用坐标精度高的点作为起算点 获取较为准确坐标的方法（两种） 与已知点（IGS跟踪站）联测（可获得分米级以上精度的地心坐标） 长时间单点定位（数小时单点定位，可获得米级精度的地心坐标） 所有基线从一点或由该点衍生出的点起算,基本起算点,衍生点,衍生点,衍生点,衍生点,40,基线的精化处理方法,卫星的观测时间太短的应对方法 删除该卫星的观测数据，不让其参与基线解算 周跳的应对方法 在发生周跳处增加新的模糊度参数 删