GPS课件第6章

1、第第6章章 GPS测量数据处理测量数据处理 GPS数据处理的目的，是从原始的观测结果测码伪距、载波相位观测值、卫星星历等数据出发，得到最终的GPS定位结果。 GPS数据处理包括数据传输、预处理、基线向量解算和GPS网平差计算等几个阶段。 GPS外业观测数据是接收机记录的原始观测数据，内业用随机软件(后处理软件)，将观测数据传输给计算机，并进行数据预处理和基线向量解算，进一步对基线向量网进行平差计算，最终获得定位结果。6.1 数据传输数据传输 GPS外业观测数据记录在接收机的内存模块上，必须传输到计算机内才能进行后续计算。 数据传输就是用专用的数据通讯电缆将GPS接收机和计算机连接，在计算机上运

2、行随机后处理软件，选择数据传输项，进行数据传输。 在进行数据传输的同时，进行数据分流，分别生成载波相位和伪距观测值文件、星历参数文件、电离层参数文件、测站信息文件。 载波相位和伪距观测值文件：载波相位和伪距观测值文件：记录有所观测的卫星号、卫星高度角和方位角，C/A码伪距，L1、L2载波相位观测值及其对应的观测历元等。 星历参数文件：星历参数文件：记录有所有观测卫星的轨道信息，用于计算任意时刻卫星的位置。 电离层参数文件：电离层参数文件：记录有电离层参数，用于计算观测值的电离层改正。 测站信息文件：测站信息文件：包含有测站名、测站号及其概略坐标、接收机号、天线号、天线高、起止观测历元等。 数据

3、文件数据文件 GPS卫星星历中每小时有一组独立的星历参数，计算时必须将卫星轨道方程进行标准化，以便于进行卫星位置计算。GPS卫星轨道方程标准化一般采用以时间为变量的多项式表示。 已 知 不 同 历 元 的 星 历 参 数 和 卫 星 位置 ，则卫星轨道方程标准化形式为 利用拟合法解多项式系数，就可计算任一时刻的卫星位置。一般情况下，n 取 810。 njnjjjjtatataatP2210)()(tPj(6.1)6.2.1 GPS卫星轨道方程标准化卫星轨道方程标准化 GPS卫星钟差是指卫星钟面时间与GPS系统标准时间之差 ，任一历元卫星钟差可用多项式表示为 其中：t0 参考历元； a0 卫星钟

4、参考历元t0的钟差； a1 卫星钟的钟速； a2 卫星钟的钟速变化率。 这些参数由GPS地面监控站，根据对卫星跟踪资料和GPS标准时间推算出来，用户可在卫星导航电文中获得。 根据卫星钟差就可确定出GPS卫星信号的发射历元，从而计算出该历元卫星的位置。 st221)()(ooosttattaat(6.2)6.2.2 卫星钟差的标准化卫星钟差的标准化 不同的接收机其数据记录格式有所不同，在进行基线向量解算之前，必须对观测数据文件进行标准化。 观测文件的标准化，包括记录格式标准化、记录项目标准化、采样间隔标准化和数据单位的标准化。 记录格式标准化：记录格式标准化：将各接收机输出的记录数据，按统一的标

5、准进行处理，包括记录类型、记录长度和存取方式。6.2.3 观测文件的标准化观测文件的标准化6.2.3 观测文件的标准化观测文件的标准化 记录项目标准化：记录项目标准化：每一记录中都应包含有相同的数据项，如果某些数据项缺项，应填“0”代替。 采样间隔标准化：采样间隔标准化：当各接收机采样间隔不一致时，应以采样间隔中大于或等于采样间隔最长的值作为标准。 数据单位的标准化：数据单位的标准化：在数据文件中，同一数据项应具有相同的单位。6.3 基线向量解算基线向量解算 在GPS相对定位中，主要用载波相位的双差观测值，求解基线向量，由双差观测值列出误差方程，并按最小二乘法原理，求解基线向量。 基线向量的解

6、算一般用随机后处理软件完成。 基线向量解算的结果是各直接观测基线的基线向量及其方差和协方差。6.4 基线向量网平差基线向量网平差 在完成基线向量解算后，可由不同观测时段的基线向量构成GPS基线向量网。GPS基线向量网平差是以GPS基线向量为观测值，进行平差计算。消除GPS网中图形闭合条件不符值，求定各GPS网点的三维坐标，并进行精度评定。 GPS基线向量网平差分三种形式：基线向量网平差分三种形式： 经典自由网平差； 非自由网平差； GPS网与地面网联合平差。 6.4 基线向量网平差基线向量网平差 经典自由网平差经典自由网平差，又称为无约束平差，平差时应选择网中某一点作为固定点，其坐标保持不变。

7、该平差方法可以检验GPS网内部符合精度，基线向量之间是否存在系统误差。 非自由网平差非自由网平差，又称为约束平差，平差时以GPS基线向量网中与国家大地坐标系或地方坐标系中重合点的坐标、边长和方位角为约束条件，同时顾及GPS网与地面大地网之间的转换参数。 GPS网与地面大地网联合平差网与地面大地网联合平差是将GPS基线向量和地面常规观测值(边长、方向、高差等)作为观测数据进行平差。6.5 GPS测量定位结果的转换测量定位结果的转换 GPS测量定位结果是属于WGS-84坐标系下的三维坐标。 实际应用时，通常采用国家大地坐标坐标、地方独立坐标或高斯平面直角坐标。 因此，必须将其转换为国家大地坐标系下

8、的坐标(三维坐标或大地坐标)、地方独立坐标系下的坐标或高斯平面直角坐标。 设 国 家 大 地 坐 标 系 原 点 的 大 地 坐 标为 ，在国家大地坐标系中的三维坐标为 其中 为国家大地坐标系参考椭球的长半径和第一偏心率。 002000000000000sin)1 (sincos)(coscos)(BHeNZLBHNYLBHNX),(000HLB0220sin1BeaN2,ea(6.6)1GPS坐标成果转换为国家大地坐标坐标成果转换为国家大地坐标 设大地原点在GPS网中的三维坐标为 ，该坐标属于WGS-84坐标系，则可得在两坐标系中大地原点的坐标平移参数为 GPS网中各点在国家大地坐标系中的三

9、维坐标为 000000ZZZYYYXXXZZZYYYXXXiiiiii),(000ZYX(6.8)GPS点在国家大地坐标系中的三维坐标点在国家大地坐标系中的三维坐标 GPS网中各点在国家大地坐标系中的大地坐标 ，可按大地坐标反算公式计算，即NBRHXYLWBZaeBcoscos)arctan(sin)1 (arctantan2),(HLB(6.9)大地坐标反算公式大地坐标反算公式22222222222arctansin1ZYXRYXZabaeBeWWaN参数计算参数计算 为使GPS网与地面控制网一致，还必须使GPS网与地面控制网在起始方位上保持一致。这项工作可利用大地测量学中赫耳默特第一微分公式，使椭球面上两网坐标结果一致。赫耳默特第一微分公式如下： 其中 两网原点的纬度差； 两网原点的经度差； 两网的尺度比； 两网起始方位之差。 0043011043011dLdAqdsqdBqdLdApdspdBpdB0dB0dLds0dA(6.10)赫耳默特第一微分公式赫耳默特第一微分公式 在进行坐标平移时，已保证两网原点重合，即 两网尺度差 两网起始方位之差 其中 地面网原点到起始方位点的大地方位角； GPS网原点到相应起始方位点的方位角。 0000dLdB0ds000AAdA0A0A各参数取值各参数取值 则赫耳默特第一微分