第六章GPS基线解算

1、20052012. 黄劲松黄劲松 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院1GPS测量与数据处理测量与数据处理黄劲松黄劲松武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院20052012. 黄劲松黄劲松 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院2第六章第六章 GPS基线解算基线解算 3本章内容本章内容 概述概述 基线解算模式基线解算模式 基线解算的过程及结果基线解算的过程及结果 基线解算的质量控制基线解算的质量控制20052012. 黄劲松黄劲松 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院41. 概述概述5GPS测量数据处理的流程测量数据处理的流程 数据采集数据采集 工具：GPS 接收机。 结果：记录在接收机中的原始观测数据。

2、 数据传输数据传输 工具：数据传输软件（功能模块） 。 结果：记录在计算机中的原始观测数据。 格式转换格式转换 工具：格式转换软件（功能模块） 。 结果：标准格式的数据。 基线解算基线解算 工具：基线计算软件（功能模块） 。 结果：GPS 基线向量解。 网平差网平差 工具：GPS 网平差软件（功能模块） 。 结果：点坐标、基准转换参数及相关统计信息。 是否完成所有观测和基线解算。 是 否 数据处理 结束 开始 四个阶段：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20052012. 黄劲松黄劲松 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院62. 基线解算模式基线解算模式7基

3、线向量解基线向量解 基线边长与基线向量基线边长与基线向量基线边长基线边长基线向量基线向量基线边长（左）与基线向量（右）基线边长（左）与基线向量（右）8基线向量解基线向量解 基线向量的表达方式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TiiiiXYZ bTiiiiBLH bTiiiiNEU b9同步观测基线间的误差相关性同步观测基线间的误差相关性ABC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基线解算模式基线解算模式 单基线解单基线解/基线模式基线模式 多基线解多基线解/时段模式时

4、段模式 整体解整体解/战役模式战役模式11单基线解单基线解/基线模式基线模式 解算方法解算方法 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 适用范围适用范围 一般工程应用12单基线解单基线解/基线模式基线模式 基线解结果基线解结果 基线向量估值 基线向量估值的方差-协方差阵TiiiiXYZ b222iiiiiiiiiiiiiiiiXXYXZYXYYZZXZYZ bd13多基线解多基线解/时段模式时段模式 解算方法解算方法

5、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 适用范围适用范围 对质量要求严格的应用14多基线解多基线解/时段模式时段模式 基线选择方法基线选择方法射线法（左）和导线法（右）射线法（左）和导线法（右）15多基线解多基线解/时段模式时段模式 基线解结果基线解结果 基线向量估值 基线向量估值的方差-协方差阵,1,2,1iTiiii m Bbbb,1,1,1,2,1,1,2,1,2,2,2,1,1,1,1,2

6、,1,1,.iiiiii miiiiii mii mii mii mi mbbbbbbbbbbbbbbbbbbBddddddDddd16整体解整体解/战役模式战役模式 解算方法解算方法 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 适用范围适用范围 高精度定位、定轨20052012. 黄劲松黄劲松 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院173. 基线解算的过程及结果基线解算的过程及结果 18基线解算的过程基线解算的过程19

7、基线解算的结果基线解算的结果 数据记录情况数据记录情况 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每一测站在测量期间的卫星跟踪状况 气象数据气象数据 气压、温度、湿度20基线解算的结果基线解算的结果 基线解算控制参数设置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

8、解方差的比值（RATIO值）、单位权方差因子（参考方差） 观测值残差序列观测值残差序列20052012. 黄劲松黄劲松 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院214. 基线解算的质量控制基线解算的质量控制22质量指标的类型质量指标的类型 控制指标控制指标 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RMS23质量的控制指标质量的控制指标 数据剔

9、除率数据剔除率 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质量的控制指标质量的控制指标 同步环闭合差同步环闭合差 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 183142009，353535XYZWWW25质量的控制指标质量的控制指标 独立环闭合差独立环闭合差 定义 由

10、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 183142009，3333 3XYZSWnWnWnWn26质量的控制指标质量的控制指标 复测基线长度较差复测基线长度较差 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

11、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 183142009，2 2Sd222SdXYZ27质量的控制指标质量的控制指标 网无约束平差基线向量残差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 183142009，333XYZVVV28质量的控制指标质量的控制指标 其他其他 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 1222121()11iinimicCn

12、icCCnnR3 23 23 23 2XXYYZZSSdRdRdRdR222XYZXWYWZWWWW3SWW29质量的控制指标质量的控制指标 规范对基线测量中误差的要求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质量的参考指标质量的参考指标 单位权方差（参考方差单位权方差（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0fPVVT0参考方差参考方差观测值的观测值

13、的残差残差观测值的观测值的权权自由度自由度31质量的参考指标质量的参考指标 观测值残差的观测值残差的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观测值的均方根误差方根误差观测值的观测值的残差残差观测值的观测值的数量数量TV VRMSn32质量的参考指标质量的参考指标 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

14、布和变化）的好坏有关。最小次最小RMSRMSRATIO 33质量的参考指标质量的参考指标 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。21)(QtrRDOP 34影响基线解算结果的因素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

15、确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：起点坐标的偏差起点坐标的偏差GPS卫星轨道高度卫星轨道高度基线向量的偏差基线向量的偏差基线长度基线长度bsbr35影响基线解算结果的因素影响基线解算结果的因素 少数卫星的观测时间少数卫星的观测时间太短太短 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

16、不完善间段周跳太多，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

17、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的精化处理方法 基线起点坐标不准确的应对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基本起算点衍生点衍生点衍生点衍生点衍生点衍生点衍生点衍生点40基线的精化处理方法基线的精化处理方法 卫星的观测时间太短的应对方法卫星的观测时间太短的应对方法 删除该卫星的观测