GPS9第九章 GPS测量数据处理课件

第九章GPS测量数据处理§9.1概述§9.2GPS基线向量的解算§9.3GPS定位成果的坐标转换§9.4基线向量网平差§9.1概述GPS接收机采集记录的内容：GPS接收机至卫星的伪距、载波相位和卫星星历等数据。观测值：有对四颗以上卫星的观测数据以及地面气象观测数据等。GPS数据处理：从原始的观测值出发得到最终的测量定位成果。基本流程：数据采集数据传输预处理基线解算网平差一、数据传输将接收机内存模块上的外业观测采集的原始数据用专用电缆传到计算机上。传输的同时进行数据分流，一般生成四个文件：载波相位和观测值文件、星历参数文件、电离层参数和UTC参数文件、测站信息文件。博飞：三个文件观测值文件O、星历文件N、测站信息文件BOI易测：观测值文件B、星历文件E3、观测值文件标准化①记录格式标准化各种接收机输出的数据文件应在记录类型、记录长度和存取方式方面采用统一记录格式。②记录项目标准化每一种记录应包含相同的数据项。如果某些数据缺项，则应以特定数据如“0”或空格填上。③采样密度标准化各种接收机的数据记录采样间隔可能不同。④数据单位标准化数据文件中，同一数据项的量纲和单位应是统一的。不同的接收机提供的数据记录有不同的格式。基线处理完成后应对其结果作如下分析和检核：①观测值残差分析当残差分布中出现突然的跳变时，表明周跳未处理成功。②基线长度的精度处理后基线长度中误差应在标称精度值内。③基线向量换闭合差的计算及检核由同时段的若干基线向量组成的同步环和不同时段的若干基线向量组成的异步环，其闭合差应能满足相应等级的精度要求。三、基线向量的解算及网平差§9.2GPS基线向量的解算一、基线向量的解算基线向量的解算解算一般采用差分观测值，较为常用差分观测值为双差观测值。基线解算的过程实际上是一个平差的过程，分三个阶段：①进行初始平差，解算出整周未知参数和基线向量的实数解（浮点解）；②将整周未知数固定为整数；③将确定整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再进行平差，最终得到固定解。1、原始观测数据的读入2、外业输入数据的检查与修改3、设置基线解算的控制参数4、基线解算5、基线解算质量的检核6、结束二、基线解算的过程

应对方法要解决基线起点坐标不准确的问题，可以在进行基线解算时，使用坐标准确度较高的点作为基线解算的起点。较为准确的起点坐标可以通过进行较长时间的单点定位或通过与WGS－84坐标较准确的点联测得到，也可以采用在进行整网的基线解算时，所有基线起点的坐标均有一个点的坐标衍生而来，使得基线结果均具有某一系统偏差，然后在GPS网平差处理时引入系统参数的方法加以解决。

周跳太多的判别对于卫星观测值中周跳太多的情况，可以从基线解算后所获得的观测值残差上来分析。目前大部分的基线处理软件，一般采用的双差观测值，当在某测站对某颗卫星的观测值中含有未修复的周跳时，与此相关的所有双差观测值的残差都会出现显著的整数倍的增大。

应对方法若多颗卫星在相同的时间段内经常发生周跳时，则可采用删除周跳严重的时间段的方法来尝试改善基线解算结果的质量。若只是个别卫星经常发生周跳，则可采用删除经常发生周跳的卫星的观测值的方法来尝试改善基线解算结果的质量。

对于对流层或电离层折射影响过大的问题可采用下列方法：1、提高截止高度角，剔除易受对流层或电离层影响的低高度角观测数据。但这种方法具有一定的盲目性，因为高度角低的信号不一定受对流层或电离层的影响就大。2、分别采用模型对对流层和电离层延迟进行改正。3、如果观测值是双频观测值，则可以使用消除了电离层折射影响的观测值来进行基线解算。§9.4基线向量网平差

GPS网

GPS网平差的目的：1、消除GPS网几何上的不一致性—闭合条件—重复条件—符合条件2、评定GPS网的内符合精度3、确定点在指定参照系下的坐标—引入位置基准—引入其它的起算条件

GPS网平差的最少约束条件数GPS网的必要基准——一个位置基准

GPS网平差的类型

1、无约束平差/自由网平差

2、约束平差

3、联合平差

无约束平差/自由网平差平差平差时固定网中某一点的坐标，平差目的是检验网本身的内部符合精度以及基线向量之间有无明显的系统误差和粗差，调整各基线向量观测值的权，确定各点在地心地固系下的相对位置关系

1）观测值——基线向量

2）起算数据（基准）

①如网中有高级的GPS点，采用高级的GPS点的坐标值作为起算数据。

②无高级的GPS点时，可取网中任一点的伪距定位获得的坐标（WGS－84），作为起算数据。

约束平差1）观测值——基线向量2）起算数据：选网中点在地面坐标系中的坐标值、边长、方位角。3）平差结果：直接是点在相应地面坐标系中的坐标值，二维或三维。一般选二维（X，Y）及相应的mX,mY

（X，Y）Dα或（X1，Y1）（X2，Y2）

GPS网与地面网联合平差1）观测值——基线向量、地面网的测距边2）起算数据：地面网的起算数据3）平差结果：结果类似约束平差，往往取二维的。（X，Y）Dα或（X1，Y1）（X2，Y2）

大地高系统大地高系统：是以参考椭球面为基准面的高程系统。大地高：某点的大地高，是该点沿椭球的法线方向到参考椭球面的距离。一般用H表示，大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一点在不同的基准下具有不同的大地高。利用GPS定位技术，可以直接测定观测站在WGS－84

中的大地高程。

正高系统正高系统：是以大地水准面为基准面的高程系统。正高：某点的正高是该点沿铅垂线方向到大地水准面的距离。一般用Hg来表示。大地水准面是一族重力等位面（或水准面）中的一个，习惯上以它代表地球的实际形状。由于水准面之间的不平行性，所以，过一点并与相垂直的铅垂线，实际上是一条曲线。具有重要的物理意义，实际上无法确定。

不同高程系统之间的关系式中：似大地水准面与椭球面之间的差距。式中：N大地水准面与椭球面之间的差距。大地水准面与参考椭球面之间的关系似大地水准面与参考椭球面之间的关系高程异常与大地水准面差距的关系：正高与正常高的关系：式中：—为地面点沿铅垂线，至大地水准面的平均重力加速度。—为地面点沿铅垂线，至似大地水准面间的平均正常重力值。大地高与正高之间的关系要想获得正常高，必须知道各点的高程异常。确定高程异常的方法：重力测量方法三角高程测量水准测量

GPS水准

绘等直线图法多项式曲线拟合法多项式曲面拟合法一、绘等直线图法——几何内插法1、测区内有m个点，大地高均已知；2、选n个点进行水准测量，得其正常高；3、计算n个点的高程异常：4、依据各点的坐标按一定比例将点展绘在图纸上，并在n个点旁标注出其高程异常值。5、选取高程异常等高距（1～5cm），绘等值线图。6、利用内插法求出其余m-n个点的高程异常值。注：n个点选取时要覆盖整个测区。二、多项式曲线拟合法1、在测线上有m个点，经GPS测量得其大地高；2、在m个点中n个点，用水准测量方法测得其正常高。3、计算n个点的高程异常：4、找出与x（或y）的函数关系：或可用多项式表示：当工程为带状时利用绘等直线法就不是很方便了，拟合的好坏与点的个数和点的位置有关。三、多项式曲面拟合法1、在测区上有m个点，经GPS测量得其大地高；2、在m个点中n个点，用水准测量方法测得其正常高。3、计算n个点的高程异常：4、找出与点的坐标（x，y）的函数关系：可用多项式表示：拟合的点在测区内应分布均匀。四、精度评定1、内符合精度根据参与拟合计算已知点的值与拟合值，用求拟合残差，按下式计算GPS水准拟合计算的内符合精度：式中：n为V的个数2、外符合精度根据检核点的值与拟合值之差，按下式计算GPS水准的外符合精度M：式中：n为检核点数3、GPS水准精度评定（1）根据检核点至已知点的距离L（单位：公里），按下表计算检核点拟合残差的限值，以此来评定GPS水准所能达到的精度。GPS水准限差等级