GPS测量与数据处理第九讲

GPS测量与数据处理

第九讲河南工程学院土木工程系测绘教研室第四节 基线解算阶段的质量控制质量的定义产品或工作的优劣程度GPS测量产品质量的内涵精度可靠性质量≠精度质量=精度+可靠性质量控制及其内容质量控制的定义一种用来确保生产出的产品保持合乎规定水平的系统GPS测量产品质量控制的内容质量评价（评定质量的指标）质量改善（提高质量的方法）GPS网质量的两个方面精度基线向量改正数的大小基线向量的重复性闭合差的大小附合差的大小相邻点距离中误差的大小点位中误差大小可靠性可探测出的观测值中粗差的大小观测值中残余粗差对结果影响的大小衡量精度的指标质量指标控制指标（必须满足，需要用户来判断）同步环闭合差异步环闭合差复测基线较差参考指标（用于参考，不作要求，软件能自动判断）参考因子（

）均方根误差（RMS）确定模糊度时的RMS比值（RATIO值）控制指标是依据应用要求得出的参考指标是依据统计原理得出的质量的参考指标某些软件采用质量的参考指标对基线进行质量控制基线质量控制的目的和内容基线质量控制的目的为后续的数据处理分析提供合格的基线向量结果。基线质量控制的内容质量评定通过一系列的指标，对基线向量结果的质量进行评估，发现质量差（不合格的基线）。质量改善通过数据处理手段，提高基线向量结果的质量。基线处理前的质量控制天线高检查（野外、室内，数值的合理性，量取方式等）测站信息检查（点名、点号，观测时间等）对导入的数据进行确认评定基线质量的指标相对指标特点：仅具参考意义指标：观测值的参考因子，观测值残差的RMS，RATIO，数据删除率半绝对指标特点：能用于判定基线是否不合格，但不能用于判定基线是否合格指标：同步环闭合差绝对指标特点：可用于判定基线是否合格指标：独立环闭合差，复测基线较差相对指标①观测值的参考因子定义实质：一定程度地反映了观测值质量的优劣相对指标②观测值残差的RMS定义：观测值残差的RMS（RootMeanSquare/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越小越好相对指标③数据删除率定义：在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阈值时，则认为该观测值含有粗差，则需要将其删除。被删除观测值的数量与观测值的总数的比值，就是所谓的数据删除率。实质：数据删除率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，通常表明观测值的质量越差。同一时段观测值的数据剔除率，其值宜小于10%相对指标④RATIO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。判断依据：一般来说，RATIO值越大越好。RATIO=RMS次最小

/RMS

最小相对指标⑤RDOP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，实际上对与某条基线向量来讲，其RDOP值的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RDOP=(tr(Q))1/2半绝对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。特点理论上：由于同步观测基线间具有一定的内在联系，同步环闭合差在理论上应总是为0。实践中：只要数学模型正确、数据处理无误，即使观测值质量不好，同步环闭合差将非常小。实质若同步环闭合差超限，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若同步环闭合差没有超限，还不能说明组成同步环的所有基线在质量上均合格。绝对质量指标①异步环闭合差定义由相互独立的基线所组成的闭合环的闭合差。实质异步环闭合差满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量的质量是合格的。当异步环闭合差不满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量中至少有一条基线向量的质量不合格。要确定出哪些基线向量的质量不合格，可以通过多个相邻的异步环或重复基线来判定。绝对质量指标①异步环闭合差限值根据环闭合差判断基线质量示例

在某GPS网中（如下图-3所示），

检验了4个最简独立环，某分量的

环闭合差分别为：环①=0.050m；

环②=0.002m；环③=0.053m；

环④=-0.002m；环1->2->3->6->8->

->7->6->4->1=-0.003m，

如果要求环闭合差要小于0.01m，

试判断哪条基线最有可能有问题。绝对质量指标②复测基线较差（重复基线互差）定义不同观测时段，对同一条基线的观测结果，就是所谓重复基线。这些观测结果之间的差异，就是复测基线较差。实质复测基线较差满足限差要求时，则表明基线向量的质量是合格的。复测基线较差不满足限差要求时，则表明复测基线中至少有一条基线向量的质量不合格。要确定出哪些基线向量的质量不合格，可以通过多条复测基线来判定。限差相应级别规定的精度（按实际平均边长计算）绝对质量指标

观测值的残差定义：观测值的残差，即各观测值与其平差值之差。实质理论上，载波相位观测精度为1%周，即L1波段信号观测误差只有2mm左右。因而当偶然误差达到1cm时应认为观测值质量存在问题。残差主要是由观测值的偶然误差和系统误差残余部分的影响而产生的。观测值残差分布不合理将体现在平差后的单位权中误差估值上，一般要求在0.05周以下。绝对质量指标

重复基线重复性R的计算公式：规范要求①规范要求②第五节影响基线质量的因素不影响GPS网质量的因素①GPS网中点的质量与点位分布无关不影响GPS网质量的因素②网的形状对GPS网的质量没有直接影响影响GPS网质量的因素观测值的精度由观测方法和基线处理方法决定起算数据的质量、数量、分布及与网的关系由网的设计和外业观测调度决定网的结构（基线向量的数量及配置）由网的设计和外业观测调度决定数学模型的完备性由数据处理软件决定外业观测工作，如对中、量高、天线定向等由外业作业人员决定影响GPS基线解算质量的因素基线解算时所设定的起点坐标不准确；少数卫星的观测时间太短，导致这些卫星的整周未知数无法准确确定；在整个观测时段里，有个别时间段或个别卫星周跳太多，致使周跳无法完全修复；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；对流层折射或电离层折射影响太大；观测时段内卫星几何图形强度不好；影响基线质量的因素①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：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基准站坐标误差对基线的影响基准站的误差最不利的情况下的影响值1km10km100km1000km20m1mm10mm100mm1000mm2m0.1mm1mm10mm100mm0.2m0.01mm0.1mm1mm10mm0.02m0.001mm0.01mm0.1mm1mm对策

对于短基线（<10km），其基准站坐标精度应优于1m。只需将基准站与国家A、B级网联测半小时即可得到。

对于中长基线（<100km），其基准站坐标精度应优于0.1m。应取国家A级网点作为基准点，并应与国家A级网点同步联测24小时以上。

对于长基线（>100km），其基准站坐标精度应优于0.05m。应取全球站作为基准站，并应与全球站联测48小时以上。对策

对于整个GPS网，在进行基线解算时，应采用一个或一组测站的坐标，作为固定或松驰的坐标基准。并应先从有已知基准站的同步观测网开始解算，然后用推算得到的未知测站的坐标作为基准来解算相邻的同步观测网，乃至整个GPS形变监测网。影响基线质量的因素②

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

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影响基线质量的因素③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影响基线质量的因素④坐标参考框架系统的变化量对基线分量的影响坐标参考框架系统的变化量最不利情况下对基线分量的影响值50km100km150km平移0.5m1mm2mm3mm尺度0.05×10－63mm6mm9mm定向0.02"6mm12mm18mm影响基线质量的因素⑤星历误差对不同长度基线的影响轨道的精度最不利的情况下的影响值1km10km100km1000km25m0.25mm2.5mm25mm250mm5m0.05mm0.5mm5mm50mm0.5m0.005mm0.05mm0.5mm5mm0.05m0.0005mm0.005mm0.05mm0.5mm影响基线质量因素的判别①基线起点坐标不准确的判别无明确的方法卫星观测时间短的判别通过卫星可见性图影响基线质量因素的判别②周跳通过残差图（残差跳跃）上面3幅双差残差图表明SV12存在周跳影响基线质量因素的判别

多路径效应严重通过残差图（残差中部分区间成系统性变化，且呈现周日特征）对流层或电离层折射影响过大通过残差图（残差中部分区间成系统性变化，但无周日特征）影响基线质量因素的判别

受多路径效应或大气折射影响的残差图影响基线质量因素的判别

多路径效应严重、对流层或电离层折射影响过大的判别：通过分析观测值的残差来判别改善基线质量的方法①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（跟踪站）联测（可获得分米级以上的地心坐标）长时间单点定位（数小时单点定位，可获得米级的地心坐标）所有基线从一点或由该点衍生出的点起算改善基线质量的方法②删卫星、截时段、改变截止高度角仅有个别卫星残差不正常时，可删卫星仅有个别子时段观测值残差不正常时，可截时段当在卫星起落部分的观测值残差不正常时，可改变截止高度角注意：以上方法都将减少有效的观测数据，从而减弱图形强度，一般不应大量地删除观测数据。改善基线质量的方法③改变其它控制参数数据删除标准－编辑因子RATIO之阈值－取消此阈值，用户根据结果判定模糊度固定正确与否大气折射延迟改正方法或模型当L2相位为全波长时，可尽量采用Iono-free组合消除电离层折射影响；当L2相位为半波长，对于短基线，可尝试仅使用L1单频数据处理对于对流层折射，可尝试不同的改正模型，以及天顶对流层延迟参数的估计方法（分段时间长度或随机过程的控制参数）改善基线质量的方法④基线解算时所设定的起点坐标不准确设定较准确的起点坐标，采用同一点或同一点的衍生点起算少数卫星的观测时间太短，导致这些卫星的整周未知数无法准确确定剔除观测时间太短的卫星整个观测时段里，有个别时间段或个别卫星周跳太多，致使周跳无法完全修复剔除周跳多的卫星，截去周跳多的时间段观测时段内，多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍较大剔除受多路径影响严重的观测值对流层折射或电离层折射影响太大提高截止高度角，模型改正、采用Iono-Free观测值基线精化处理的主要方法(stop)截取处理时段改变卫星截止高度角选择合