第八章 GPS 测量数据处理
• 本讲主要讲述 GPS测量数据处理全过程。进 行GPS数据处理时，应了解GPS数据预处理，掌 握GPS控制网基线向量解算和GPS网平差或与地 面网联合平差。在GPS数据预处理中，要了解数 据预处理的目的，学习统一数据文件格式，并将 各类数据文件加工成标准化文件(如GPS卫星轨道 方程的标准化)；在基线解算中，应学习相对定位 中常用双差观测值求解基线向量方法。同时， GPS基线解算工作之前，应学好基线解算的分类。 这一阶段要重点掌握基线解算阶段的质量控制， 卫星数据删除率、RATIO、RDOP、RMS、同步 环闭合差、异步环闭合差等的基本概念。
8.2.2 基线解算结果的质量评定指标
单位权方差因子 定义：
V PV ˆ0 f
实质：反映观测值的质量，又称为参考方 差因子。越小越好。
T
– RMS - 均方根误差
• 定义：
V V RMS n
实质：表明了观测值的质量，观测值质量 越好，越小，反之，观测值质量越差，则 越大，它不受观测条件（观测期间卫星分 布图形）的好坏的影响。
特点：单基线解算的算法简单，但由于其 解算结果无法反映同步基线间的误差相关的 特性，不利于后面的网平差处理，一般只用 在普通等级GPS网的测设中。 多基线解 定义：与单基线解算不同的是，多基线解 算顾及了同步观测基线间的误差相关性，在 基线解算时对所有同步观测的独立基线一并 解算。 特点：多基线解由于在基线解算时顾及了 同步观测基线间的误差相关特性，因此，在 理论上是严密的。
T
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， 说明观测值的质量越差。
1 GPS卫星轨道方程的标准化
• 数据处理中要多次进行位置的计算，而GPS 广播星历每小时有一组独立的星历参数， 使得计算工作十分繁杂。因此，需要将卫 星轨道方程标准化，以便计算简便节省内 存空间。GPS卫星轨道方程标准化一般采用 以时间为变量的多项式进行拟合处理。
2卫星钟差的标准化
• 自广播星历的卫星钟差(即卫星钟钟面时间与GPS 标准时间系统之差ts)是多个数值，需要通过多 项式拟合求得惟一的、平滑的钟差改正多项式， 用于确定真正的信号发射时刻并计算该时刻的卫 星轨道位置，同时也用于将各站对各卫星的时间 基准统一起来以估算它们之间的相对钟差。当多 项式拟合的精度优于±0.2ns时，可精确探测整周 跳变，估算整周末知数。钟差的多项式形式为 • 2
1 基线解算及质量评定
2 GPS网平差
2.1 整体平差方法概述
2.2 基线向量网平差模型
3 GPS高程
8.1 数据预处理
• GPS数据预处理的目的是：对数据进行平滑 滤波检验、剔除粗差；统一数据文件格式， 并将各类数据文件加工成标准化文件(如 GPS卫星轨道方程的标准化，卫星时钟钟差 标准化，观测值文件标准化等)；找出整周 跳变点并修复观测值；对观测值进行各种 模型改正。
t a a ( t t ) a ( t t ) s 0 1 0 2 0
• 3 观测值文件的标准化 • 不同的接收机提供的数据记录格式不同。例如 观测时刻这个记录，可能采用接收机参考历元， 也可能是经过改正归算至GPS标准时间。在进行 平差(基线向量的解算)之前，观测值文件必须规 格化、标准化。具体项目包括： • (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 同一记录格式。 • (2)记录项目标准化。每一种记录应包含相同的 数据项。如果某些数据项缺项，则应以特定数据 如“0”或空格填上。
• (3)采样密度标准化。各接收机的数据记录采样间 隔可能不同，如有的接收机每15s记录一次，有的 则20s记录一次。标准化后应将数据采样间隔统一 成一个标准长度。标准长度应大于或等于外业采 样间隔的最大标准值。采样密度标准化后，数据 量将成倍地减少，所以这种标准化过程也称为数 据压缩。数据压缩应在周跳修复后进行。数据压 缩常用多项式拟合法，压缩后的数据应等价于被 压缩区间的全部数据，且保持各压缩数据的误差 独立。 • (4)数据单位的标准化。数据文件中，同一数据项 的量纲和单位应是统一的，例如，载波相位观测 值统一以周为单位。
• 完成了一个GPS控制网的点的基线解算工作 之后，必须学习GPS网平差，它是以南方 GPS后处理 软件为作业基础，以具体学习 指导自由网平差实例平差、GPS网约束平差。
• 采用GPS基线向量网平差，虽可以同时确定出点 的三维位置，若网中有一点或多点具有精确的 WGS-84大地坐标系的大地高程，则在GPS网平 差后，可得各GPS点的WGS-84大地高程。但令 人遗憾的是，所确定出的高程是相对于一个特定 参考椭球的，即所谓的大地高，而不是在实际应 用中广泛采用的与地球重力位密切相关的正高或 正常高。不过，如果能够设法获得相应点上的大 地水准面差距或高程异常，就可以进行相应高程 系统的转换，将大地高转换为正高或正常高。因 此，应找出GPS点的大地高程同正常高程的关系， 并采用一定模型进行转换。本节介绍如何将GPS 高程观测结果变为可实用的正常高程结果。
Байду номын сангаас
8.2 GPS基线向量的解算
• 8.2.1基线解算的类型
– 单基线解
• 定义：当有多台GPS接收机进行了一个时段的同 步观测后，每两台接收机之间就可以形成一条基线 向量，共有 条同步观测基线，其中最多可以选出相 互独立的条同步观测基线，至于这条独立基线如何 选取，只要保证所选的条独立基线不构成闭和环就 可以了。这也是说，凡是构成了闭和环的同步基线 是函数相关的，同步观测所获得的独立基线虽然不 具有函数相关的特性，但它们却是误差相关的，实 际上所有的同步观测基线间都是误差相关的。所谓 单基线解算，就是在基线解算时不顾及同步观测基 线间误差相关性，对每条基线单独进行解算。