1、1,GPS测量与数据处理,黄劲松武汉大学 测绘学院,2,第六章 GPS基线解算,3,本章内容,概述基线解算模式基线解算的过程及结果基线解算的质量控制,4,1. 概述,5,GPS测量数据处理的流程,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,6,2. 基线解算模式,7,基线向量解,基线边长与基线向量,基线边长（左）与基线向量（右）,8,基线向量解,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,9,同步观测基线间的误差相关性,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
2、。,10,基线解算模式,单基线解/基线模式多基线解/时段模式整体解/战役模式,11,单基线解/基线模式,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一般工程应用,12,单基线解/基线模式,基线解结果基线向量估值基线向量估值的方差-协方差阵,13,多基线解/时段模式,解算方法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。特点数学模型严
3、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对质量要求严格的应用,14,多基线解/时段模式,基线选择方法,射线法（左）和导线法（右）,15,多基线解/时段模式,基线解结果基线向量估值基线向量估值的方差-协方差阵,16,整体解/战役模式,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，计算量大适用范围高精度定位、定轨,17,3. 基线解算的过程及结果,18,基线解算的过程,19,基线解算的结果,数
4、据记录情况起止时刻、历元间隔、观测卫星、历元数测站信息位置（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气象数据气压、温度、湿度,20,基线解算的结果,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,21,4. 基线解算的质量控制,22,质量指标的类型,控制指标特点：基于测量规范，在工程应用
5、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RMS,23,质量的控制指标 ,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 ,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
6、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，,25,质量的控制指标 ,独立环闭合差 定义由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，,26,质量的控制指标 ,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
7、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，,27,质量的控制指标 ,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，,28,质量的控制指标 ,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,29
8、,质量的控制指标,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,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,参考方差,观测值的残差,观测值的权,自由度,31,质量的参考指标,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
9、，RMS越小越好,观测值的均方根误差,观测值的残差,观测值的数量,32,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布和变化）的好坏有关。,33,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
10、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。,34,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,GPS卫星轨道高度,基线向量的偏差,基线长度,35,影响基线解算结果的因素,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,36,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间段周跳太多，致使周跳修复不完善
11、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,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,38,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
12、及天线相位中心问题等,39,基线的精化处理方法,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,衍生点,衍生点,衍生点,衍生点,40,基线的精化处理方法,卫星的观测时间太短的应对方法删除该卫星的观测数据，不让其参与基线解算周跳的应对方法在发生周跳处增加新的模糊度参数删除周跳严重的时间段的方法多路径误差的应对方法缩小编辑因子的方法来剔除残差较大的观测值删除多路径误差严重的时间段或卫星的数据,41,基线的精化处理方法,对流层或电离层折射影响过大的应对方法提高截止高度角，剔除易受对流层或电离层影响的低高度角观测数据 采用模型对对流层和电离层延迟进行改正如果GPS观测值是双频观测值，则可采用无电离层观测值（Iono-free）来进行基线解算,
