(8)第八章GPS12.ppt
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1、第八章 GPS测量数据处理第一节第一节 基本步骤基本步骤1、GPS接收机外业采集记录的内容接收机外业采集记录的内容(每组)有:(每组)有:接收机天线至卫星伪距和载波相位;卫接收机天线至卫星伪距和载波相位;卫星星历、钟差修正参数;各种轨道修正星星历、钟差修正参数;各种轨道修正值等。值等。2、数据量:、数据量:根据接收机采样间隔(一般取根据接收机采样间隔(一般取1520秒)秒)的设置,每个采样间隔记录一组观测值,的设置,每个采样间隔记录一组观测值,接收机连续观测一小时将有接收机连续观测一小时将有180240组观组观测值。测值。3、数据处理的基本流程、数据处理的基本流程数据数据采集采集数据数据传输传
2、输预处预处理理基线基线解算解算网平网平差差数据采集:数据采集:GPS接收机在野外观测完成接收机在野外观测完成记录有各类原始观测数据;包括:接收记录有各类原始观测数据;包括:接收机天线至卫星伪距;载波相位;卫星星机天线至卫星伪距;载波相位;卫星星历、钟差修正参数;各种轨道修正值历、钟差修正参数;各种轨道修正值同时用随机软件解算出测站点(绝对定同时用随机软件解算出测站点(绝对定位)的位置和运动速度,提供导航服务。位)的位置和运动速度,提供导航服务。数据传输、数据分流数据传输、数据分流 :传输:传输:“接收机接收机计算机计算机”JAVAD系统通过系统通过PC-CDU软件实现。软件实现。分流:在传输过
3、程中进行,生成如下分流:在传输过程中进行,生成如下5个文件个文件1)载波相位和伪距观测值文件;)载波相位和伪距观测值文件;2)星历参数文件;星历参数文件;3)电离层参数文件;电离层参数文件;4)UTC时间参数文件时间参数文件5)测站信息文件)测站信息文件 数据预处理:数据预处理:平滑滤波检验,剔除粗差;平滑滤波检验,剔除粗差;统统一一数数据据文文件件格格式式并并将将各各类类数数据据文文件件加加工成标准化文件工成标准化文件所谓标准化是指:所谓标准化是指:GPS卫星轨道方程卫星轨道方程的标准化;卫星时钟钟差标准化;观测的标准化;卫星时钟钟差标准化;观测值文件标准化。值文件标准化。探测粗差(整周跳变
4、)并修复观测值;探测粗差(整周跳变)并修复观测值;对观测值进行各种模型改正。对观测值进行各种模型改正。其中三个标准化是指:其中三个标准化是指:1)卫星轨道方程的标准化卫星轨道方程的标准化由于参考星历本身是有误差的,且不是由于参考星历本身是有误差的,且不是连续的,每小时更新一次,加上摄动连续的,每小时更新一次,加上摄动改正值本身的误差,会使得计算得到的改正值本身的误差,会使得计算得到的每个观测历元的卫星位置不在同一轨道每个观测历元的卫星位置不在同一轨道上,为使同步观测时段内卫星位置保持上,为使同步观测时段内卫星位置保持在一稳定的轨道上,需对各观测历元的在一稳定的轨道上,需对各观测历元的计算位置进
5、行拟合,使之位于同一轨道计算位置进行拟合,使之位于同一轨道上,或者说使同一观测时段内的卫星可上,或者说使同一观测时段内的卫星可用同一组星历表示。用同一组星历表示。一般将卫星位置拟合成时间的多项式:一般将卫星位置拟合成时间的多项式:2)时间标准化)时间标准化当当观观测测时时段段跨跨整整点点时时,来来自自广广播播星星历历的的时时钟钟改改正正信信息息中中,会会出出现现两两组组以以上上星星钟钟改改正正数数,加加上上相相对对论论改改正正残残余余的的影影响响,计计算算出出的的星星钟钟时时间间是是不不连连续续的的,时时间间标标准准化化就就是是建建立立起起观观测测时时段段内内连连续续、唯唯一一且平滑的时钟改正
6、的多项式。且平滑的时钟改正的多项式。3)观测值文件标准化)观测值文件标准化由于接收机不同,数据记录格式也不同,由于接收机不同,数据记录格式也不同,数据处理前需先对观测值文件进行标准数据处理前需先对观测值文件进行标准化处理,才能输入到主处理程序进行平化处理,才能输入到主处理程序进行平差。差。以上标准化一般可由软件自动进行。以上标准化一般可由软件自动进行。第二节第二节 基线向量的解算基线向量的解算基线向量是一个空间向量,通过差分解基线向量是一个空间向量,通过差分解算获得,是相对定位的基本解算量算获得,是相对定位的基本解算量相对定位是指用两台及以上接收机同相对定位是指用两台及以上接收机同步观测相同的
7、卫星,确定两两接收机间步观测相同的卫星,确定两两接收机间的坐标差(基线向量)的定位方法。的坐标差(基线向量)的定位方法。相对定位有动态和静态两种方式,大相对定位有动态和静态两种方式,大地测量中地测量中,相对定位的观测值是相对定位的观测值是载波相载波相位值位值,精度要求不高时也可使用测码伪,精度要求不高时也可使用测码伪距。距。一、求差的类型一、求差的类型相对定位的特点就是在观测值间求差,相对定位的特点就是在观测值间求差,求差的类型有:求差的类型有:1、对跟踪同一卫星的不同接收机间的、对跟踪同一卫星的不同接收机间的载波相位观测量求差载波相位观测量求差星际站间差星际站间差相对定位的核心是相对定位的核
8、心是“求差求差”,也称差,也称差分分,通过求差可心通过求差可心消减消减各类各类GPS系统误系统误差,提高定位精度。差,提高定位精度。3、同一接收机对不同卫星的观测值、同一接收机对不同卫星的观测值求差求差站际星间差站际星间差注意:各种求差方式可根据数据处理的注意:各种求差方式可根据数据处理的要求不同随意组合要求不同随意组合,在一次求差基础上在一次求差基础上还可进行二次求差、三次求差,求差的还可进行二次求差、三次求差,求差的结果结果仍是观测值的线性组合仍是观测值的线性组合。2、对同一接收机、同一卫星的不同、对同一接收机、同一卫星的不同历元间的观测值求差历元间的观测值求差历元间差历元间差二、二、载波
9、相位相对定位解算过程载波相位相对定位解算过程解算的基本目标:通过解算确定两两接收解算的基本目标:通过解算确定两两接收机之间的机之间的基线向量基线向量基线向量基线向量两设站点间的空间向量两设站点间的空间向量,可用大可用大地坐标或空间直角坐标形式表示地坐标或空间直角坐标形式表示,对对1,2两点两点,有有:用大地坐标形式表示的基线向量用大地坐标形式表示的基线向量用空间直角坐标形式表示的基线向量用空间直角坐标形式表示的基线向量1、基础方程、基础方程 载波相位观测值方程载波相位观测值方程载波相位观测值方程在第五章第三载波相位观测值方程在第五章第三节中已导出节中已导出,ti历元的载波相位观测值历元的载波相
10、位观测值方程形式如下方程形式如下两种坐标形式表示的基线向量等价两种坐标形式表示的基线向量等价基线向量中含有基线的长度基线向量中含有基线的长度,方位方位,倾角倾角等三个方面的信息等三个方面的信息推导过程推导过程:式式(1)对对1号号接收机接收机,k卫星卫星,ti历元的载波相位历元的载波相位方程则为方程则为:式式(2)式式中:中:K-代表卫星;代表卫星;1-指指1号接收机号接收机ti-代表历元代表历元同理同理,对对2号接收机号接收机k卫星卫星ti历元的载波相历元的载波相位方程有位方程有2、求单差、求单差(Single-Diference)一般常用的单差(一般常用的单差(SD)的形式为的形式为星际站
11、星际站间差间差即测站即测站1、测站、测站2对卫星对卫星Sj求求差。差。如图示,在历元如图示,在历元ti,对同一载波对同一载波f,测站测站1测站测站2对卫星对卫星Sj的的载波相位观测值方程分载波相位观测值方程分别为:别为:测站测站1测站测站2Sj则单差方程则单差方程SD为:为:整理后的整理后的1、2测站对测站对j卫星的星际站间卫星的星际站间单差方程为:单差方程为:3、求双差、求双差(Double-Diference)常用的双差(常用的双差(DD)为星际站间星间差:为星际站间星间差:即即1、2测站对测站对Sm卫星的单差与卫星的单差与1、2测站测站对对Sj卫星的单差再求差。卫星的单差再求差。式(式(
12、3)测站1测站2SjSm按式(3)可写出1、2测站对测站对Sj卫星的单差方程卫星的单差方程式(式(3)式(式(4)1、2测站对测站对Sm卫星的单差方程卫星的单差方程求二次差引入下列符号引入下列符号:代入上式,整理:代入上式,整理:再令常数项:再令常数项:整理可得双差方程的基本形式:整理可得双差方程的基本形式:式(式(5)4、解算基线向量解算基线向量a a、对式对式(5)(5)线性化线性化12Sj图中:图中:为测站为测站1、2间的基线向量:间的基线向量:,两星地距的两星地距的长度长度差为差为 令向量令向量 的单位向量分别为的单位向量分别为 由图可知:由图可知:式(式(6)式(式(7)将式(将式(
13、6)代入式()代入式(7):):式(式(8)两边点乘单位向量)两边点乘单位向量 根据矢量点乘积定义,有根据矢量点乘积定义,有:式(式(8)式(式(9)式(式(9)演化为)演化为即:即:式(式(8)两边点乘单位向量)两边点乘单位向量 式式(10)式式(11)式(式(10)与式()与式(11)相加)相加 12Sk式式(12)同样,接收机同样,接收机1、2对对Sj卫星,有:卫星,有:式式(13)12SJ将将式(式(13)、式()、式(12)代入双差方程)代入双差方程式(式(5)中:)中:有:有:式式(14),b)以基线向量与初始整周未知数为参数以基线向量与初始整周未知数为参数的双差方程的建立的双差方
14、程的建立将基线向量将基线向量 、单位向量、单位向量 、用坐标形式表示用坐标形式表示:式(式(15)将将式式(15)代代入入式式(14),根根据据向向量量运运算算规规则则,式式(14)右右边边第第一一项项中的向量项之点乘积部分可表示为:中的向量项之点乘积部分可表示为:式(式(16)根据向量点乘积的运算规则根据向量点乘积的运算规则,对下列,对下列向量:向量:点乘积结果为:点乘积结果为:式(式(16)可演化(相乘并积项)为:)可演化(相乘并积项)为:同理式(同理式(14)右边第二项中的向量项之)右边第二项中的向量项之点乘积部分可表示为:点乘积部分可表示为:式(式(17)式(式(18)将式(将式(17
15、)()(18)代双差方程式()代双差方程式(14),),并按基线向量并按基线向量 的各坐标差项积项,得的各坐标差项积项,得Epoche ti以基线向量各坐标差和初始整周以基线向量各坐标差和初始整周未知数为未知参数未知数为未知参数(共共7个个)的载波相位双的载波相位双差观测值方程:差观测值方程:式(式(19)式(式(19)中)中 C)单个载波双差误差方程式的构建单个载波双差误差方程式的构建 式(式(19)是是Epoche ti一个历元的载波相一个历元的载波相位方程,根据平差流程需将其转换成误位方程,根据平差流程需将其转换成误差方程差方程令:基线向量的平差值为:令:基线向量的平差值为:初始整周未知
16、数(的组合)的平差值为初始整周未知数(的组合)的平差值为 双差双差 的改正数为的改正数为双差方程式(双差方程式(19)的平差值方程式为:)的平差值方程式为:可变化为:可变化为:式(式(20)令令代入上式得代入上式得ti历元单个载波相位观测值历元单个载波相位观测值方程的方程的误差方程式为:误差方程式为:式(式(21)为简化计算,按参数平差惯例,实际列为简化计算,按参数平差惯例,实际列出误差方程时常用基线向量的近似值出误差方程时常用基线向量的近似值+改正数的方法代替基线向量,用整周未改正数的方法代替基线向量,用整周未知数的近似值知数的近似值+改正数的方法代替整周改正数的方法代替整周未知数,即:未知
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- 第八 GPS12
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