GPS测量数据处理

第八章GPS测量数据处理主要内容8.1基线解算及质量评定8.2网平差8.3GPS高程8.1基线解算及质量评定8.1.1基线解算的类型单基线解定义：当有台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。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。8.1.2基线解算结果的质量评定指标fPVVT0ˆ实质：反映观测值的质量，又称为参考方差因子。越小越好。单位权方差因子定义：RMS-均方根误差定义：nVVRMST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。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。RATIO定义：RATIO值为在采用搜索算法确定整周未知数参数的整数值时，产生次最小的单位权方差与最小的单位权方差的比值。实质：反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性，这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量有关，也与观测条件的好坏有关。–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：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。实质：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。)(Qtr21))((QtrRDOP同步环闭合差定义：同步环闭合差是由同步观测基线所组成的闭合环的闭合差。实质：由于同步观测基线间具有一定的内在联系，从而使得同步环闭合差在理论上应总是为0的，如果同步环闭合差超限，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，但反过来，如果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。限值：5nWX，5nWY，5nWZ53nW同异步环闭合差定义：由独立基线所组成的闭合环称为异步闭合环，简称异步环异步环的闭合差称为异步环闭合差。实质：当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进行。限值：nWX3，nWY3，nWZ3nW33异重复基线较（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，就是重复基线较（互）差。实质：当重复基线较（互）差满足限差要求时，则表明这些基线向量的质量是合格的；否则，则表明这些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，可以通过多重条件进行。限值：22互W8.1.3影响基线解算结果的主要因素及应对方法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）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（剔除周跳多的卫星，截去周跳多的时间段）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（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（模型改正、采用Iono-Free观测值）判别及应对方法：判别:通过卫星的可见性图和残差图来判别。应对方法：提供较准确的起点坐标、删卫星和截取时间段。基线解算时常需修改的参数：参与数据处理的特定时间段的观测值截止高度角观测值类型星历类型Ratio值限值观测值编辑因子电离层折射改正对流层折射改正8.1.4几种典型的残差图SV12存在周跳的残差图SV25受不明影响的残差图8.2网平差8.2.1网平差的类型无约束平差定义：GPS网的无约束平差指的是在平差时不引入会造成GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。常见的GPS网的无约束平差，一般是在平差时没有起算数据或没有多余的起算数据。约束平差定义：GPS网的约束平差指的是平差时所采用的观测值完全是GPS观测值（即GPS基线向量），而且，在平差时引入了使得GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。联合平差定义：GPS网的联合平差指的是平差时所采用的观测值除了GPS观测值以外，还采用了地面常规观测值，这些地面常规观测值包括边长、方向、角度等观测值等。无约束平差的作用评定GPS网的内部符合精度，发现和剔除GPS观测值中可能存在的粗差,得到GPS网中各个点在WGS-84系下经过了平差处理的三维空间直角坐标,为将来可能进行的高程拟合，提供经过了平差处理的大地高数据平差结果的质量评定–指标：相邻点距离中误差1.单位权方差的检验2.基线改正数的检验3.已知坐标的检验8.3GPS高程8.3.1高程系统大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。大地高系统正高系统正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高用符号Hg表示。正常高系统正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常高用H表示。高程系统之间的转换关系方法等值线图法大地水准面模型法拟合法8.3.2GPS测高方法从高程异常图或大地水准面差距图分别查出各点的高程异常或大地水准面差距，然后分别采用下面两式可计算出正常高和正高。采用等值线图法确定点的正常高和正高时要注意以下几个问题：注意等值线图所适用的坐标系统，在求解正常高或正高时，要采用相应坐标系统的大地高数据。采用等值线图法确定正常高或正高，其结果的精度在很大程度上取决于等值线图的精度。地球模型法本质上是一种数字化的等值线图，目前国际上较常采用的地球模型有OSU91A等。不过可惜的是这些模型均不适合于我国。拟合法—基本原理所谓高程拟合法就是利用在范围不大的区域中，高程异常具有一定的几何相关性这一原理，采用数学方法，求解正高、正常高或高程异常拟合法—注意事项上面介绍的高程拟合的方法，是一种纯几何的方法，因此，一般仅适用于高程异常变化较为平缓的地区（如平原地区），其拟合的准确度可达到一个分米以内。对于高程异常变化剧烈的地区（如山区），这种方法的准确度有限，这主要是因为在这些地区，高程异常的已知点很难将高程异常的特征表示出来。适用范围所谓高程异常的已知点的高程异常值一般是通过水准测量测定正常高、通过GPS测量测定大地高后获得的。在实际工作中，一般采用在水准点上布设GPS点或对GPS点进行水准联测的方法来实现，为了获得好的拟合结果要求采用数量尽量多的已知点，它们应均匀分布，并且最好能够将整个GPS网包围起来。选择合适的高程异常已知点若要用零次多项式进行高程拟合时，要确定1个参数，因此，需要1个以上的已知点；若要采用一次多项式进行高程拟合，要确定3个参数，需要3个以上的已知点；若要采用二次多项式进行高程拟合，要确定6个参数，则需要6个以上的已知点。高程异常已知点的数量若拟合区域较大，可采用分区拟合的方法，即将整个GPS网划分为若干区域，利用位于各个区域中的已知点分别拟合出该区域中的各点的高程异常值，从而确定出它们的正常高。下图是一个分区拟合的示意图，拟合分两个区域进行，以虚线为界，位于虚线上的已知点两个区域都采用。分区拟合法