第九章_GPS测量数据处理(特别好)

第九章GPS测量数据处理DataProcessSlide2Outline•概述•数据准备•基线解算•网平差Slide3一、概述•数据处理的任务•数据处理的理论基础•数据处理的流程•软件介绍Slide41、数据处理的任务•数据处理的任务：由GPS接收机采集的观测值，通过数据处理，获得GPS网中各点的坐标•本章的研究对象：GPS基线向量网，静态观测Time(0)Time(i)Slide52、数据处理的理论基础•相对定位的原理和数学模型•测量平差的理论（间接平差）•坐标系统，高程系统Slide6GPS观测数据的分流和处理：3、数据处理的流程数据采集数据传输预处理基线解算实时定位GPS网平差Slide74、软件介绍•精密后处理软件GAMIT、GIPSY、BERNES•商用软件Trimble：TGOAshtech：SolutionJavad:PCCDU…•其它国内GPS有关高校、公司自行开发Slide8二、数据准备•数据传输和数据分流•数据的预处理Slide91、数据传输(9.1.1)•主要任务:将采集的数据传输到计算机中•文件格式本机格式：二进制文件RINEX格式：ASCII文件，通用格式Slide10观测数据•文件内容观测值文件：原始测距观测值（伪距、载波相位）星历文件：卫星轨道信息电离层参数和UTC参数文件：电离层改正参数和时间转换参数测站信息文件：测站名称、观测时间、天线高等Slide112、预处理(9.1.2)对数据进行平滑滤波，剔除粗差，删除无效无用数据；统一数据文件格式，将各类接收机的数据文件加工成彼此兼容的标准化文件；诊断整周跳变点，发现并恢复整周跳变，使观测值复原；对观测值进行各种模型改正，最常见的是大气折射模型改正。预处理的主要目的是净化观测值，提高观测值的“精度”。Slide12*数据文件格式的统一GPS卫星轨道方程的标准化目的：简便计算，节省内存解决因时段、来源不同而产生的差异得到某一时间段内平滑的轨道数据方法：用一多项式拟合观测时段内的星历数据),,(......)(2210zyxitatataatPniniiiiSlide13*数据文件格式的统一卫星钟差的标准化目的：解决因时段、来源不同而产生的差异得到某一时间段内平滑的钟差数据方法：一般用一多项式拟合202010)()(ttattaatsSlide14*数据文件格式的统一观测文件的标准化记录格式的统一记录项目的统一采样密度的统一观测值数据单位的统一Slide15三、基线解算(9.2)•基线解算的原理•基线解算的质量控制•基线解算的影响因素分析Slide161、基线解算的原理–观测值•载波相位观测值、伪距观测值–其它数据•测站信息（仪器类型，天线类型，天线高信息等）•星历（精密星历或广播星历）–结果•基线向量（X,Y,Z）•精度评定R1R223SjSk图2.3.18站星双差Slide17基线向量解基线边长基线向量基线边长（左）与基线向量（右）基线边长与基线向量TiiiiXYZbTiiiiBLHbTiiiiNEUbSlide18(1)基线解算原理：相对定位一般的数据处理软件都采用站星双差观测值的几何距离、对卫星、：测站、、、kjttttikikijij21)()()()(2121R1R223SjSk图2.3.18站星双差222222222022)()()()()(dZtZzdYtYyXdtXxttiksiksiksikik222222222022)()()()()(dZtZzdYtYyXdtXxttijsijsijsijijkl2jl2km2jm2kn2jn2Slide19基线解算原理：相对定位一般的数据处理软件都采用站星双差观测值R1R223SjSk图2.3.18站星双差•线性化：Slide20直接解算基线向量bkb1k1k2k12k(对于两个测站、一颗卫星)p1289-109-11Slide21最小二乘法解算一个历元：对于两个测站、m颗卫星，Slide22最小二乘法解算对于两个测站、m颗卫星，n个历元：PlBPΒBxBxvTT1)(LfmpvvT0验后单位权中误差：平差值的协因数阵：1)(PΒBTxQSlide23212212212)()()(zyxb基线长度精度评定)(10)(60121212ppmbmfQmmfQfQzyxfbbbbbbXXTbbT求基线向量长度的相对中误差：1200121200121200120212012212012212012)()()(zbzybyxbxbbzzyyxxb平差值的函数基线向量改正数基线长度改正数基线向量基线长度Slide24(2)考虑整周模糊度？？采用最小二乘法不能直接解算出模糊度的整数结果Slide25模糊度解算的意义初始化影响最终基线解算的精度•100次试验•2.2km基线•双频相位数据•7颗卫星浮点解/实数解固定解/整数解Slide26•第一步是获得实数解（浮点解）•第二步是通过搜索找到满足下列关系的模糊度参数的整数值•第三步获得位置向量的整数解（固定解）(3)基线解算NCBXAXYNNXQˆNXˆCXˆminˆˆ1ˆNXQNXNXNNN)ˆ(ˆˆ1ˆˆNXXCCCXNQQXNXXNNCNSlide27实例minˆˆ1ˆNXQNXNXNNN反映了所确定的整周模糊度的可靠性，该值总大于1，越大越可靠Slide28练习题1.基线向量解算需要用到哪些数据？2.关于基线解算，试总结一下规范对它的成果质量有哪些规定？3.固定解和浮动解有什么区别?GPS测量数据处理TGOSlide301、准备资料外业观测文件外业测量手簿整理（天线高）控制点资料Slide312、TGO处理流程软件流程坐标系统编辑建立项目数据导入基线解算质量控制网平差Slide32第一步：坐标系统编辑TGO/功能/CoordinateSystemManager，进入坐标管理器Slide33第二步：新建项目新建项目，选择米制模板，命名，改变坐标系统；Slide34第三步：导入数据导入所有的数据，根据天线高纪录编辑点名，天线类型，量测方式，天线高Slide35导入数据对于投影提示确认；显示网型；在视图中的点标记中选择名称显示点名称Slide36第四步：处理基线设置基线解算的控制参数；可按照默认的或修改：（1）高度角限制（2）编辑因子Slide37基线处理小结比率越大越好；参考变量和RMS越小越好限差在“基线处理形式”中设定处理所有的GPS基线，并查看处理质量Slide38使用时间线编辑器Slide39调整未通过的基线对于结果不好的基线：打开“时间线”，根据卫星信号的连续性选择剔除部分观测值（有周跳）。Slide40察看基线报告中的残差选中一条基线，打开基线处理报告查看残差图，对于有比较大的残差的卫星，到时间线上去删除部分观测值。Slide41检查闭合差在“报告”——“设置”——闭合环报告：对于长基线选择比率，设置10打开GPS闭合差报告，查看是否有失败的记录如果有继续编辑基线Slide42检查闭合差选择重复基线，闭合环报告导出基线向量excel手工检查是否合格。Slide43*比较：TGO与中海达流程上？如果某些基线解算失败，在编辑卫星的时候功能强大（卫星时间图，残差值，信噪比）输出重复基线，闭合差复杂（手工EXCEL）规范的等级不明确Slide44总结：基线解算阶段的质量控制•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•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，发现不合格的基线。质量改善——通过数据处理的手段，提高基线向量的质量。Slide45质量控制的指标(1)单位权方差因子(2)观测值的RMS(3)RATIO(4)同步环闭合差(5)异步环闭合差(6)重复基线较差相对指标半相对，半绝对指标绝对指标相对指标——无法确切判定质量合格与否半相对，半绝对——可确切判定质量是否不合格，不可确切判定质量合格绝对指标——可确切判定质量合格与否Slide46（1）单位权方差因子定义又称为参考因子/参考方差一定程度的反映了观测值质量的好坏观测值的权观测值的残差自由度Slide47（2）观测值的RMS定义一般认为，RMS越小越好一定程度的反映了观测值质量的好坏观测值的残差观测值数目RootMeanSquare均方根“RMS：单频〈0.03米,不能大于0.04米,双频0.02米，不能大于0.03”Slide48（3）RATIO定义反映了所确定的整周模糊度的可靠性，该值总大于1，越大越可靠“RATIO：应大于3,不能小于1.5米”Slide49举例说明：Slide50举例说明Slide51（4）同步环闭合差定义——由同步基线所组成的闭合环的闭合差特点--理论上，由于同步观测基线具有内在的联系，该值应总为0；--实践上，只要模型正确，数据处理无误，即使观测质量很差，也很小；--若超限，说明基线中至少一条错误--若合格，不能说明基线质量都合格ZYXZYX,,限差规定p1225nWx53nW222zWyWxWW5nWy5nWz1B2B3BnBSlide52规范要求全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）Slide53（5）异步环闭合差定义——由非同步（独立）的基线所组成的闭合环的闭合差特点--满足限差要求时，说明组成异步环的基线的质量都合格--不满足限差要求时，说明至少一条基线向量的质量不合格--要确定哪些基线质量不合格，可以通过多个相邻的异步环或重复基线判断ZYXZYX,,Slide54（6）重复基线互差定义——不同观测时段，对同一条观测基线的结果，即重复基线，这些结果之间的差异即重复基线互差特点--满足限差要求时，说明组成基线的质量合格--不满足限差要求时，说明至少一条基线向量的质量不合格Slide55规范要求全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）Slide56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•少数卫星的观测时间太短，导致这些卫星的整周模糊度无法准确确定•在整个观测时段里，有个别时间段里周跳太多。导致周跳修复不完善。•在观测时段里，多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍较大。•对流层或电离层折射影响过大。Slide57影响因素的判别•起点坐标不准确？？•观测时间太短——卫星可见视图•周跳太多•多路径效应严重•对流层或电离层折射影响过大残差图Slide58卫星可见视图Slide59残差图反映的基线解算质量残差图就是根据观测值的残差绘制的一种图表。残差（周）时间（周）0.000.100.10SV12-SV15残差（周）时间（周）0.00100.002-100.00SV12-SV15残差（周）时间（周）0.001.001.00SV12-SV25T1（周）T2（周）Slide60改善质量的方法•删卫星；•截时段；•改变截止高度角；•改变其他控制参数；—数据删除的标准：编辑因子—RATIO的阈值—大气折射延迟改正方法或模型Slide61基线解算数据采集数据传输预处理基线解算网平差三差基线解算质量评定Ratio重复基线同步环异步环RMS调整参数；删除低质量观测yesnoSlide62练习与思考1.基线解算是在什么坐标系下进行的？2.GPS测量以后能得到控制点的WGS-84精确坐标吗？3.同一条基线在WGS-84坐标系下和在北京54坐标系下的基线向量一样吗？Slide63四、GPS定位成果的坐标转换P132TiiiiXYZbTii