第7章GPS控制网的数据处理GPS测量定位技术
第七章 GPS控制网的数据处理
?主讲：周建郑
?黄河水利职业技术学院
学习目标
?了解GPS测高及其数据处理，拟合法确定正常高程，GPS做三、四等水准加密，过河水准测量，变形监测。
?理解星历预报的重要性，数据传输过程，基线向量的误差分析与判断。
?掌握基线向量的解算，坐标系统的转换，GPS网平差。
数据处理目的：
将采集的数据，经测量平差后，归化到参考椭球面上并投影到所采用的平面上，得到点的准确位置。
野外
数据平差
参考
椭球面
坐标
投影
当前
参考面
坐标
本章知识点
GPS
定位数据 的预处理① GPS
基线向量
解算
②
GPS
定位成果的 坐标系统转换④
GPS
基线网
的平差计算
③
GPS网
与地面网
的联合平差
⑤ GPS测高
及其数据
处理的过程
⑥
?一、概述
?（一）GPS定位数据处理基本流程
?一、概述
?（二）GPS 定位数据处理特点
特点
（1）
海量的数据
（2）
复杂的处理过程
（3）
多样的数学模型
（4）
自动化程度高
?一、概述
?（三）GPS数据的预处理
预处理的主要目的是对原始观测数据进行编辑、加工与整理，剔除粗差，删除无效无用数据，分流出各种专用的信息文件，为下一步的平差计算做准备。
?一、概述
?（三）GPS数据的预处理预处理工作的主要内容有：
①数据传输②
数
据
分
流
③
平
滑
滤
波
检
验
④
统
一
数
据
格
式
⑤
标
准
化
卫
星
轨
道
方
程
⑥
探
测
周
跳
修
复
观
测
值
⑦
进
行
各
种
模
型
改
正
二、预处理的准备工作
Ⅰ数据传输Ⅱ
数
据
分
流
观测值文件
星历参数文件
电离层和UTC参数文件
测站信息文件
Ⅲ
数
据
解
码
?三、数据预处理的内容
?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其加工成标准化文件，找出整周跳变点并进行修复，确定整周未知数的初值；
?对观测值进行各种模型改正。
?三、数据预处理的内容
?GPS 数据预处理的内容有：
数据预处理
标准化 卫星钟差
标准化卫 星轨道方程
标准化
观测值文件
建立钟差
改正多项式
相对论改正
星钟多项式
拟合
记录格式
记录类型与项目
采样密度
数据单位
?基本概念
?基线向量：
?GPS 相对定位中，点位间的相对位置量为基线向量。
?基线长度 ：
?GPS 相对定位中，对应于两点间的长度称为基线长度 。
?GPS 相对定位的结果是确定测站点间的相对位置关系。
?这种相对位置关系通常用空间直角坐标差
或大地坐标差
表示。 (,,)ij ij ij x y z ???(,,)ij ij ij B L H ???
?为了通过平差计算求解观测站之间的基线向量，一般均取相位观测值的线性组合，即差分模型。
?这里以双差观测值作为平差解算时的观测量，
以测站间的基线向量坐标
为主要未知量，建立误差方程式、法方程求解基线向量。
()T
b x y z =???，，
?一、误差方程的列立
?设在基线两端测站 同步观测的卫星为 和 ，并以 为参
考卫星，则可得到站星二次差分的观测方程式为:
?式中
— — 站星距:
经过一系列推导和初等变换可以得到下面纯量形式的误差方程：
,i j 1k 2k 1k 1
2
1
2
12
1
2
1
1
2
2
12
12
()()()k k k k
k k k k k k k k k k k k
s s s s ij i i j i j ij ij
f f f f t N c c c c ρρε?Φ=-?+?+?-?-?-?++1
1
1
2
2
2
12
1
1
2
2
12
1
1
2
2
k k k
i j
k k k
i j k k k k k k ij i j i j k k k k k k
ij i j i j N N N N N ρρρρρρεεεεε??=-??=-???=--+??=--+??
ρ
?一、误差方程的列立
?式中：
121212121212k k k k k k k k k k k k ij ij ij ij ij ij ij ij ij
v a x b y c z N W
δδδδ=++++211212
1122121212
1
12212
1212
112212*********k k k k j k k s i i i ij k k k k i j i j k k k k j j k k s i i ij k k k k i j i j k k k k j j k k s i i ij k k k k i j i j k k k k ij ij ij x f x x x a c y y f y y b c z z f z z c c W a x ρρρρρρρρρρρρ??????=+-- ? ?????????=+-- ? ???
??????=+-- ? ???=?1212121200
0()k k k k k k k k ij ij ij ij ij ij
b y
c z N ???
????????
?+?+?+-?Φ?
?二、法方程的组成与解算
?上式为任一历元
测站 和 卫星的双差观测值误差方程。当
历元两观测站同步观测的卫星为sv ，则可得到sv -1个误差方程，相应要引入sv -1个初始整周未知数，即历元共有（sv -1）+3个未知数。如果两观测站对所有sv 个卫星进行了连续观测，其历元数为n ，则总共有m =n (sv -1)个误差方程，写成矩阵形式有：
121212121212k k k k k k k k k k k k ij
ij ij ij ij ij ij ij
ij
v a x b y c z N
W
δδδδ=++++i t i j 、12k k 、i t
?二、法方程的组成与解算
?式中：
V AX L
=+
12
()T
m
V v v v
=
121
12
()
()
T
sv
T
m
X x y z N N N
L WW W
δδδδδδ
-=
=
?二、法方程的组成与解算
?设各类双差观测值等权且彼此独立，即权阵P 为单位阵，则可组成法方程： ?式中：
?于是可解得X 为：
?
基线向量平差值为： V AX L
=+NX B O +=N A A T
=B A L T =11()()X N B A A A L -T -T
=-=-0
ij ij ij ij ij ij ij ij ij x x x y y y z z z δδδ?
?=?+???=?+?
??=?+??
基线长度平差值为： 整周未知数平差值为：
2
22ij ij ij
b x y z
=?+?+?0
(121)
i i
i N N N i sv δ=+=-，，，
?三、精度评定
?1、单位权中误差估值
?单位权中误差估值 可由下式计算
?式中：
022V PV V V
m m sv m sv T T ==
----()()
V V AX L AX L T
T
=++L L B X
T T
=+
?三、精度评定
?2.平差值的精度估值
?未知数向量X 中任一分量的中误差估值为
?式中 为未知数 的权，可直接由法方程系数阵逆 阵 的对角元素求得。
001
(122)i i i i
x x x x m m m Q i sv P ===+，，，i X P i x 1
N -