GPS控制网的数据处理
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 1212121211221212
()()()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
1222
121122121122
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 ρ
ρρ
ρρρεεεεε?
?=-??=-???=--+?
?=--+??
ρ
?一、误差方程的列立
?式中:
1212
12121212k 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=++++2112
121122
121212
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 W W 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
=1
1
()()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:
022
V 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。
01
(122)
i i i
i
x x x x m m m Q i sv P ===+ ,,,i X P i x 1
N -