第八章 GPS数据处理

第二节 GPS基线解算
（2）RATIO ） RATIO即整周模糊度分解后，次最小RMS与最 小RMS的比值。即：
RADIO = RMSsec RMSmin
RATIO 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。 RATIO是反映基线质量好坏的最关键值，通常 情况下，要求RATIO值大于3。
第二节 GPS基线解算
基线：两测站点地面标志中心的连线。它是空间矢量， 通常用两测站空间直角坐标差或大地坐标差表示， 也称基线向量。 基线解算：一般取相位观测值的差分模型，通 过平差 计算求解观测站之间的基线向量。 基线向量的解算一般采用多测站、多时段自动处理的 方法进行。
第二节 GPS基线解算
第二节 GPS基线解算
工作中只有尽量提高起点坐标的准确度，以避免这种 情况的发生。 （2）卫星观测时间短的判别 关于卫星观测时间太短这类问题的判断比较简单，只 要查看观测数据的记录文件中有关对与每个卫星的观 测数据的数量就可以了。有些GPS后处理软件还输出 了卫星的可见性图，这就更直观了。
第二节 GPS基线解算
第三节 GPS向量网平差
从而影响据此计算的空间直角坐标的精度。这样便会 对两网的联合平差造成不利的影响； 2．三维平差的转换参数的检验与选取； 3．验后单位权方差估值的检验； 4，后验单位权方差的检验 在最小二乘法平差中有两个单位权方差值，一个是先 验单位权方差；另一个是后验单位权方差。先验是指 平差前赋予的期望值；后验是指经平差后的计算值， 是对先验期望的检验。后验单位权方差是平差结果的 精度评价，因为先验期望值是预先给出的，Locus输出 结果将反映出三种情况：
第三节 GPS向量网平差
③后验单位权方差比期望值明显偏小，表明观测误差 不真实（譬如比实际的误差小），也可能存有粗差， 此时用统计分析工具来查找比较困难。如属观测误差 不真实可以用调低尺度使其更切合实际时，再重新平 差。具体操作中可反复试调，直至尺度合适为止。 每次平差前，可先验单位权方差设为1。如果平差后验 单位 权方差也为1，则二者一致（这种现象少见）。因 为后验是一种估值，估值本身也存在误差，正因为如 此，后验单位权方差偏离1也有可能平差
第三节 GPS向量网平差
（3）GPS网和地面网联合平差 当同时顾及约束平差中的各类数据和地面网中的常规 观测值如方向、边长时，其平差就是三维联合平差。 对于三维联合平差，除了前述GPS基线向量观测值的 误差方程和作为基准的各种约束条件外，还需列出地 面网观测值的误差方程。 主要目的：实现GPS观测成果向地面坐标系的转换。
第三节 GPS向量网平差
结果是良好的，难以判定平差好坏。譬如有两个后验 值分别为0.5和5的好平差；偏巧，有问题的平 差可能 解算的后验单位权方差也为0.5和5。实际上，后验单位 权方差偏离1太大，表明总是存在问题。所以，后验单 位权方差作为最小二乘法的质量指标，应注意 到： ① 对后验单位权方差接近1，认为平差是良好的，但 还要用其它的质量分析工具进 一步判定。
第二节 GPS基线解算
影响GPS 基线解算结果因素的判别 影响 对于影响GPS 基线解算结果的因素，有些是较容易判 别的，如卫星观测时间太短、周跳太多、多路径效应 严重、对流层或电离层折射影响过大等，但对于另外 一些因素却不好判断了，如起点坐标不准确等。 （1）基线起点坐标不准确的判别 对于由起点坐标不准确对基线解算质量造成的影响， 目前还没有较容易的方法来加以判别。因此在实际
（4）GPS基线向量网的二维平差 指将GPS网的平面与高程部分分开，主要进行平面位 置平差。 可以在二维大地坐标系中进行，也可以在高斯平面坐 标系中进行。包括二维无约束平差和二维约束平差。
第三节 GPS向量网平差
GPS网三维平差的若干问题： （1）GPS网三维平差的适用性 由于地面网通常都是在大地坐标或高斯平面坐标系中 表示的，为了计算网点的大地高程，必须以相应的精 度确定点的高程异常。目前在我国地势平缓的东南沿 海地区，高程异常的精度一般为±1m，而在西北高山 地区，只能保持数米的精度。当高程异常的精度较差 时，其误差将直接影响所求地面网点大地高的精度，
第三节 GPS向量网平差
GPS基线网平差的目的：就是为了消除基线向量网中 各类图形闭合条件的不符值，并建立网的基准，即网 的位置、方向和尺度基准。 GPS控制网的平差是以基线向量及协方差为基本观测 量的。 GPS向量网平差的分类：通常采用三维无约束平差、 三维约束平差及三维联合平差和GPS网和地面网的二 维平差。
第三节 GPS向量网平差
如果χ2 检验通过（Passed），表明平差良好，可再借 助其它检测工具确认。 如果χ2检验失败（Fail），为上一节的判定提供问题 的线索。
第三节 GPS向量网平差
（3）残差检验 残差是检测观测质量的一种指标，残差/标准残差的期 望值是可以预计的，因为它们服从正态分布。 t检验根据残差的可预见性自动检测观测值的残差，测 定观测值是否含有误差。t检验是用标准残差去统计测 定观测值残差是否位于期望界限之内，再计算出一个 阀值来检验每个标准残差。每个被检验的标准差可能 有两种结果：
具体处理中应注意以下几个问题： （1）基线解算一般采用双差相位观测值，对于边长超 过 30km的基线，解算时则可采用三差相位观测值。 （2）卫星广播星历坐标值可作为基线解的起算数据。 对于特大城市的首级控制网，也可采用其他精密星历 作为基线解算的起算值。
第二节 GPS基线解算
（3）基线解算中所需的起算点坐标，应按以下优先顺 序采用 ① 国家 GPS A、B级网控制点或其他高级GPS网控制 点已有的WGS-84坐标系坐标。 ② 国家或城市较高等级控制点转到WGS-84坐标系后 的坐标值。 ③ 不少于观测30分钟的单点定位结果的平差值提供的 WGS-84系坐标。
第三节 GPS向量网平差
由于GPS基线向量本身提供了尺度基准和定向基准。 故在GPS网平差时，只需提供一个位置基准。因此， 网不会因为该基准误差而产生变形。所以是一种无约 束平差。 平差中引入基准的方法一般为：取网中任意一点的伪 距定位坐标作为网的位置基准。
第三节 GPS向量网平差
（2）三维约束平差 所谓三维约束平差，就是以国家大地坐标系或地方坐 标系的某些点的固定坐标、固定边长及固定方位为网 的基准，将其作为平差中的约束条件，并在平差计算 中考虑GPS网与地面网之间的转换参数。 主要目的：实现GPS观测成果向地面坐标系的转换。
第八章 GPS数据处理
数据处理的目的：GPS控制网的数据处理就是将采集 的数据经平差后规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。过程大致可以分为： （1）观测数据的预处理； （2）基线向量解算； （3）基线向量网平差； （4）GPS网与地面网联合平差； （5）精度评定。
第一节 观测数据的预处理
第三节 GPS向量网平差
① 后验单位权方差接近或等于其期望值，表明平差中 不含有粗差，参与平差的观测值是有效的，但不能确 定其好坏。所以还需要用其它探查工具进一步检验。 ② 后验单位权方差比期望值明显偏大，这表明在参与 平差的数据中存在粗差，或者观测误差不真实（如比 实际的误差小），如果借助其它工具探查出粗差的大 小，将其删除，重新平差；如果属观测误差与实际有 出入，则可调高尺度，使其更切合实际再次平差。
第二节 GPS基线解算
（6）在同步观测时间小于30分钟时的快速定位基线。 应采用合格的双差固定解作为基线解算的最终结果。 基线向量的解算结果分析 基线解算后，可以通过RATIO、RDOP、RMS和数据 删除率这几个质量指标来衡量基线解算的质量。
第二节 GPS基线解算
通常认为，若RMS 偏大，则说明观测值质量较 差。若RDOP 值较大则说明观测条件较差。需 要说明的是，它们只具有某种相对意义，即它 们数值的高低不能绝对的说明基线质量的高低。 （1） RMS RMS 即均方根误差（Root Mean Square），
（3）周跳太多的判别 对于卫星观测值中周跳太多的情况，可以从基线解算 后所获得的观测值残差上来分析。目前大部分的基线 处理软件一般采用的是双差观测值，当在某测站对某 颗卫星的观测值中含有未修复的周跳时的，所有与此 相关的双差观测值的残差都会出现显著的整数倍的增 大。
第二节 GPS基线解算
（4）多路径效应严重、对流层或电离层折射影响过大 的判别 对于多路径效应、对流层或电离层折射影响的判别， 我们也是通过观测值残差来进行的。不过与整周跳变 不同的是，当多路径效应严重、对流层或电离层折射 影响过大时，观测值残差不是象周跳未修复那样出现 整数倍的增大，而只是出现非整数倍的增大。一般不 超过1 周，但却又明显地大于正常观测值的残差。
第三节 GPS向量网平差
（1）三维无约束平差 所谓三维无约束平差，就是GPS控制网中只有一个已 知点坐标。 三维无约束平差的主耍目的：是考察GPS基线向量网 本身的内符合精度以及考察基线向量之间有无明显的 系统误差和粗差，同时提供高精度的大地高。 其平差应不引入外部基准，或者引入外部基准，但并 不会由其误差使控制网产生变形和改正。
第三节 GPS向量网平差
② 对后验单位权方差明显小于1，表明观测误差偏大， 须调低误差尺度再做平差。 ③ 对后验单位权方差明显大于1，表明观测误差偏小 或存在有粗差，则需用其它分析工具探查，剃除粗差 或调高误差尺度再做平差。
第三节 GPS向量网平差
（2）χ2 检验 χ2 检验是进一步判明后验单位权方差可信度的工具。 它是由先验与后验两个方差计算而得，再与预定义的 上、下限进行比较，从而得出χ2 检验结果： 如果χ2 检验值落在上、下限范围之内，表明先验与后 验单位权方差统计等价，平差良好。 如果χ2检验值落在上、下限范围之外，检验失败，说 明先验与后验单位权方差统计不等价，平差存在问题， 为进一步判定属什么问题提供了线索。
第二节 GPS基线解算
（4）在采用多台接收机同步观测的一同步时段中，可 采用单基线模式解算，也可以只选独立基线按多基线 处理模式统一解算。 （5）同一等级的GPS网根据基线长度的不同可采用不 同的数据处理模型。若基线长小于0.8km，需采用双差 固定解；小于30km，可在双差固定解和双差浮点解中 选择最优结果；大于30km时．则可采用三差解作为基 线解算结果。