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1、20052012.黄黄劲松松 武武汉大学大学 测绘学院学院GPS测量与数据处理测量与数据处理黄劲松黄劲松武汉高校武汉高校 测绘学院测绘学院120052012.黄黄劲松松 武武汉大学大学 测绘学院学院第六章第六章 GPS基线解算基线解算 2本章内容本章内容概述概述基线解算模式基线解算模式基线解算的过程及结果基线解算的过程及结果基线解算的质量限制基线解算的质量限制320052012.黄黄劲松松 武武汉大学大学 测绘学院学院1.概述概述4GPS测测量量数数据据处处理理的的流流程程四个阶段：四个阶段：1.数据传输2.格式转换（可选）3.基线处理4.网平差520052012.黄黄劲松松 武武汉大学大学
2、测绘学院学院2.基线解算模式基线解算模式6基线向量解基线向量解基线边长与基线向量基线边长与基线向量基线边长基线边长基线向量基线向量基线边长（左）与基线向量（右）基线边长（左）与基线向量（右）7基线向量解基线向量解基线向量的表达方式基线向量的表达方式空间直角坐标的坐标差大地坐标的坐标差站心地平坐标的坐标差8同步观测基线间的误差相关性同步观测基线间的误差相关性ABC提示：由于在计算AB、AC两条基线向量时，均用到了A点的观测数据，因而A点观测数据中的误差将同时对这些基线产生影响。9基线解算模式基线解算模式单基线解单基线解/基线模式基线模式多基线解多基线解/时段模式时段模式整体解整体解/战役模式战役
3、模式10单基线解单基线解/基线模式基线模式解算方法解算方法一次仅同时提取两台一次仅同时提取两台GPS接收机的同步观测数据接收机的同步观测数据进行基线解算。进行基线解算。特点特点每条基线都是在一个独立的解算过程中完成每条基线都是在一个独立的解算过程中完成模型简洁，参数较少，计算量小模型简洁，参数较少，计算量小解算结果无法反映同步观测基线间的误差相关性解算结果无法反映同步观测基线间的误差相关性无法充分利用观测数据之间的关联性无法充分利用观测数据之间的关联性适用范围适用范围一般工程应用一般工程应用11单基线解单基线解/基线模式基线模式基线解结果基线解结果基线向量估值基线向量估值的方差-协方差阵12多
4、基线解多基线解/时段模式时段模式解算方法解算方法一次提取一个观测时段中全部进行同步观测的一次提取一个观测时段中全部进行同步观测的n台台接收机所采集的同步观测数据，在一个单一解算接收机所采集的同步观测数据，在一个单一解算过程中共同解求出全部过程中共同解求出全部n-1条相互函数独立的基条相互函数独立的基线。线。特点特点数学模型严密，能反映出同步观测基线间的统计数学模型严密，能反映出同步观测基线间的统计相关性相关性数学模型和解算过程比较困难，计算量较大数学模型和解算过程比较困难，计算量较大适用范围适用范围对质量要求严格的应用对质量要求严格的应用13多基线解多基线解/时段模式时段模式基线选择方法基线选
5、择方法射线法（左）和导线法（右）射线法（左）和导线法（右）14多基线解多基线解/时段模式时段模式基线解结果基线解结果基线向量估值基线向量估值的方差-协方差阵15整体解整体解/战役模式战役模式解算方法解算方法一次提取项目整个观测过程中全部观测数据，在一次提取项目整个观测过程中全部观测数据，在一个单一解算过程中同时对它们进行处理，得出一个单一解算过程中同时对它们进行处理，得出全部独立基线。全部独立基线。特点特点数学模型严密，能反映出同步观测基线间的统计数学模型严密，能反映出同步观测基线间的统计相关性相关性避开了结果在几何上的不一样性避开了结果在几何上的不一样性数学模型和解算过程困难，计算量大数学模
6、型和解算过程困难，计算量大适用范围适用范围高精度定位、定轨高精度定位、定轨1620052012.黄黄劲松松 武武汉大学大学 测绘学院学院3.基线解算的过程及结果基线解算的过程及结果 17基线解算的过程基线解算的过程18基线解算的结果基线解算的结果数据记录状况数据记录状况起止时刻、历元间隔、观测卫星、历元数起止时刻、历元间隔、观测卫星、历元数测站信息测站信息位置（经度、纬度、高度）、所接受接收位置（经度、纬度、高度）、所接受接收机的序列号、所接受天线的序列号、测站机的序列号、所接受天线的序列号、测站编号、天线高编号、天线高每一测站在测量期间的卫星跟踪状况每一测站在测量期间的卫星跟踪状况气象数据气
7、象数据气压、温度、湿度气压、温度、湿度19基线解算的结果基线解算的结果 基线解算限制参数设置基线解算限制参数设置星历类型，截止高度角、解的类型、对流星历类型，截止高度角、解的类型、对流层折射的处理方法、电离层折射的处理方层折射的处理方法、电离层折射的处理方法、周跳处理方法等法、周跳处理方法等基线向量估值及其统计信息基线向量估值及其统计信息基线重量、基线长度、基线重量的方差基线重量、基线长度、基线重量的方差-协协方差阵方差阵/协因数阵、观测值残差协因数阵、观测值残差RMS、整周、整周模糊度解方差的比值（模糊度解方差的比值（RATIO值）、单位值）、单位权方差因子（参考方差）权方差因子（参考方差）
8、观测值残差序列观测值残差序列2020052012.黄黄劲松松 武武汉大学大学 测绘学院学院4.基线解算的质量限制基线解算的质量限制21质量指标的类型质量指标的类型限制指标限制指标特点：基于测量规范，在工程应用中，限制指标特点：基于测量规范，在工程应用中，限制指标必需满足，必需满足，指标：数据剔除率，复测基线长度较差，同步环指标：数据剔除率，复测基线长度较差，同步环闭合差，独立（异步）环闭合差，网无约束平差闭合差，独立（异步）环闭合差，网无约束平差基线向量改正数（残差）基线向量改正数（残差）参考指标参考指标特点：特点：基于统计学原理，不作为判定质量是否合基于统计学原理，不作为判定质量是否合格的依
9、据格的依据指标：单位权方差（参考方差），指标：单位权方差（参考方差），RATIO值，值，RDOP值，观测值残差的值，观测值残差的RMS22质量的限制指标质量的限制指标 数据剔除率数据剔除率定义定义被删除观测值的数量与观测值的总数的比被删除观测值的数量与观测值的总数的比值值作用作用从某一方面反映出了从某一方面反映出了GPS原始观测值的质原始观测值的质量，数据删除率越高，说明观测值的质量量，数据删除率越高，说明观测值的质量越差。越差。要求要求依据依据GB/T 183142009，同一时段观测值，同一时段观测值的数据剔除率宜小于的数据剔除率宜小于10%23质量的限制指标质量的限制指标 同步环闭合差同
10、步环闭合差 定义定义由同步观测基线所组成的闭合环由同步观测基线所组成的闭合环的闭合差的闭合差 作用作用若超限，则说明组成同步环的基若超限，则说明组成同步环的基线中至少存在一条基线向量是错线中至少存在一条基线向量是错误的，但反过来，若未超限，还误的，但反过来，若未超限，还不能说明组成同步环的全部基线不能说明组成同步环的全部基线在质量上均合格。在质量上均合格。要求要求依据依据GB/T 183142009，24质量的限制指标质量的限制指标 独立环闭合差独立环闭合差 定义定义由独立观测基线所组成的闭合环的由独立观测基线所组成的闭合环的闭合差，也被称为异步环闭合差闭合差，也被称为异步环闭合差 作用作用若
11、满足限差要求，则表明组成独立若满足限差要求，则表明组成独立环的基线向量质量合格；若不满足环的基线向量质量合格；若不满足限差要求，则表明组成独立环的基限差要求，则表明组成独立环的基线向量中至少有一条的质量不合格，线向量中至少有一条的质量不合格，要确定不合格基线，可以通过多个要确定不合格基线，可以通过多个相邻的独立环或重复基线来进行。相邻的独立环或重复基线来进行。要求要求依据依据GB/T 183142009，25质量的限制指标质量的限制指标 复测基线长度较差复测基线长度较差 定义定义不同观测时段，对同一条基线的观不同观测时段，对同一条基线的观测结果，就是所谓复测基线。这些测结果，就是所谓复测基线。
12、这些观测结果之间的差异，就是复测基观测结果之间的差异，就是复测基线较差。线较差。作用作用当其超限时，就表明复测基线中确当其超限时，就表明复测基线中确定存在质量不满足要求的基线。通定存在质量不满足要求的基线。通过一条基线三次以上的重复观测结过一条基线三次以上的重复观测结果，通常能够确定出存在质量问题果，通常能够确定出存在质量问题的基线解算结果。的基线解算结果。要求要求依据依据GB/T 183142009，26质量的限制指标质量的限制指标 网无约束平差基线向量残差网无约束平差基线向量残差 作用作用若无约束平差基线重量改正数超出若无约束平差基线重量改正数超出限差要求，则认为所对应基线向量限差要求，则
13、认为所对应基线向量或其旁边的基线向量可能存在质量或其旁边的基线向量可能存在质量问题。问题。要求要求依据依据GB/T 183142009，27质量的限制指标质量的限制指标 其他其他GB/T 183142009还特地针对还特地针对A和和B级高级高等级等级GPS测量的数据处理制订了特地的质测量的数据处理制订了特地的质量限制指标量限制指标重复性重复性 各时段间的较差检验各时段间的较差检验 独立闭合环或附合路途坐标重量闭合差独立闭合环或附合路途坐标重量闭合差 28质量的限制指标质量的限制指标规范对基线测量中误差的要求规范对基线测量中误差的要求在在GB/T 183142001中，规定由相应级别中，规定由相
14、应级别所规定的所规定的GPS网相邻点基线长度精度及实网相邻点基线长度精度及实际平均边长计算际平均边长计算在在GB/T 183142009中，规定由外业观测中，规定由外业观测时所接受的时所接受的GPS接收机的标称精度及实际接收机的标称精度及实际平均边长计算平均边长计算29质量的参考指标质量的参考指标单位权方差（参考方差单位权方差（参考方差/Reference Variance）定义定义实质实质确定程度地反映了观测值质量的优劣确定程度地反映了观测值质量的优劣参考方差参考方差观测值的观测值的残差残差观测值的观测值的权权自由度自由度30质量的参考指标质量的参考指标观测值残差的观测值残差的RMS定义：定
15、义：观测值残差的观测值残差的RMS（Root Mean Square/均方根）均方根）实质实质反映了观测值与参数估值间的符合程度反映了观测值与参数估值间的符合程度确定程度地反映了观测值质量的优劣确定程度地反映了观测值质量的优劣一般认为，一般认为，RMS越小越好越小越好观测值的均观测值的均方根误差方根误差观测值的观测值的残差残差观测值的观测值的数量数量31质量的参考指标质量的参考指标RATIO定义定义实质实质反映了所确定出的整周未知数参数的牢靠性，反映了所确定出的整周未知数参数的牢靠性，该值总大于等于该值总大于等于1，值越大，牢靠性越高。，值越大，牢靠性越高。这一指标取决于多种因素，既与观测值的
16、质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（卫星星座的几何图量有关，也与观测条件（卫星星座的几何图形的分布和变更）的好坏有关。形的分布和变更）的好坏有关。32质量的参考指标质量的参考指标RDOP定义：所谓定义：所谓RDOP值指的是在基线解算时待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，即定参数的协因数阵的迹的平方根，即实质：实质：RDOP值的大小与基线位置和卫星在空间中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，关，当基线位置确定后，RDOP值就只与观值就只与观测条件有关了，而观测条件
17、又是时间的函测条件有关了，而观测条件又是时间的函数，因此，对于某条基线，数，因此，对于某条基线，其其RDOP值大值大小与观测时间段有关。小与观测时间段有关。RDOP表明白表明白GPS卫星的状态对相对定位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。受观测值质量好坏的影响。33影响基线解算结果的因素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精确基线解算时所设定的起点坐标不精确影响方式：导致基线向量发生偏差影响方式：导致基线向量发生偏差影响程度：影响程度：起点坐标的偏差起点坐标的偏差GPS卫星轨道高度卫星轨道高度基线向量
18、的偏差基线向量的偏差基线长度基线长度34影响基线解算结果的因素影响基线解算结果的因素少数卫星的观测时间少数卫星的观测时间太短太短影响方式：导致与该影响方式：导致与该卫星有关的整周未知卫星有关的整周未知数固定困难数固定困难影响程度：对于基线影响程度：对于基线解算来讲，对于参与解算来讲，对于参与计算的卫星，假如与计算的卫星，假如与其相关的整周未知数其相关的整周未知数没有精确确定的话，没有精确确定的话，就将严峻影响整个基就将严峻影响整个基线解算结果的质量线解算结果的质量35影响基线解算结果的因素影响基线解算结果的因素在整个观测时段中，有个别卫星或个别时在整个观测时段中，有个别卫星或个别时间段周跳太多
19、，致使周跳修复不完善间段周跳太多，致使周跳修复不完善影响方式：导致整周未知数固定困难影响方式：导致整周未知数固定困难影响程度：严峻影响基线向量的质量影响程度：严峻影响基线向量的质量36影响基线解算结果的因素影响基线解算结果的因素在观测时段内，多路径效应比较严峻，观在观测时段内，多路径效应比较严峻，观测值的改正数普遍较大测值的改正数普遍较大影响方式：导致基线向量质量下降，严峻影响方式：导致基线向量质量下降，严峻时导致整周未知数固定困难时导致整周未知数固定困难影响程度影响程度随多路径效应的严峻程度，对基线质量的随多路径效应的严峻程度，对基线质量的影响将有所不同影响将有所不同多路径效应对基线向量的水
20、平方向影响较多路径效应对基线向量的水平方向影响较大大37影响基线解算结果的因素影响基线解算结果的因素对流层折射影响或电离层折射影响较大对流层折射影响或电离层折射影响较大影响方式：导致基线向量质量下降，严峻时导致影响方式：导致基线向量质量下降，严峻时导致整周未知数固定困难整周未知数固定困难影响程度影响程度随大气折射影响的严峻程度，对基线质量的影响随大气折射影响的严峻程度，对基线质量的影响将有所不同将有所不同大气折射影响对基线向量的垂直方向影响较大大气折射影响对基线向量的垂直方向影响较大其它因素其它因素卫星轨道误差较大卫星轨道误差较大数学模型问题：地球潮汐、地球自转、卫星姿态数学模型问题：地球潮汐
21、、地球自转、卫星姿态及天线相位中心问题等及天线相位中心问题等38基线的精化处理方法基线的精化处理方法基线起点坐标不精确的应对方法基线起点坐标不精确的应对方法运用坐标精度高的点作为起算点运用坐标精度高的点作为起算点获得较为精确坐标的方法（两种）获得较为精确坐标的方法（两种）与已知点（与已知点（IGS跟踪站）联测（可获得分米跟踪站）联测（可获得分米级以上精度的地心坐标）级以上精度的地心坐标）长时间单点定位（数小时单点定位，可获得长时间单点定位（数小时单点定位，可获得米级精度的地心坐标）米级精度的地心坐标）全部基线从一点或由该点衍生出的点起算全部基线从一点或由该点衍生出的点起算基本起算点基本起算点衍
22、生点衍生点衍生点衍生点衍生点衍生点衍生点衍生点39基线的精化处理方法基线的精化处理方法卫星的观测时间太短的应对方法卫星的观测时间太短的应对方法删除该卫星的观测数据，不让其参与基线删除该卫星的观测数据，不让其参与基线解算解算周跳的应对方法周跳的应对方法在发生周跳处增加新的模糊度参数在发生周跳处增加新的模糊度参数删除周跳严峻的时间段的方法删除周跳严峻的时间段的方法多路径误差的应对方法多路径误差的应对方法缩小编辑因子的方法来剔除残差较大的观缩小编辑因子的方法来剔除残差较大的观测值测值删除多路径误差严峻的时间段或卫星的数删除多路径误差严峻的时间段或卫星的数据据40基线的精化处理方法基线的精化处理方法对流层或电离层折射影响过大的应对方法对流层或电离层折射影响过大的应对方法提高截止高度角，剔除易受对流层或电离提高截止高度角，剔除易受对流层或电离层影响的低高度角观测数据层影响的低高度角观测数据 接受模型对对流层和电离层延迟进行改正接受模型对对流层和电离层延迟进行改正假如假如GPS观测值是双频观测值，则可接受观测值是双频观测值，则可接受无电离层观测值（无电离层观测值（Iono-free）来进行基线）来进行基线解算解算41