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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大学武汉大学 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控制基线解算的质量控制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GPS接收机的同步观测数据进行基线解算。特点特点每条基线都是在一个独立的解算过程中完成模型简单，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所有进行同步观测的n台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所有n-1条相互函数独立的基线。特点特点数学模型严密，
4、能反映出同步观测基线间的统计相关性数学模型和解算过程比较复杂，计算量较大适用范围适用范围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所有观测数据，在一个单一解算过程中同时对它们进行处理，得出所有独立基线。特点特点数学模型严密，能反映出同步观测基线间的统计相关性避免了结果在几何上的不一致性数学模型和解算过程复杂，计算量大适用范围适用范围
5、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情况数据记录情况起止时刻、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）、所采用接收机的序列号、所采用天线的序列号、测站编号、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象数据气压、温度、湿度19基线解算的结果基线解算的结果 基线解算控制参数设置基线解算控制参数设置星历类型，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法、周跳处
6、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分量、基线长度、基线分量的方差-协方差阵/协因数阵、观测值残差RMS、整周模糊度解方差的比值（RATIO值）、单位权方差因子（参考方差）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.基线解算的质量控制基线解算的质量控制21质量指标的类型质量指标的类型控制指标控制指标特点：基于测量规范，在工程应用中，控制指标必须满足，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，网无约束平差基线向量改正数（残差）参考指标参考指标特点：基于统计学原理，不作为判定质量是否合格的依据指
7、标：单位权方差（参考方差），RATIO值，RDOP值，观测值残差的RMS22质量的控制指标质量的控制指标 数据剔除率数据剔除率定义被删除观测值的数量与观测值的总数的比值作用从某一方面反映出了GPS原始观测值的质量，数据删除率越高，说明观测值的质量越差。要求根据GB/T 183142009，同一时段观测值的数据剔除率宜小于10%23质量的控制指标质量的控制指标 同步环闭合差同步环闭合差 定义由同步观测基线所组成的闭合环的闭合差 作用若超限，则说明组成同步环的基线中至少存在一条基线向量是错误的，但反过来，若未超限，还不能说明组成同步环的所有基线在质量上均合格。要求根据GB/T 183142009，
8、24质量的控制指标质量的控制指标 独立环闭合差独立环闭合差 定义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 作用若满足限差要求，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，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。要求根据GB/T 183142009，25质量的控制指标质量的控制指标 复测基线长度较差复测基线长度较差 定义不同观测时段，对同一条基线的观测结果，就是所谓复测基线。这些观测结果之间的差异，就是复测基线较差。作用当其超限时，就表明复测基线中一定存在质量不满足要求的基线。通过一条基线三次以上
9、的重复观测结果，通常能够确定出存在质量问题的基线解算结果。要求根据GB/T 183142009，26质量的控制指标质量的控制指标 网无约束平差基线向量残差网无约束平差基线向量残差 作用若无约束平差基线分量改正数超出限差要求，则认为所对应基线向量或其附近的基线向量可能存在质量问题。要求根据GB/T 183142009，27质量的控制指标质量的控制指标 其他其他GB/T 183142009还专门针对A和B级高等级GPS测量的数据处理制订了专门的质量控制指标重复性 各时段间的较差检验 独立闭合环或附合路线坐标分量闭合差 28质量的控制指标质量的控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
10、要求在GB/T 183142001中，规定由相应级别所规定的GPS网相邻点基线长度精度及实际平均边长计算在GB/T 183142009中，规定由外业观测时所采用的GPS接收机的标称精度及实际平均边长计算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）定义实质一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：观测值残差的RMS（Root Mean Square/均方根）实质反映了观测值与参数估值间的符合程度一定程
11、度地反映了观测值质量的优劣一般认为，RMS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定义实质反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性，该值总大于等于1，值越大，可靠性越高。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（卫星星座的几何图形的分布和变化）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RDOP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，即实质：RDOP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）有关，当基线位置确定后，RDOP值就只与观
12、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，其RDOP值大小与观测时间段有关。RDOP表明了GPS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准确基线解算时所设定的起点坐标不准确影响方式：导致基线向量发生偏差影响程度：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：导致与该卫星有关的整周未知数固定困难影响程度：对于
13、基线解算来讲，对于参与计算的卫星，如果与其相关的整周未知数没有准确确定的话，就将严重影响整个基线解算结果的质量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，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程度：严重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，多路径效应比较严重，观在观测时段内，多路径效应比较严重，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，严重时导致整周未知数固定困难影响程度随多路径效应的
14、严重程度，对基线质量的影响将有所不同多路径效应对基线向量的水平方向影响较大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，严重时导致整周未知数固定困难影响程度随大气折射影响的严重程度，对基线质量的影响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其它因素其它因素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准确的应对方法基线起点坐标不准确的应对方法使用坐标精度高的点作为起算点获取较为准确坐标的方法（两种）与
15、已知点（IGS跟踪站）联测（可获得分米级以上精度的地心坐标）长时间单点定位（数小时单点定位，可获得米级精度的地心坐标）所有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删除周跳严重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测值删除多路径误差严重的时间段或卫星的数据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层影响的低高度角观测数据 采用模型对对流层和电离层延迟进行改正如果GPS观测值是双频观测值，则可采用无电离层观测值（Iono-free）来进行基线解算41