《GPS數(shù)據(jù)處理》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、GPS數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（供測(cè)繪工程專業(yè)用）（2013年）戴吾蛟編二零一三年四月中南大學(xué)測(cè)繪與遙感科學(xué)系刖百GPS數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)本門課程的重要環(huán)節(jié)之一，實(shí)驗(yàn)的設(shè)置是為了配合課堂教學(xué)，使學(xué)生熟練掌握和深入理解課堂教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步強(qiáng)化GPS數(shù)據(jù)處理算法及流程。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本門課程必做的實(shí)驗(yàn)有（在VisualC+.net2008環(huán)境下）：1. GPS衛(wèi)星位置計(jì)算程序設(shè)計(jì)；2. 偽距單點(diǎn)定位程序設(shè)計(jì)；3. GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析；4. GPS工程控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理；實(shí)驗(yàn)1GPS衛(wèi)星位置計(jì)算程序設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉導(dǎo)航文件數(shù)據(jù)格式及參數(shù)意義；?掌握利用導(dǎo)航星歷數(shù)據(jù)進(jìn)行衛(wèi)星位置計(jì)算的詳細(xì)步驟；?掌握衛(wèi)星位置計(jì)算

2、程序設(shè)計(jì)技巧；二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求設(shè)計(jì)一個(gè)衛(wèi)星位置計(jì)算的函數(shù)；利用已有的RINEX格式導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)讀寫函數(shù)(Nav,Nav),從導(dǎo)航文件中讀取數(shù)據(jù)，調(diào)用自己設(shè)計(jì)的衛(wèi)星位置計(jì)算函數(shù)計(jì)算每顆衛(wèi)星在星歷發(fā)布時(shí)刻的衛(wèi)星位置(doubletranstime;/電文發(fā)送時(shí)間(GPS星期秒)，并保存至一個(gè)文件中。計(jì)算的詳細(xì)步驟：1.計(jì)算真近點(diǎn)角fs(1)計(jì)算平均角速度1GM2_32n03-GM398600.5(km3/s2)asnn0n(2)計(jì)算歸化觀測(cè)時(shí)間tktk以參考時(shí)刻toe為基準(zhǔn)的歸化觀測(cè)時(shí)間。if(tk302400)則tk604800;t，=t-teelseif(tk302400)則tk604800

3、ttt2ta。a1(ttoe)a2(tL)t'為觀測(cè)時(shí)刻衛(wèi)星的鐘面時(shí)t經(jīng)衛(wèi)星鐘差改正的觀測(cè)時(shí)刻(3)計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻t的平近點(diǎn)角Ms和偏近點(diǎn)角EsMsMsontkssokEsMsessinEsssss令Ms=Es®行迭代計(jì)算(4)計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻的真近點(diǎn)角cosfscosEsessinfs1escosEs1(1e2)2sinEs1escosEs2fsarctan(,1essinEs)/(cosEs1esEkfs2arctan(:tan-)1es2es)2 .計(jì)算升交距角及軌道攝動(dòng)改正項(xiàng)參考萬元的開交距角：U0=s+fs攝動(dòng)改正項(xiàng)uCussin2u0CucCOs2u0rCrssin2u

4、0Crccos2u01 Cissin2u0Ciccos2u03 .計(jì)算升交距角、衛(wèi)星的地心距離及軌道傾角uu0uras(1escosEs)rii。iitk4. 計(jì)算衛(wèi)星在軌道坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（x,y,z）xrcosuyrsinuz05. 計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻升交點(diǎn)的經(jīng)度0()tkt0e7.292115105(rad/s)6. 計(jì)算在協(xié)議地球系中的空間直角坐標(biāo)XxYR3()R1(i)yZzcosR3()R1( i) sin0sin cosisin sinicos cosicos cosisin i cosi實(shí)驗(yàn)2偽距單點(diǎn)定位程序設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉RINEX觀測(cè)文件的讀寫；?掌握衛(wèi)星發(fā)射時(shí)刻位置的計(jì)算；

5、?掌握偽距觀測(cè)方程列立；?偽距觀測(cè)方程系數(shù)計(jì)算及單點(diǎn)定位程序設(shè)計(jì)詳細(xì)步驟。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)偽距單點(diǎn)計(jì)算的函數(shù)，并用測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。,其中RINEX格式導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)讀寫函數(shù)(Nav,Nav)、RINEX格式觀測(cè)數(shù)據(jù)讀寫函數(shù)(Obs,Obs)已給出，衛(wèi)星位置計(jì)算函數(shù)為實(shí)驗(yàn)一設(shè)計(jì)的函數(shù)，電離層和對(duì)流層改正暫略。單顆衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體及一個(gè)歷元觀測(cè)數(shù)據(jù)類如下：/單顆衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體typedefstructshortsatID;doublevCA;doublevY1;doublevY2;doublevL1;doublevL2;doublevD1;doublevD2;floatelevation

6、;floatazim;observation;/一個(gè)歷元的觀測(cè)數(shù)據(jù)類classCEpochObspublic:CEpochObs(void);CEpochObs(void);public:shortnSatCount;/衛(wèi)星數(shù)doubleGpsWeek;/觀測(cè)時(shí)間GPS周doubleGpsSecond;/觀測(cè)時(shí)間GPS秒observation*Obs;boolSetSize(shortnSat);/按照Rinex標(biāo)準(zhǔn)格式(2.0以上)讀取一個(gè)歷元的數(shù)據(jù)shortReadStandardEpochObs(FILE*pObsFile,CEpochObs*pEObs,char*ObsType,sho

7、rt&ObsTypeCount);/民用時(shí)至GPS時(shí)轉(zhuǎn)換函數(shù)voidDateTimeToWeekTOW(shortyear,shortmonth,shortday,shorthour,shortmin,doublesec,long*Week,double*TOW);具體計(jì)算步驟：1. 將導(dǎo)航文件中所有衛(wèi)星的星歷全部讀取，并存入ephemeris數(shù)組中；2. 調(diào)用相關(guān)函數(shù)讀取一個(gè)歷元的觀測(cè)數(shù)據(jù)；3. 從ephemeris數(shù)組中找出當(dāng)前歷元第一顆觀測(cè)衛(wèi)星的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，(注意一個(gè)導(dǎo)航文件中對(duì)一顆衛(wèi)星來時(shí)可能有不同時(shí)間的星歷數(shù)據(jù)，因此要查找當(dāng)前歷元最相近時(shí)間的星歷數(shù)據(jù))4. 計(jì)算衛(wèi)星的鐘差(dt

8、)，調(diào)用衛(wèi)星鐘差改正函數(shù)Dt();5. 計(jì)算信號(hào)發(fā)射時(shí)刻TTrans=TTag-(C1/C+dt)6. 計(jì)算信號(hào)發(fā)射時(shí)刻衛(wèi)星位置(調(diào)用實(shí)驗(yàn)一設(shè)計(jì)的函數(shù))7. 計(jì)算衛(wèi)星至測(cè)站之間幾何距離(考慮地球自轉(zhuǎn)改正)dor0=sqrt(pow(*rx,2.)+pow(*ry,2.)+pow(*rz,2.);theta=r0/C*W;/對(duì)距離分量進(jìn)行地球自轉(zhuǎn)改正*rx=satx-recx+theta*recy* ry=saty-recy-theta*recx;* rz=satz-recz;* r=sqrt(pow(*rx,2.)+pow(*ry,2.)+pow(*rz,2.);while(fabs(r0-*

9、r)>1.e-3);/迭代求解8 -計(jì)算常數(shù)項(xiàng)(閉合差，不考慮對(duì)流層及電離層延遲)W=C1-(Ro2-(cdt)9 .計(jì)算誤差方程系數(shù)(設(shè)計(jì)矩陣)A1=-Rox/Ro2A2=-Roy/Ro2A3=-Roz/Ro2A4=c10 .重復(fù)39步，計(jì)算全部所有衛(wèi)星觀測(cè)方程的系數(shù)陣A和常數(shù)項(xiàng)W11 .組成法方程矩陣N=AA與方程常數(shù)項(xiàng)U=ATW權(quán)陣為單位陣，即P=I;（使用已有的CMatrix類）12 .測(cè)站點(diǎn)初始近似坐標(biāo)與接收機(jī)鐘差近似值設(shè)為0,進(jìn)行迭代計(jì)算，求得測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)及接收機(jī)鐘差；13 .進(jìn)行精度評(píng)定。先計(jì)算觀測(cè)值殘差，再計(jì)算單位權(quán)中誤差；V?A）?WcV?tpV?0,u=4,n為觀測(cè)歷兀

10、數(shù)；nu14 .保存?zhèn)尉鄦吸c(diǎn)定位結(jié)果至文件中；15 .循環(huán)讀取下一萬元觀測(cè)數(shù)據(jù)，并重復(fù)314步完成該萬元偽距單點(diǎn)定位計(jì)算；直至觀測(cè)文件數(shù)據(jù)全部計(jì)算完畢。實(shí)驗(yàn)3GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉GP漱據(jù)質(zhì)量分析的基本原理與方法?掌握TEQO件的使用?熟悉TEQO件分析結(jié)果的報(bào)告。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .利用DOS版TEQC軟件剔除GPS+GLONASS雙系統(tǒng)觀測(cè)文件中GLONASS觀測(cè)值；剔除高度角低于25度的觀測(cè)數(shù)據(jù)；剔除某一顆衛(wèi)星（任選一顆衛(wèi)星）的觀測(cè)值；提取單頻GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)。teqc-Rsource.*。GPS*oteqc-Gsource.*。GLONASS.*。禁用衛(wèi)星。命令為：teqc-

11、G#source.*。result.*。在對(duì)對(duì)流層和電離層進(jìn)行延遲分析或者為了保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量時(shí)，需要控制衛(wèi)星的高度角。命令為：teqc-set_mask#source.*。result.*o對(duì)于各種觀測(cè)值類型，依據(jù)個(gè)人的需要進(jìn)行觀測(cè)值類型的定制。命令為：teqc-O.obsP1+P2+L1+L2+casource.*oresult.*o2 .利用DOS版TEQC軟件對(duì)一觀測(cè)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，查看數(shù)據(jù)質(zhì)量分析文件；lite模式需要的文件是：O文件。命令為：teqc+qcsource.*o生成的文件有7個(gè)：*.*S,*.iod,*.ion,*.mp1,*.mp2,*.sn1,*.sn2。f

12、ull模式需要的文件是：O文件和N文件。命令為：teqc+qcsource.*o生成的文件有9個(gè)：*.*S,*.iod,*.ion,*.mp1,*.mp2,*.sn1,*.sn2,* .azi,*.ele。* *.ionL1-L2電離層延遲；* *.iod電離層延遲的變化率；* *mp1/*mp2L1上的C/A碼或P碼多路徑觀測(cè)誤差和L2上的P碼多路徑觀測(cè)誤差；* *.sn1/*.sn2L1/L2觀測(cè)值的信噪比；* *.ele衛(wèi)星的高度角；* *.azi衛(wèi)星的方位角。3 .安裝并使用WinTEQC軟件，熟悉WinTEQC的各項(xiàng)功能，重點(diǎn)學(xué)習(xí)其數(shù)據(jù)質(zhì)量分析功能。針對(duì)算例數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析；4

13、.利用WinTEQC的數(shù)據(jù)預(yù)處理功能處理一觀測(cè)數(shù)據(jù)文件，然后再對(duì)預(yù)處理前后的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行質(zhì)量分析，對(duì)比預(yù)處理前后數(shù)據(jù)的結(jié)果。具體實(shí)驗(yàn)步驟：詳見TEQC使用說明、WinTEQC軟件說明書實(shí)驗(yàn)4GPS工程控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .熟悉GPSS線解算基本步驟及參數(shù)設(shè)置含義；2 .掌握中海達(dá)GPS空制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理程序操作；3 .掌握高精度基線解算質(zhì)量控制策略及基本技巧；4 .掌握GPS空制網(wǎng)平差基本步驟；5 .掌握GPS5程擬合；6 .熟悉GPS空制網(wǎng)基線解算及平差報(bào)告。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用中海達(dá)控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件，完成兩套GPS空制網(wǎng)的基線解算、網(wǎng)平差及高程擬合的計(jì)算，并編制GPS空制網(wǎng)成果報(bào)告；具

14、體包括：(1) GPSS線解算；(2) GPSH維網(wǎng)、二維網(wǎng)平差；(3) GPS高程擬合實(shí)驗(yàn)步驟:六、實(shí)驗(yàn)步驟1 .新建項(xiàng)目BPF I 和百2 .項(xiàng)目屬性設(shè)置坪部7啟后叼|順革也，他，力任二學(xué)隹僵府現(xiàn)MFfeagswtfiffig,厚fIitsm一并期口型Iu莫日跟一豈DOW IDO 皿K owc.oa KSOO*口 OJOS"-二1"'.:等如射列柒二：百I曲僧一星根萬差比隊(duì)蛙"鼻筋即送安就武將卡之主的”n手勢(shì)器-邊廂中占苧巴用空也曳帆=&；“平均睡1耳續(xù)平心怩中景聲而；船坤靖師選擇控制網(wǎng)等級(jí)，基線解算與網(wǎng)平差將根據(jù)該設(shè)置值進(jìn)行檢核。3.導(dǎo)入文件

15、先把相應(yīng)的觀測(cè)文件拷貝到工程文件夾中茹據(jù)寫入.秋巖文件1也罌傳輸1格式名言1文件后審匾1口而這才口融君救鼾Md打詼達(dá)HDH*端數(shù)據(jù)*hdhn舊加罐IIHMLX就福鼓舞*?OOHS因THmbleDM及翔取據(jù)*M出抵匕品一者相M6*騎南方猊第餐據(jù)SIcicilBZ賽得數(shù)據(jù)T.lh7-LeicaD£雙君幫D*.do其他摟收機(jī)婀視窗繳推*w猊葡文件類乜白動(dòng)4.檢查觀測(cè)文件重點(diǎn)檢查天線高與天線類型，檢查是否有同一點(diǎn)但命名不同平弱京是研',喻心創(chuàng)口詼）衛(wèi)幼而也尹'當(dāng)所用天線在天線列表中不存在時(shí)，可用天線管理器進(jìn)行編輯三晚就先自三4法與不我書予席工紙用仁申,:南l-njrn內(nèi)置天線

16、30733000陰&IEi-iUukncviiflomome比mmm=wo。孰oa0Q18皿0用QLi0湖OO0OIOJCOtqlCMMOOo比3m垂直高實(shí)并密卬-5.坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置遺庫用生榔率抗田孫頓林生胃軌平面擢窗粒正由i：k海程通|jpM杯第名腑*注BiF半事.,鋅6曰曰4orii匾軍IffST2目歸里打，金任牛曖.學(xué)）55,WW調(diào)至j以兩non甲曲|帆|取尚|ftwreaK*r?i艮*¥*K*F64三EtlirNdBjE:1小SdlirNdl工！in*】3皿山山口1.工|11«2O3(M,lhjtib25gthTh，庫工號(hào)足3Q區(qū)曾19a5匚鼻正一Jh遙工：i

17、M.3Ktrz.EgtKJk4)手m4iE*rea.S'：tb.-BeE_j3iw4小.nIhIIIl!_r-_K»riR»S-7«tli-01.dF_Z)n?JH;白金3'j«.tL.-i01IB_Cjn*版；ea0KwodScMtl-CIlLt_Zaiw.2Kn1©*SntlrCdaZlAnA30國"htmSwthFl小?1m3a-¥S4LocalS*udi艙0*3”£.uihArJr.T&HSudj加油-3翎鼬沁Ts習(xí)meS*dLAfrict-iZLpfiI四二卜習(xí)正£，】3

18、有津如果當(dāng)前坐標(biāo)系統(tǒng)中沒有所需坐標(biāo)系，則可以新建坐標(biāo)系。新建坐標(biāo)系的橢球一般為BJ54或XA8Q投影方式一般為高斯投影，關(guān)鍵是中央子午線與投影高程面。投歌沒背正坐標(biāo)方向商北廣臣后東廣西中央子午線- 尺器X常生Y常數(shù)二基準(zhǔn)緯僚=投星瓶烹程一平均緯度= 平均緯度二保存新建的坐標(biāo)系6.靜態(tài)基線解算6.1 靜態(tài)基線解算設(shè)置6.2處理基線基線處理為自動(dòng)過程，無需人工干預(yù)6.3 檢查基線處理結(jié)果，處理解算失敗的基線汽蠹E-"-*純噂里端MtJ 07O-4DL6 W«l,1 074JSDL94W2,J O74J-raai.fi aiO713-ZD01.&M2:/ GMlf$DL&

19、#163;4制3.，；刈71/1協(xié)陽t» GD01-*21?CiJ fiJ91尸。仃 fTKhjV.&ik 尸/ 呂牌？177>" 6?0；GCWm9MT 和IffWLG現(xiàn)1T SRB-TMGY.WJ .區(qū)ILB-ZDDL kzie h3i： 如i E- £.A 口山.俄uqjj k |理寫據(jù)Ini - 0 QQZ1一口”，I一 Y，月 是更是?8>是呈f是露也叁* 口*室是一 一可0W QM3«2B2 4»2SDL5SDLB62flt ura好群白白謝N0X3幽皿071#*閃5皿卻工咖牙煙®C1q303S3O口印

20、臺(tái)揖國皿1231523-：加才阻曲Ci63C1&M3Utt*)EDI的麗IMF仲即釐第E3卷間二M%料GDC26252&2S-2力，士恒.：L 116ZS252S2osmt南地6235瑜分制SOLfil心打丸吧9SDLS麗刖360iH»SDLBUR630 76帚鐘TEOLB2S1S2S-1Wr6aai口 E海小 31* *1 ta (現(xiàn)燈2 ?.1 1期曲5吧福前麻*V祠 A顆“嘉»卻部 嚶止1當(dāng)aEu與二",4息舊占由，由L6K再，與色 丸的好1 沼國2eMH953aR%"1FS!演.的退利器年范亡堂后境差MCOEid笳國招ar,SM0

21、.00mojm&IUT.MMI0 CC96SCOTS口g網(wǎng)UXP.443Q.B苒弧1*1曲.ga0.354aa»75&LH779&LZS&0 0Q&70UXK1知.他J2第密后55O.tM)5L地COMll&S. D31O.CC-74小第箱517.79$51Z?WocwQgEIJQJ&EMio匹jg】m8百0.00613兩用跡3雌3班D.C06LO.CO3196d2013D.OCL煙1初河露MO.IKBL弧3泌務(wù)內(nèi)J守苒書工EQB6?0 m州W5i»S1弟土郵70.8用0.51-3011EQ!F町仃探99SO.ilCO

22、O-CO-H129.992iraa.«2i口.OCFdgJ5637.0063>6*960 003S失敗原因：Ratio值3;固定解誤差（RM$大于相應(yīng)等級(jí)的要求。處理方法：刪除質(zhì)量較差的觀測(cè)值，根據(jù)殘差圖選定刪除的數(shù)據(jù)。刪除完后,重新處理選定基線，直到成功為止。6.4 基線質(zhì)量檢核重復(fù)基線較差、異步環(huán)閉合差、同步環(huán)閉合差。主要是異步環(huán)閉合差，當(dāng)異步環(huán)閉合差不滿足條件時(shí)，要找出誤差較大的基線，然后重新解算或者禁用該基線。6.5 三維無約束平差主要用于檢查質(zhì)量較差的基線X檢驗(yàn)：先驗(yàn)精度與驗(yàn)后精度是否一致，通過調(diào)整比例因子。 OOU RLE!訕 nwc M3 一-皇4E*立彝界盤餐三74三審乏力?