第六章GPS基線解算

1、20052012. 黃勁松黃勁松 武漢大學(xué)武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院測(cè)繪學(xué)院1GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理測(cè)量與數(shù)據(jù)處理黃勁松黃勁松武漢大學(xué)武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院測(cè)繪學(xué)院20052012. 黃勁松黃勁松 武漢大學(xué)武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院測(cè)繪學(xué)院2第六章第六章 GPS基線解算基線解算 3本章內(nèi)容本章內(nèi)容 概述概述 基線解算模式基線解算模式 基線解算的過(guò)程及結(jié)果基線解算的過(guò)程及結(jié)果 基線解算的質(zhì)量控制基線解算的質(zhì)量控制20052012. 黃勁松黃勁松 武漢大學(xué)武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院測(cè)繪學(xué)院41. 概述概述5GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理的流程測(cè)量數(shù)據(jù)處理的流程 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 工具：GPS 接收機(jī)。 結(jié)果：記錄在接收機(jī)中的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。

2、 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 工具：數(shù)據(jù)傳輸軟件（功能模塊） 。 結(jié)果：記錄在計(jì)算機(jī)中的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。 格式轉(zhuǎn)換格式轉(zhuǎn)換 工具：格式轉(zhuǎn)換軟件（功能模塊） 。 結(jié)果：標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)。 基線解算基線解算 工具：基線計(jì)算軟件（功能模塊） 。 結(jié)果：GPS 基線向量解。 網(wǎng)平差網(wǎng)平差 工具：GPS 網(wǎng)平差軟件（功能模塊） 。 結(jié)果：點(diǎn)坐標(biāo)、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)及相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息。 是否完成所有觀測(cè)和基線解算。 是 否 數(shù)據(jù)處理 結(jié)束 開(kāi)始 四個(gè)階段：四個(gè)階段：1. 數(shù)據(jù)傳輸2. 格式轉(zhuǎn)換（可選）3. 基線處理4. 網(wǎng)平差20052012. 黃勁松黃勁松 武漢大學(xué)武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院測(cè)繪學(xué)院62. 基線解算模式基線解算模式7基

3、線向量解基線向量解 基線邊長(zhǎng)與基線向量基線邊長(zhǎng)與基線向量基線邊長(zhǎng)基線邊長(zhǎng)基線向量基線向量基線邊長(zhǎng)（左）與基線向量（右）基線邊長(zhǎng)（左）與基線向量（右）8基線向量解基線向量解 基線向量的表達(dá)方式基線向量的表達(dá)方式 空間直角坐標(biāo)的坐標(biāo)差 大地坐標(biāo)的坐標(biāo)差 站心地平坐標(biāo)的坐標(biāo)差TiiiiXYZ bTiiiiBLH bTiiiiNEU b9同步觀測(cè)基線間的誤差相關(guān)性同步觀測(cè)基線間的誤差相關(guān)性ABC提示：由于在計(jì)算AB、AC兩條基線向量時(shí)，均用到了A點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，因而A點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)中的誤差將同時(shí)對(duì)這些基線產(chǎn)生影響。10基線解算模式基線解算模式 單基線解單基線解/基線模式基線模式 多基線解多基線解/時(shí)段模式時(shí)

4、段模式 整體解整體解/戰(zhàn)役模式戰(zhàn)役模式11單基線解單基線解/基線模式基線模式 解算方法解算方法 一次僅同時(shí)提取兩臺(tái)GPS接收機(jī)的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算。 特點(diǎn)特點(diǎn) 每條基線都是在一個(gè)獨(dú)立的解算過(guò)程中完成 模型簡(jiǎn)單，參數(shù)較少，計(jì)算量小 解算結(jié)果無(wú)法反映同步觀測(cè)基線間的誤差相關(guān)性 無(wú)法充分利用觀測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性 適用范圍適用范圍 一般工程應(yīng)用12單基線解單基線解/基線模式基線模式 基線解結(jié)果基線解結(jié)果 基線向量估值 基線向量估值的方差-協(xié)方差陣TiiiiXYZ b222iiiiiiiiiiiiiiiiXXYXZYXYYZZXZYZ bd13多基線解多基線解/時(shí)段模式時(shí)段模式 解算方法解算方法

5、一次提取一個(gè)觀測(cè)時(shí)段中所有進(jìn)行同步觀測(cè)的n臺(tái)接收機(jī)所采集的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，在一個(gè)單一解算過(guò)程中共同解求出所有n - 1條相互函數(shù)獨(dú)立的基線。 特點(diǎn)特點(diǎn) 數(shù)學(xué)模型嚴(yán)密，能反映出同步觀測(cè)基線間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性 數(shù)學(xué)模型和解算過(guò)程比較復(fù)雜，計(jì)算量較大 適用范圍適用范圍 對(duì)質(zhì)量要求嚴(yán)格的應(yīng)用14多基線解多基線解/時(shí)段模式時(shí)段模式 基線選擇方法基線選擇方法射線法（左）和導(dǎo)線法（右）射線法（左）和導(dǎo)線法（右）15多基線解多基線解/時(shí)段模式時(shí)段模式 基線解結(jié)果基線解結(jié)果 基線向量估值 基線向量估值的方差-協(xié)方差陣,1,2,1iTiiii m Bbbb,1,1,1,2,1,1,2,1,2,2,2,1,1,1,1,2

6、,1,1,.iiiiii miiiiii mii mii mii mi mbbbbbbbbbbbbbbbbbbBddddddDddd16整體解整體解/戰(zhàn)役模式戰(zhàn)役模式 解算方法解算方法 一次提取項(xiàng)目整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中所有觀測(cè)數(shù)據(jù)，在一個(gè)單一解算過(guò)程中同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行處理，得出所有獨(dú)立基線。 特點(diǎn)特點(diǎn) 數(shù)學(xué)模型嚴(yán)密，能反映出同步觀測(cè)基線間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性 避免了結(jié)果在幾何上的不一致性 數(shù)學(xué)模型和解算過(guò)程復(fù)雜，計(jì)算量大 適用范圍適用范圍 高精度定位、定軌20052012. 黃勁松黃勁松 武漢大學(xué)武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院測(cè)繪學(xué)院173. 基線解算的過(guò)程及結(jié)果基線解算的過(guò)程及結(jié)果 18基線解算的過(guò)程基線解算的過(guò)程19

7、基線解算的結(jié)果基線解算的結(jié)果 數(shù)據(jù)記錄情況數(shù)據(jù)記錄情況 起止時(shí)刻、歷元間隔、觀測(cè)衛(wèi)星、歷元數(shù) 測(cè)站信息測(cè)站信息 位置（經(jīng)度、緯度、高度）、所采用接收機(jī)的序列號(hào)、所采用天線的序列號(hào)、測(cè)站編號(hào)、天線高 每一測(cè)站在測(cè)量期間的衛(wèi)星跟蹤狀況每一測(cè)站在測(cè)量期間的衛(wèi)星跟蹤狀況 氣象數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù) 氣壓、溫度、濕度20基線解算的結(jié)果基線解算的結(jié)果 基線解算控制參數(shù)設(shè)置基線解算控制參數(shù)設(shè)置 星歷類型，截止高度角、解的類型、對(duì)流層折射的處理方法、電離層折射的處理方法、周跳處理方法等 基線向量估值及其統(tǒng)計(jì)信息基線向量估值及其統(tǒng)計(jì)信息 基線分量、基線長(zhǎng)度、基線分量的方差-協(xié)方差陣/協(xié)因數(shù)陣、觀測(cè)值殘差RMS、整周模糊度

8、解方差的比值（RATIO值）、單位權(quán)方差因子（參考方差） 觀測(cè)值殘差序列觀測(cè)值殘差序列20052012. 黃勁松黃勁松 武漢大學(xué)武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院測(cè)繪學(xué)院214. 基線解算的質(zhì)量控制基線解算的質(zhì)量控制22質(zhì)量指標(biāo)的類型質(zhì)量指標(biāo)的類型 控制指標(biāo)控制指標(biāo) 特點(diǎn)：基于測(cè)量規(guī)范，在工程應(yīng)用中，控制指標(biāo)必須滿足， 指標(biāo)：數(shù)據(jù)剔除率，復(fù)測(cè)基線長(zhǎng)度較差，同步環(huán)閉合差，獨(dú)立（異步）環(huán)閉合差，網(wǎng)無(wú)約束平差基線向量改正數(shù)（殘差） 參考指標(biāo)參考指標(biāo) 特點(diǎn)： 基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，不作為判定質(zhì)量是否合格的依據(jù) 指標(biāo)：?jiǎn)挝粰?quán)方差（參考方差），RATIO值，RDOP值，觀測(cè)值殘差的RMS23質(zhì)量的控制指標(biāo)質(zhì)量的控制指標(biāo) 數(shù)據(jù)剔

9、除率數(shù)據(jù)剔除率 定義 被刪除觀測(cè)值的數(shù)量與觀測(cè)值的總數(shù)的比值 作用 從某一方面反映出了GPS原始觀測(cè)值的質(zhì)量，數(shù)據(jù)刪除率越高，說(shuō)明觀測(cè)值的質(zhì)量越差。 要求 根據(jù)GB/T 183142009，同一時(shí)段觀測(cè)值的數(shù)據(jù)剔除率宜小于10%24質(zhì)量的控制指標(biāo)質(zhì)量的控制指標(biāo) 同步環(huán)閉合差同步環(huán)閉合差 定義 由同步觀測(cè)基線所組成的閉合環(huán)的閉合差 作用 若超限，則說(shuō)明組成同步環(huán)的基線中至少存在一條基線向量是錯(cuò)誤的，但反過(guò)來(lái)，若未超限，還不能說(shuō)明組成同步環(huán)的所有基線在質(zhì)量上均合格。 要求 根據(jù)GB/T 183142009，353535XYZWWW25質(zhì)量的控制指標(biāo)質(zhì)量的控制指標(biāo) 獨(dú)立環(huán)閉合差獨(dú)立環(huán)閉合差 定義 由

10、獨(dú)立觀測(cè)基線所組成的閉合環(huán)的閉合差，也被稱為異步環(huán)閉合差 作用 若滿足限差要求，則表明組成獨(dú)立環(huán)的基線向量質(zhì)量合格；若不滿足限差要求，則表明組成獨(dú)立環(huán)的基線向量中至少有一條的質(zhì)量不合格，要確定不合格基線，可以通過(guò)多個(gè)相鄰的獨(dú)立環(huán)或重復(fù)基線來(lái)進(jìn)行。 要求 根據(jù)GB/T 183142009，3333 3XYZSWnWnWnWn26質(zhì)量的控制指標(biāo)質(zhì)量的控制指標(biāo) 復(fù)測(cè)基線長(zhǎng)度較差復(fù)測(cè)基線長(zhǎng)度較差 定義 不同觀測(cè)時(shí)段，對(duì)同一條基線的觀測(cè)結(jié)果，就是所謂復(fù)測(cè)基線。這些觀測(cè)結(jié)果之間的差異，就是復(fù)測(cè)基線較差。 作用 當(dāng)其超限時(shí)，就表明復(fù)測(cè)基線中一定存在質(zhì)量不滿足要求的基線。通過(guò)一條基線三次以上的重復(fù)觀測(cè)結(jié)果，通

11、常能夠確定出存在質(zhì)量問(wèn)題的基線解算結(jié)果。 要求 根據(jù)GB/T 183142009，2 2Sd222SdXYZ27質(zhì)量的控制指標(biāo)質(zhì)量的控制指標(biāo) 網(wǎng)無(wú)約束平差基線向量殘差網(wǎng)無(wú)約束平差基線向量殘差 作用 若無(wú)約束平差基線分量改正數(shù)超出限差要求，則認(rèn)為所對(duì)應(yīng)基線向量或其附近的基線向量可能存在質(zhì)量問(wèn)題。 要求 根據(jù)GB/T 183142009，333XYZVVV28質(zhì)量的控制指標(biāo)質(zhì)量的控制指標(biāo) 其他其他 GB/T 183142009還專門(mén)針對(duì)A和B級(jí)高等級(jí)GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理制訂了專門(mén)的質(zhì)量控制指標(biāo) 重復(fù)性 各時(shí)段間的較差檢驗(yàn) 獨(dú)立閉合環(huán)或附合路線坐標(biāo)分量閉合差 1222121()11iinimicCn

12、icCCnnR3 23 23 23 2XXYYZZSSdRdRdRdR222XYZXWYWZWWWW3SWW29質(zhì)量的控制指標(biāo)質(zhì)量的控制指標(biāo) 規(guī)范對(duì)基線測(cè)量中誤差的要求規(guī)范對(duì)基線測(cè)量中誤差的要求 在GB/T 183142001中，規(guī)定由相應(yīng)級(jí)別所規(guī)定的GPS網(wǎng)相鄰點(diǎn)基線長(zhǎng)度精度及實(shí)際平均邊長(zhǎng)計(jì)算 在GB/T 183142009中，規(guī)定由外業(yè)觀測(cè)時(shí)所采用的GPS接收機(jī)的標(biāo)稱精度及實(shí)際平均邊長(zhǎng)計(jì)算30質(zhì)量的參考指標(biāo)質(zhì)量的參考指標(biāo) 單位權(quán)方差（參考方差單位權(quán)方差（參考方差/Reference Variance） 定義 實(shí)質(zhì) 一定程度地反映了觀測(cè)值質(zhì)量的優(yōu)劣0fPVVT0參考方差參考方差觀測(cè)值的觀測(cè)值

13、的殘差殘差觀測(cè)值的觀測(cè)值的權(quán)權(quán)自由度自由度31質(zhì)量的參考指標(biāo)質(zhì)量的參考指標(biāo) 觀測(cè)值殘差的觀測(cè)值殘差的RMS 定義： 觀測(cè)值殘差的RMS（Root Mean Square/均方根） 實(shí)質(zhì) 反映了觀測(cè)值與參數(shù)估值間的符合程度 一定程度地反映了觀測(cè)值質(zhì)量的優(yōu)劣 一般認(rèn)為，RMS越小越好觀測(cè)值的均觀測(cè)值的均方根誤差方根誤差觀測(cè)值的觀測(cè)值的殘差殘差觀測(cè)值的觀測(cè)值的數(shù)量數(shù)量TV VRMSn32質(zhì)量的參考指標(biāo)質(zhì)量的參考指標(biāo) RATIO 定義 實(shí)質(zhì) 反映了所確定出的整周未知數(shù)參數(shù)的可靠性，該值總大于等于1，值越大，可靠性越高。 這一指標(biāo)取決于多種因素，既與觀測(cè)值的質(zhì)量有關(guān)，也與觀測(cè)條件（衛(wèi)星星座的幾何圖形的分

14、布和變化）的好壞有關(guān)。最小次最小RMSRMSRATIO 33質(zhì)量的參考指標(biāo)質(zhì)量的參考指標(biāo) RDOP 定義：所謂RDOP值指的是在基線解算時(shí)待定參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣的跡的平方根，即 實(shí)質(zhì)： RDOP值的大小與基線位置和衛(wèi)星在空間中的幾何分布及運(yùn)行軌跡（即觀測(cè)條件）有關(guān)，當(dāng)基線位置確定后，RDOP值就只與觀測(cè)條件有關(guān)了，而觀測(cè)條件又是時(shí)間的函數(shù)，因此，對(duì)于某條基線， 其RDOP值大小與觀測(cè)時(shí)間段有關(guān)。 RDOP表明了GPS衛(wèi)星的狀態(tài)對(duì)相對(duì)定位的影響，即取決于觀測(cè)條件的好壞，它不受觀測(cè)值質(zhì)量好壞的影響。21)(QtrRDOP 34影響基線解算結(jié)果的因素影響基線解算結(jié)果的因素 基線解算時(shí)所設(shè)定的起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)

15、確基線解算時(shí)所設(shè)定的起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確影響方式：導(dǎo)致基線向量發(fā)生偏差影響程度：起點(diǎn)坐標(biāo)的偏差起點(diǎn)坐標(biāo)的偏差GPS衛(wèi)星軌道高度衛(wèi)星軌道高度基線向量的偏差基線向量的偏差基線長(zhǎng)度基線長(zhǎng)度bsbr35影響基線解算結(jié)果的因素影響基線解算結(jié)果的因素 少數(shù)衛(wèi)星的觀測(cè)時(shí)間少數(shù)衛(wèi)星的觀測(cè)時(shí)間太短太短 影響方式：導(dǎo)致與該衛(wèi)星有關(guān)的整周未知數(shù)固定困難 影響程度：對(duì)于基線解算來(lái)講，對(duì)于參與計(jì)算的衛(wèi)星，如果與其相關(guān)的整周未知數(shù)沒(méi)有準(zhǔn)確確定的話，就將嚴(yán)重影響整個(gè)基線解算結(jié)果的質(zhì)量36影響基線解算結(jié)果的因素影響基線解算結(jié)果的因素 在整個(gè)觀測(cè)時(shí)段中，有個(gè)別衛(wèi)星或個(gè)別時(shí)在整個(gè)觀測(cè)時(shí)段中，有個(gè)別衛(wèi)星或個(gè)別時(shí)間段周跳太多，致使周跳修復(fù)

16、不完善間段周跳太多，致使周跳修復(fù)不完善 影響方式：導(dǎo)致整周未知數(shù)固定困難 影響程度：嚴(yán)重影響基線向量的質(zhì)量37影響基線解算結(jié)果的因素影響基線解算結(jié)果的因素 在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，多路徑效應(yīng)比較嚴(yán)重，觀在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，多路徑效應(yīng)比較嚴(yán)重，觀測(cè)值的改正數(shù)普遍較大測(cè)值的改正數(shù)普遍較大 影響方式：導(dǎo)致基線向量質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致整周未知數(shù)固定困難 影響程度 隨多路徑效應(yīng)的嚴(yán)重程度，對(duì)基線質(zhì)量的影響將有所不同 多路徑效應(yīng)對(duì)基線向量的水平方向影響較大38影響基線解算結(jié)果的因素影響基線解算結(jié)果的因素 對(duì)流層折射影響或電離層折射影響較大對(duì)流層折射影響或電離層折射影響較大 影響方式：導(dǎo)致基線向量質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致整周未

17、知數(shù)固定困難 影響程度 隨大氣折射影響的嚴(yán)重程度，對(duì)基線質(zhì)量的影響將有所不同 大氣折射影響對(duì)基線向量的垂直方向影響較大 其它因素其它因素 衛(wèi)星軌道誤差較大 數(shù)學(xué)模型問(wèn)題：地球潮汐、地球自轉(zhuǎn)、衛(wèi)星姿態(tài)及天線相位中心問(wèn)題等39基線的精化處理方法基線的精化處理方法 基線起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確的應(yīng)對(duì)方法基線起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確的應(yīng)對(duì)方法 使用坐標(biāo)精度高的點(diǎn)作為起算點(diǎn) 獲取較為準(zhǔn)確坐標(biāo)的方法（兩種） 與已知點(diǎn)（IGS跟蹤站）聯(lián)測(cè)（可獲得分米級(jí)以上精度的地心坐標(biāo)） 長(zhǎng)時(shí)間單點(diǎn)定位（數(shù)小時(shí)單點(diǎn)定位，可獲得米級(jí)精度的地心坐標(biāo)） 所有基線從一點(diǎn)或由該點(diǎn)衍生出的點(diǎn)起算基本起算點(diǎn)基本起算點(diǎn)衍生點(diǎn)衍生點(diǎn)衍生點(diǎn)衍生點(diǎn)衍生點(diǎn)衍生點(diǎn)衍生點(diǎn)衍生點(diǎn)40基線的精化處理方法基線的精化處理方法 衛(wèi)星的觀測(cè)時(shí)間太短的應(yīng)對(duì)方法衛(wèi)星的觀測(cè)時(shí)間太短的應(yīng)對(duì)方法 刪除該衛(wèi)星的觀測(cè)