1、第第6章章 GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)處理 GPS數(shù)據(jù)處理的目的，是從原始的觀測(cè)結(jié)果測(cè)碼偽距、載波相位觀測(cè)值、衛(wèi)星星歷等數(shù)據(jù)出發(fā)，得到最終的GPS定位結(jié)果。 GPS數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)傳輸、預(yù)處理、基線向量解算和GPS網(wǎng)平差計(jì)算等幾個(gè)階段。 GPS外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)是接收機(jī)記錄的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)用隨機(jī)軟件(后處理軟件)，將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和基線向量解算，進(jìn)一步對(duì)基線向量網(wǎng)進(jìn)行平差計(jì)算，最終獲得定位結(jié)果。6.1 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 GPS外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄在接收機(jī)的內(nèi)存模塊上，必須傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)才能進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。 數(shù)據(jù)傳輸就是用專用的數(shù)據(jù)通訊電纜將GPS接收機(jī)和計(jì)算機(jī)連接，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)

2、行隨機(jī)后處理軟件，選擇數(shù)據(jù)傳輸項(xiàng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分流，分別生成載波相位和偽距觀測(cè)值文件、星歷參數(shù)文件、電離層參數(shù)文件、測(cè)站信息文件。 載波相位和偽距觀測(cè)值文件：載波相位和偽距觀測(cè)值文件：記錄有所觀測(cè)的衛(wèi)星號(hào)、衛(wèi)星高度角和方位角，C/A碼偽距，L1、L2載波相位觀測(cè)值及其對(duì)應(yīng)的觀測(cè)歷元等。 星歷參數(shù)文件：星歷參數(shù)文件：記錄有所有觀測(cè)衛(wèi)星的軌道信息，用于計(jì)算任意時(shí)刻衛(wèi)星的位置。 電離層參數(shù)文件：電離層參數(shù)文件：記錄有電離層參數(shù)，用于計(jì)算觀測(cè)值的電離層改正。 測(cè)站信息文件：測(cè)站信息文件：包含有測(cè)站名、測(cè)站號(hào)及其概略坐標(biāo)、接收機(jī)號(hào)、天線號(hào)、天線高、起止觀測(cè)歷元等。 數(shù)據(jù)

3、文件數(shù)據(jù)文件 GPS衛(wèi)星星歷中每小時(shí)有一組獨(dú)立的星歷參數(shù)，計(jì)算時(shí)必須將衛(wèi)星軌道方程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以便于進(jìn)行衛(wèi)星位置計(jì)算。GPS衛(wèi)星軌道方程標(biāo)準(zhǔn)化一般采用以時(shí)間為變量的多項(xiàng)式表示。 已 知 不 同 歷 元 的 星 歷 參 數(shù) 和 衛(wèi) 星 位置 ，則衛(wèi)星軌道方程標(biāo)準(zhǔn)化形式為 利用擬合法解多項(xiàng)式系數(shù)，就可計(jì)算任一時(shí)刻的衛(wèi)星位置。一般情況下，n 取 810。 njnjjjjtatataatP2210)()(tPj(6.1)6.2.1 GPS衛(wèi)星軌道方程標(biāo)準(zhǔn)化衛(wèi)星軌道方程標(biāo)準(zhǔn)化 GPS衛(wèi)星鐘差是指衛(wèi)星鐘面時(shí)間與GPS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之差 ，任一歷元衛(wèi)星鐘差可用多項(xiàng)式表示為 其中：t0 參考?xì)v元； a0 衛(wèi)星鐘

4、參考?xì)v元t0的鐘差； a1 衛(wèi)星鐘的鐘速； a2 衛(wèi)星鐘的鐘速變化率。 這些參數(shù)由GPS地面監(jiān)控站，根據(jù)對(duì)衛(wèi)星跟蹤資料和GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間推算出來(lái)，用戶可在衛(wèi)星導(dǎo)航電文中獲得。 根據(jù)衛(wèi)星鐘差就可確定出GPS衛(wèi)星信號(hào)的發(fā)射歷元，從而計(jì)算出該歷元衛(wèi)星的位置。 st221)()(ooosttattaat(6.2)6.2.2 衛(wèi)星鐘差的標(biāo)準(zhǔn)化衛(wèi)星鐘差的標(biāo)準(zhǔn)化 不同的接收機(jī)其數(shù)據(jù)記錄格式有所不同，在進(jìn)行基線向量解算之前，必須對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。 觀測(cè)文件的標(biāo)準(zhǔn)化，包括記錄格式標(biāo)準(zhǔn)化、記錄項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化、采樣間隔標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)單位的標(biāo)準(zhǔn)化。 記錄格式標(biāo)準(zhǔn)化：記錄格式標(biāo)準(zhǔn)化：將各接收機(jī)輸出的記錄數(shù)據(jù)，按統(tǒng)一的標(biāo)

5、準(zhǔn)進(jìn)行處理，包括記錄類型、記錄長(zhǎng)度和存取方式。6.2.3 觀測(cè)文件的標(biāo)準(zhǔn)化觀測(cè)文件的標(biāo)準(zhǔn)化6.2.3 觀測(cè)文件的標(biāo)準(zhǔn)化觀測(cè)文件的標(biāo)準(zhǔn)化 記錄項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化：記錄項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化：每一記錄中都應(yīng)包含有相同的數(shù)據(jù)項(xiàng)，如果某些數(shù)據(jù)項(xiàng)缺項(xiàng)，應(yīng)填“0”代替。 采樣間隔標(biāo)準(zhǔn)化：采樣間隔標(biāo)準(zhǔn)化：當(dāng)各接收機(jī)采樣間隔不一致時(shí)，應(yīng)以采樣間隔中大于或等于采樣間隔最長(zhǎng)的值作為標(biāo)準(zhǔn)。 數(shù)據(jù)單位的標(biāo)準(zhǔn)化：數(shù)據(jù)單位的標(biāo)準(zhǔn)化：在數(shù)據(jù)文件中，同一數(shù)據(jù)項(xiàng)應(yīng)具有相同的單位。6.3 基線向量解算基線向量解算 在GPS相對(duì)定位中，主要用載波相位的雙差觀測(cè)值，求解基線向量，由雙差觀測(cè)值列出誤差方程，并按最小二乘法原理，求解基線向量。 基線向量的解

6、算一般用隨機(jī)后處理軟件完成。 基線向量解算的結(jié)果是各直接觀測(cè)基線的基線向量及其方差和協(xié)方差。6.4 基線向量網(wǎng)平差基線向量網(wǎng)平差 在完成基線向量解算后，可由不同觀測(cè)時(shí)段的基線向量構(gòu)成GPS基線向量網(wǎng)。GPS基線向量網(wǎng)平差是以GPS基線向量為觀測(cè)值，進(jìn)行平差計(jì)算。消除GPS網(wǎng)中圖形閉合條件不符值，求定各GPS網(wǎng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并進(jìn)行精度評(píng)定。 GPS基線向量網(wǎng)平差分三種形式：基線向量網(wǎng)平差分三種形式： 經(jīng)典自由網(wǎng)平差； 非自由網(wǎng)平差； GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)聯(lián)合平差。 6.4 基線向量網(wǎng)平差基線向量網(wǎng)平差 經(jīng)典自由網(wǎng)平差經(jīng)典自由網(wǎng)平差，又稱為無(wú)約束平差，平差時(shí)應(yīng)選擇網(wǎng)中某一點(diǎn)作為固定點(diǎn)，其坐標(biāo)保持不變。

7、該平差方法可以檢驗(yàn)GPS網(wǎng)內(nèi)部符合精度，基線向量之間是否存在系統(tǒng)誤差。 非自由網(wǎng)平差非自由網(wǎng)平差，又稱為約束平差，平差時(shí)以GPS基線向量網(wǎng)中與國(guó)家大地坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系中重合點(diǎn)的坐標(biāo)、邊長(zhǎng)和方位角為約束條件，同時(shí)顧及GPS網(wǎng)與地面大地網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。 GPS網(wǎng)與地面大地網(wǎng)聯(lián)合平差網(wǎng)與地面大地網(wǎng)聯(lián)合平差是將GPS基線向量和地面常規(guī)觀測(cè)值(邊長(zhǎng)、方向、高差等)作為觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平差。6.5 GPS測(cè)量定位結(jié)果的轉(zhuǎn)換測(cè)量定位結(jié)果的轉(zhuǎn)換 GPS測(cè)量定位結(jié)果是屬于WGS-84坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通常采用國(guó)家大地坐標(biāo)坐標(biāo)、地方獨(dú)立坐標(biāo)或高斯平面直角坐標(biāo)。 因此，必須將其轉(zhuǎn)換為國(guó)家大地坐標(biāo)系下

8、的坐標(biāo)(三維坐標(biāo)或大地坐標(biāo))、地方獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)或高斯平面直角坐標(biāo)。 設(shè) 國(guó) 家 大 地 坐 標(biāo) 系 原 點(diǎn) 的 大 地 坐 標(biāo)為 ，在國(guó)家大地坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)為 其中 為國(guó)家大地坐標(biāo)系參考橢球的長(zhǎng)半徑和第一偏心率。 002000000000000sin)1 (sincos)(coscos)(BHeNZLBHNYLBHNX),(000HLB0220sin1BeaN2,ea(6.6)1GPS坐標(biāo)成果轉(zhuǎn)換為國(guó)家大地坐標(biāo)坐標(biāo)成果轉(zhuǎn)換為國(guó)家大地坐標(biāo) 設(shè)大地原點(diǎn)在GPS網(wǎng)中的三維坐標(biāo)為 ，該坐標(biāo)屬于WGS-84坐標(biāo)系，則可得在兩坐標(biāo)系中大地原點(diǎn)的坐標(biāo)平移參數(shù)為 GPS網(wǎng)中各點(diǎn)在國(guó)家大地坐標(biāo)系中的三

9、維坐標(biāo)為 000000ZZZYYYXXXZZZYYYXXXiiiiii),(000ZYX(6.8)GPS點(diǎn)在國(guó)家大地坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)點(diǎn)在國(guó)家大地坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo) GPS網(wǎng)中各點(diǎn)在國(guó)家大地坐標(biāo)系中的大地坐標(biāo) ，可按大地坐標(biāo)反算公式計(jì)算，即NBRHXYLWBZaeBcoscos)arctan(sin)1 (arctantan2),(HLB(6.9)大地坐標(biāo)反算公式大地坐標(biāo)反算公式22222222222arctansin1ZYXRYXZabaeBeWWaN參數(shù)計(jì)算參數(shù)計(jì)算 為使GPS網(wǎng)與地面控制網(wǎng)一致，還必須使GPS網(wǎng)與地面控制網(wǎng)在起始方位上保持一致。這項(xiàng)工作可利用大地測(cè)量學(xué)中赫耳默特第一微分公式，使橢球面上兩網(wǎng)坐標(biāo)結(jié)果一致。赫耳默特第一微分公式如下： 其中 兩網(wǎng)原點(diǎn)的緯度差； 兩網(wǎng)原點(diǎn)的經(jīng)度差； 兩網(wǎng)的尺度比； 兩網(wǎng)起始方位之差。 0043011043011dLdAqdsqdBqdLdApdspdBpdB0dB0dLds0dA(6.10)赫耳默特第一微分公式赫耳默特第一微分公式 在進(jìn)行坐標(biāo)平移時(shí)，已保證兩網(wǎng)原點(diǎn)重合，即 兩網(wǎng)尺度差 兩網(wǎng)起始方位之差 其中 地面網(wǎng)原點(diǎn)到起始方位點(diǎn)的大地方位角； GPS網(wǎng)原點(diǎn)到相應(yīng)起始方位點(diǎn)的方位角。 0000dLdB0ds000AAdA0A0A各參數(shù)取值各參數(shù)取值 則赫耳默特第一微分