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1、第九章GPS測量數據處理GPS測量原理及應用9.1概述GPS接收機采集記錄的是GPS接收機天線至衛(wèi)星偽距、載波相位和衛(wèi)星星歷等數據。如果采樣間隔為20秒，則每20秒記錄一組觀測值，一臺接收機連續(xù)觀測一小時將有180組觀測值。觀測值中有4顆以上衛(wèi)星的觀測數據以及地面氣象觀測數據等。GPS數據處理要從原始的觀測值出發(fā)得到最終的測量定位成果，其中數據處理過程大致分為GPS測量數據的基線向量解算、GPS基線向量網平差以及GPS網平差或與地面網聯合平差等幾個階段。數據處理的基本流程如圖9-1所示。GPS測量原理及應用9.1.1數據傳輸數據傳輸是用專用電纜將接收機與計算機連接，并在后
2、處理軟件的菜單中選擇傳輸數據選項后，便將觀測數據傳輸至計算機。數據傳輸的同時進行數據分流，生成四個數據文件：①載波相位和偽距觀測值文件②星歷參數文件③電離層參數、UTC參數文件④測站信息文件經數據分流后生成的四個數據文件中，除測站文件外，其余均為二進制數據文件。為下一步預處理的方便，必須將它們解譯成直接識別的文件，必須將數據文件標準化。GPS測量原理及應用9.1.2預處理GPS數據預處理的目的是：①對數據進行平滑濾波檢驗，剔除粗差；②統(tǒng)一數據文件格式并將各類數據文件加工成標準化文件；③找出整周跳變點并修復觀測值(整周跳變的修復見5.3.3)；④對觀測值進行各種模型改正。1
3、、GPS衛(wèi)星軌道方程的標準化（1/2）GPS衛(wèi)星軌道方程標準化一般采用以時間為變量的多項式進行擬合處理。將已知的多組不同歷元的星歷參數所對應的衛(wèi)星位置Pi(t)表達為時間t的多項式形式：GPS測量原理及應用(9-1)(9-2)式中Ti是對應于ti的規(guī)格化時間；t1和tm分別為觀測時段開始和結束的時間。GPS衛(wèi)星軌道方程的標準化（2/2）利用擬合法求解多項式系數。解出的系數ain記入標準化星歷文件，用它們來計算任一時刻的衛(wèi)星位置。多項式的階數n一般取8~10就足以保證米級軌道擬合精度。擬合計算時，時間t的單位需規(guī)格化，規(guī)格化時間T為：GPS測量原理及應用+2、衛(wèi)星鐘差的標準
4、化(9-3)式中a0,a1,a2為星鐘參數，t0為星鐘參數的參考歷元。由多個參考歷元的衛(wèi)星鐘差，通過最小二乘法原理求定多項式系數ai，再由(9-3)式計算任一時刻的鐘差。因為GPS時間定義區(qū)間為一個星期，即604800秒，故當t-t0>302400(t0屬于下一GPS周)時t應減去604800，t-t0<-302400(t0屬于上一GPS周)時t應加上604800。來自廣播星歷的衛(wèi)星鐘差具有多個數值，需要通過多項式擬合求得唯一的，平滑的鐘差改正多項式。鐘差的多項式形式為：GPS測量原理及應用3、觀測值文件的標準化不同的接收機提供的數據記錄有不同的格式。例如觀測時刻這個記錄
5、，可能采用接收機參考歷元，也可能是經過改正歸算至GPS標準時間。在進行平差（基線向量的解算）之前，觀測值文件必須規(guī)格化、標準化。具體項目包括：① 記錄格式標準化。② 記錄項目標準化。③ 采樣密度標準化。各接收機的數據記錄采樣間隔可能不同，如有的接收機每15秒鐘記錄一次，有的則20秒鐘記錄一次。標準化后應將數據采樣間隔統(tǒng)一成一個標準長度。④ 數據單位的標準化。數據文件中，同一數據項的量綱和單位應是統(tǒng)一的。GPS測量原理及應用9.1.3基線向量的解算及網平差觀測值殘差分析基線長度的精度基線向量環(huán)閉合差的計算及檢核GPS測量原理及應用9.2GPS基線向量的解算1、方程式的組成（
6、1/6）在第五章中我們著重討論了由雙差觀測值列出誤差方程式，然后利用最小二乘平差原理求解基線向量的方法。由于未知數個數和誤差方程個數很多，平差解算的工作量很大。本節(jié)將重點討論9.2.2節(jié)法方程的組成及解算，雙差觀測值模型直接從第五章（5-51）式引用即：9.2.1雙差觀測值模型GPS測量原理及應用令：當兩站同步觀測的衛(wèi)星數為nj時，誤差方程組如下：(5-53)方程式的組成（2/6）誤差方程式的形式為:GPS測量原理及應用方程式的組成（3/6）式中：GPS測量原理及應用方程式的組成（4/6）GPS測量原理及應用9.2.2法方程的組成及解算式中：如果在基線兩端對同一組衛(wèi)星觀測
7、的歷元數為nt，相應的誤差方程式組為：GPS測量原理及應用P為雙差觀測量權矩陣。式中：相應的法方程式為：N△X+U=0(5-55)GPS測量原理及應用權的確定(1/8)如果同一歷元，還同步觀測了另一顆衛(wèi)星Sk，則同理可得：在上面的法方程式中權P應如何確定?各觀測量是相互獨立還是相關？是我們必須關注的問題。1）單差觀測量的相關性由單差的定義可知：觀測站T1、T2，與歷元t同步觀測衛(wèi)星Sj的觀測量之差為：GPS測量原理及應用權的確定(2/8)式中各量表示為：由矩陣表示為：GPS測量原理及應用權的確定(3/8)由于E(t):單位矩陣
