GPS测量原理与应用 第九章 GPS测量数据处理

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1、第九章GPS测量数据处理§9-1概述GPS测量原理和应用●GPS接收机采集记录的数据内容：伪距、载波相位和卫星星历等数据。●GPS数据处理过程：数据采集数据传输预处理基线解算GPS网平差GPS测量原理和应用§9-2GPS数据预处理及观测成果的质量检查一、数据传输大多数的GPS接收机(如ASHTECH、TRIMBLE等型号)，采集的数据记录在接收机的内存模块上。数据传输是用专用电缆将接收机与计算机连接，并在后处理软件的菜单中选择传输数据选项后，便将观测数据传输至计算机。数据传输的同时进行数据分流，生成四个数据文件：载波相位和伪距观测值文件、星历参数文件、电离层参数和UTC参数文件、测站

2、信息文件。观测值文件是容量最大的文件。观测值记录中有对应的卫星号，卫星高度角和方位角，C／A码伪距，L1、L2的相位观测值，观测值对应的历元时间，积分多普勒记数，信噪比等。GPS测量原理和应用星历参数文件包含所有被测卫星的轨道位置信息，根据这些信息可以计算出任一时刻卫星的位置。电离层参数和UTC参数文件中，电离层参数用于改正观测值的电离层影响，UTC参数用于将GPS时间修正为UTC时间。测站信息文件包含测站名、测站号、测站的概略坐标、接收机号、天线号、天线高、观测的起止时间、记录的数据量、初步定位成果等。经数据分流后生成的四个数据文件中，除测站信息文件外，其余均为二进制数据文件。为下

3、一步预处理的方便，必须将它们解译成直接识别的文件，将数据文件标准化。GPS测量原理和应用二、数据预处理为了获得GPS观测基线向量并对观测成果进行质量检核，首先要进行GPS数据的预处理。根据预处理结果对观测数据的质量进行分析并作出评价，以确保观测成果和定位结果的预期精度。GPS数据预处理的目的是：对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差；统一数据文件格式，并将各类数据文件加工成标准化文件(如GPS卫星轨道方程的标准化，卫星时钟钟差标准化，观值文件标准化等)，找出整周跳变点并修复观测值；对观测值进行各种模型改正。1．GPS卫星轨道方程的标准化GPS测量原理和应用数据处理中要多次进行卫星位置的计算

4、，而GPS广播星历每小时有一组独立的星历数，使得计算工作十分繁杂，需要将卫星轨道方程标准化，以便计算简便，节省内存空间。GPS卫星轨道方程标准化一般采用以时间为变量的多项式进行拟合处理。将已知的多组不同历元的星历参数所对应的卫星位置Pi(t)表达为时间t的多项式式：利用拟合法求解多项式系数。解出的系数ain记入标准化星历文件，用它们来计算任一刻的卫星位置。多项式的阶数n一般取8—10就足以保证米级轨道拟合精度。拟合计算时，时间t的单位须规格化，规格化时间T为：GPS测量原理和应用式中，Ti为对应于ti的规格化时间；t1和tm分别为观测时段开始和结束的时间。很显然，对应于t1和tm，T

5、1和Tm分别为-1和+1。对任意时刻ti其。需指出的是，拟合时引进了规格化的时间，则在实际轨道计算时也应使用规格化的时间。2．卫星钟差的标准化来自广播星历的卫星钟差(即卫星钟钟面时间与GPS系统标准时间之差Δts)是多个值，需要通过多项式拟合求得惟一的平滑的钟差改正多项式。用于确定真正的信号发射时并计算该时刻的卫星轨道位置，同时也用于将各站对各卫星的时间基准统一起来以估算它之间的相对钟差。当多项式拟合的精度优于±0．2ns时，可精确探测整周跳变，估算整周未知数。GPS测量原理和应用钟差的多项式形式为Δts=a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2式中，a0，a1，a2为星钟参数，t

6、0为星钟参数的参考历元。3．观测值文件的标准化不同的接收机提供的数据记录有不同的格式。例如观测时刻这个记录，可能采用接收参考历元，也可能是经过改正归算至GPS标准时间。在进行平差(基线向量的解算)之前，观测值文件必须规格化、标准化。具体项目包括：记录格式标准化。各种接收机输出的数据文件应在记录类型、记录长度和存取方式方面采用同一记录格式。记录项目标准化。每一种记录应包含相同的数据项。如果某些数据项缺项，则应以特定数据如“0”或空格填上。GPS测量原理和应用采样密度标准化。各接收机的数据记录采样间隔可能不同，如有的接收机每15s钟记录一次，有的则20s钟记录一次。标准化后应将数据采样间

7、隔统一成一个标准长度。标准长度应大于或等于外业采样间隔的最长的标准值。采样密度标准化后，数据量将成倍地减少，所以这种标准化过程也称为数据压缩。数据压缩应在周跳修复后进行。数据压缩常用多项式拟合法。压缩后的数据应等价于被压缩区间内的全部数据，且保持各压缩数据的误差独立。数据单位的标准化。数据文件中，同一数据项的量纲和单位应是统一的，例如，载波相位观测值统一以周为单位。GPS测量原理和应用4．数据处理软件及选择GPS网数据处理分基线解算和网平差两个阶段。各阶段