GPS数据处理.doc

GPS数据处理
学****指南
采用GPS基线向量网平差,虽可以同时确定出点的三维位置,若网中有一点或多点具有精确的WGS-84大地坐标系的大地高程,则在GPS网平差后,可得各GPS点的WGS-84大地高程。但令人遗憾的是,所确定出的高程是相对于一个特定参考椭球的,即所谓的大地高,而不是在实际应用中广泛采用的与地球重力位密切相关的正高或正常高。不过,如果能够设法获得相应点上的大地水准面差距或高程异常,就可以进行相应高程系统的转换,将大地高转换为正高或正常高。因此,应找出GPS点的大地高程同正常高程的关系,并采用一定模型进行转换。本节介绍如何将GPS高程观测结果变为可实用的正常高程结果。
教学重点和难点
1、GPS接收机观测数据的传输与管理。
2、GPS基线处理软件的应用。
3、GPS数据解算成果的评定。
教学目标
1、掌握GPS接收机观测数据的传输与管理。
1
2、掌握GPS基线处理软件的应用。
3、学会对GPS数据解算成果的评定。
主要知识点
数据传输、数据分流、观测数据的平滑、滤波、平差计算、同步环、异步环、重复基线。
2
图9-1
一、数据预处理
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,观测值文件标准化等);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
数据处理中要多次进行位置的计算,而GPS广播星历每小时有一组独立的星历参数,使得计算工作十分繁杂。因此,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星历参数所对应卫星位置Pi(t)表达成时间t的多项式形式
2n P (9-1) (t)=a+at+at+ +atii0i1i2in
利用拟合法求解多项式系数。解出的系数记入标准化星历文件,用它们来计算任一时刻的卫星位置。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的单位需规格化,规格化时间T为
Ti=[2ti-(t1-tm)] (9-2) (tm-t1)
3
式中:Ti为对应于ti的规格化时间;tl和tm分别为观测时段开始和结束的时间。显然,对应于tl和tm的T1及T2分别为-1和+1。对任意时刻ti有i≤1。
需要指出的是,如果拟合时引进了规格化的时间,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标准时间系统之差?ts)是多个数值,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刻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们之间的相对钟差。当多项式拟合的精度优于±,可精确探测整周跳变,估算整周末知数。钟差的多项式形式为?ts=a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2 (9-3) 式中,ao,al,a2为星钟参数;t0为卫星钟参数的参考历元。
由多个参考历元的卫星钟差,利用最小二乘法原理求定多项式系数ai,再由公式(9—3)计算任一时刻的钟差。因为GPS时间定义区间为一个星期,即604800s,故当t—t0>302400(t0属于下一个GPS周)时,t应减去604800;t—t0<—302400(t0属于上一个GPS周)时,t应加上6048000。 3 观测值文件的标准化
不同的接收机提供的数据记录格式不同。例如观测时刻这个记录,可能采用接收机参考历元,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:
(1)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。
(2)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。
(3)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记录一次,有的则20s记录一次。标准化后应将数据采样间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大标准值。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的全部数据,且保持各压缩数据的误差独立。
(4)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。