现代测量技术系列讲座3GPS数据处理1基线解算.ppt
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1、GPS测量原理及应用测量原理及应用现代测量技术系列讲座3GPS数据处理1基线解算 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望GPS测量原理及应用测量原理及应用内容内容第第1讲讲 GPS概况概况第第2讲讲 GPS测量定位误差源测量定位误差源第第3讲讲 GPS测量定位原理测量定位原理第第4讲讲 GPS网的布设网的布设第第5讲讲 GPS数据处理数据处理第第6讲讲 GPS水准水准第第7讲讲 GPS应用应用课程内容课程内容GPS数据处理数据处理GPS测量原理及应用测量原
2、理及应用1.GPS基线解算基线解算GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 概述概述GPS测量原理及应用测量原理及应用1.1 概述概述GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 概述概述GPS测量原理及应用测量原理及应用GPS基线解算的内涵基线解算的内涵 定义定义利用多个测站的利用多个测站的GPS同步观测数据,确定这些测站之间同步观测数据,确定这些测站之间坐标差的过程坐标差的过程观测值观测值GPS载波相位观测值(主要)载波相位观测值(主要)原始观测值原始观测值差分观测值差分观测值不同频率的组合观测值不同频率的组合观测值GPS伪距观测值(辅助)伪距观测值(辅助)结果结果基线向量基线向量
3、精度(中误差)及误差相关性信息(协因数阵)精度(中误差)及误差相关性信息(协因数阵)GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 概述概述 GPS基线解算的内涵基线解算的内涵 GPS测量原理及应用测量原理及应用GPS基线向量的表达方式基线向量的表达方式 地心地固坐标(地心地固坐标(ECEF)笛卡儿坐标系笛卡儿坐标系 (X,Y,Z)大地坐标系大地坐标系 (B,L,H)B:纬差;:纬差;L:经差;:经差;H:大地高差:大地高差站心地平坐标系站心地平坐标系直角坐标系直角坐标系 (N,E,U)N:北方向;:北方向;E:东方向;:东方向;U:垂直方向:垂直方向极坐标系极坐标系 (S,A,H)S:距离;
4、:距离;A:方位角;:方位角;H:高度角:高度角GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 概述概述 GPS基线向量的表达方式基线向量的表达方式 GPS测量原理及应用测量原理及应用基线解算的分类基线解算的分类基线解算的分类方法基线解算的分类方法根据数学模型根据数学模型单基线解、多基线解、整体解(多站网解)单基线解、多基线解、整体解(多站网解)根据观测值类型根据观测值类型L1解、解、L2解、宽巷(解、宽巷(Wide-lane)解、窄巷)解、窄巷(Narrow-lane)解、无电离层影响()解、无电离层影响(Iono-free)解)解根据所采用差分观测值的类型根据所采用差分观测值的类型非(零)
5、差解、单差解、双差解、三差解非(零)差解、单差解、双差解、三差解根据模糊度的确定情况根据模糊度的确定情况浮动解、固定解浮动解、固定解GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 概述概述 基线解算的分类基线解算的分类GPS测量原理及应用测量原理及应用基线解算的类型基线解算的类型根据数学模型分类根据数学模型分类单基线解(单基线解(Single Baseline/Baseline Mode)数学模型按单一基线建立数学模型按单一基线建立模型简单模型简单不顾及同一时段基线间的误差相关特性不顾及同一时段基线间的误差相关特性多基线解(多基线解(Multiple Baseline/Session Mode
6、)数学模型按时段建立,包括同一时段中一组独立基线数学模型按时段建立,包括同一时段中一组独立基线模型较为复杂模型较为复杂顾及同一时段基线间的误差相关特性顾及同一时段基线间的误差相关特性整体解(多站网解)(整体解(多站网解)(Campaign Mode)数学模型按整网建立,包括整网中相互独立基线数学模型按整网建立,包括整网中相互独立基线模型最为严密模型最为严密顾及同一时段基线间的相关特性顾及同一时段基线间的相关特性基线之间相互约束,结构强基线之间相互约束,结构强GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 概述概述 基线解算的类型基线解算的类型GPS测量原理及应用测量原理及应用基线解算的类型基线
7、解算的类型根据(主要)观测值类型分类根据(主要)观测值类型分类L1解:解:L1载波相位载波相位L2解:解:L2载波相位载波相位宽巷(宽巷(Wide-lane)解:宽巷组合观测值)解:宽巷组合观测值窄巷(窄巷(Narrow-lane)解:窄巷组合观测值)解:窄巷组合观测值无电离层影响(无电离层影响(Iono-free)解:无对流层影响)解:无对流层影响(Iono-free)组合观测值)组合观测值GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 概述概述 基线解算的类型基线解算的类型GPS测量原理及应用测量原理及应用基线解算的类型基线解算的类型根据所采用差分观测值的类型根据所采用差分观测值的类型非(
8、零)差解:采用非(零)差观测值非(零)差解:采用非(零)差观测值单差解:采用单差观测值单差解:采用单差观测值双差解:采用双差观测值双差解:采用双差观测值三差解:采用三差观测值三差解:采用三差观测值根据模糊度的确定情况根据模糊度的确定情况固定解(整数解)固定解(整数解)(Fixed):模糊度被确定为整:模糊度被确定为整数数浮动解(实数解)浮动解(实数解)(Float):模糊度未被确定为:模糊度未被确定为整数整数GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 概述概述 基线解算的类型基线解算的类型GPS测量原理及应用测量原理及应用1.2 观测值观测值GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算
9、观测值观测值GPS测量原理及应用测量原理及应用差分观测值的形成差分观测值的形成差分方式差分方式站间差分站间差分星间差分星间差分历元间差分历元间差分GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 观测值观测值 差分观测值的形成差分观测值的形成GPS测量原理及应用测量原理及应用差分观测值的形成差分观测值的形成站间差分站间差分求差方式求差方式同步观测值在接收机间求差同步观测值在接收机间求差数学形式数学形式特点特点消除了卫星钟差影响消除了卫星钟差影响削弱了电离层折射影响削弱了电离层折射影响削弱了对流层折射影响削弱了对流层折射影响削弱了卫星轨道误差的影响削弱了卫星轨道误差的影响站间差分站间差分GPS数据
10、处理数据处理 GPS基线解算基线解算 观测值观测值 差分观测值的形成差分观测值的形成GPS测量原理及应用测量原理及应用差分观测值的形成差分观测值的形成星间差分星间差分求差方式求差方式同步观测值在卫星间求差同步观测值在卫星间求差数学形式数学形式特点特点消除了接收机钟差的影响消除了接收机钟差的影响星间差分星间差分GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 观测值观测值 差分观测值的形成差分观测值的形成GPS测量原理及应用测量原理及应用差分观测值的形成差分观测值的形成 历元间差分历元间差分差分方式差分方式 观测值在间历元求差观测值在间历元求差数学形式数学形式特点特点消去了整周未知数参数消去了整周
11、未知数参数历元间差分历元间差分GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 观测值观测值 差分观测值的形成差分观测值的形成GPS测量原理及应用测量原理及应用单差、双差和三差单差、双差和三差单差:站间一次差分单差:站间一次差分双差:站间、星间各求一次差(共求两次差)双差:站间、星间各求一次差(共求两次差)三差:站间、星间和历元间各求一次差(共三差:站间、星间和历元间各求一次差(共求三次差)求三次差)单差单差双差双差三差三差GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 观测值观测值 单差、双差和三差单差、双差和三差GPS测量原理及应用测量原理及应用1.3 天线的相位中心和天线高天线的相位中心和
12、天线高GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 天线的相位中心和天线高天线的相位中心和天线高GPS测量原理及应用测量原理及应用天线的相位中心天线的相位中心问题问题天线相位中心的偏差天线相位中心的偏差天线相位中心的变化天线相位中心的变化(Phase Center Variations-PCV)解决天线相位中心偏差和解决天线相位中心偏差和变化的方法变化的方法天线定向天线定向模型改正模型改正GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 天线的相位中心和天线高天线的相位中心和天线高 天线的相位中心天线的相位中心GPS测量原理及应用测量原理及应用天线的相位中心天线的相位中心相位中心偏差及变化的模
13、型改正(相位中心偏差及变化的模型改正(IGS_01.PCV)12345678911234567892123456789312345678941234567895123456789612345678971234567898 0 0 0 0 0 0 0 0VENDOR MODEL#DESCRIPTION (AVE)YR/MO/DY|AVE=#in average north east up|L1 Offset(mm)90 85 80 75 70 65 60 55 50 45|L1 Phase at 40 35 30 25 20 15 10 5 0|Elevation(mm)north east u
14、p|L2 Offset(mm)90 85 80 75 70 65 60 55 50 45|L2 Phase at 40 35 30 25 20 15 10 5 0|Elevation(mm)TRIMBLE TRM41249.00 Zephyr Geodetic with GP NGS(4)01/04/11 .3 .5 71.4 .0 .6 1.4 2.3 3.2 4.1 4.9 5.6 6.1 6.4 6.4 6.1 5.5 4.5 3.1 1.3 -.9 .0 .0 -.4 .1 68.2 .0 -.5 -.6 -.5 -.2 .1 .5 .8 1.0 1.1 1.0 .9 .6 .2 -.
15、2 -.6 -.8 .0 .0ASHTECH 700228 (3)96/06/30 0.5 0.3 79.9 0.0 0.1 0.5 1.2 1.8 2.1 2.1 2.4 3.0 3.3 3.0 2.8 2.6 2.3 1.5 0.7 0.9 0.0 0.0 -1.2 0.8 79.2 0.0 0.4 1.1 1.5 1.6 1.8 2.2 2.3 2.1 2.0 1.9 1.7 1.5 1.8 2.4 1.6 -1.8 0.0 0.0 文文件件头头文文件件体体GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 天线的相位中心和天线高天线的相位中心和天线高 天线的相位中心天线的相位中心GPS测量
16、原理及应用测量原理及应用天线高天线高定义定义标志至平均相位中心所在平面的垂直距离标志至平均相位中心所在平面的垂直距离量取方法量取方法斜高或到某一平面的直高斜高或到某一平面的直高天线高的改化天线高的改化手工改化手工改化(见右图)(见右图)自动改化自动改化需提供天线类型及量高方法需提供天线类型及量高方法HHHHhRGPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 天线的相位中心和天线高天线的相位中心和天线高 天线高天线高GPS测量原理及应用测量原理及应用1.4 常用的数据格式常用的数据格式GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 常用的数据格式常用的数据格式GPS测量原理及应用测量原理及应用本
17、机格式本机格式定义定义接收机存储数据的格式接收机存储数据的格式存储方式存储方式二进制二进制内容内容观测值、广播星历、电离层信息、气象元素观测值、广播星历、电离层信息、气象元素特点特点不同厂家的接收机具有不同的本机格式不同厂家的接收机具有不同的本机格式与接收机配套的数据处理软件(随机软件与接收机配套的数据处理软件(随机软件/商用软件)商用软件)一般可以直接读取自身本机格式的数据,而不能读取其一般可以直接读取自身本机格式的数据,而不能读取其它厂家的本机格式的数据它厂家的本机格式的数据不利于多种型号的接收机联合作业不利于多种型号的接收机联合作业GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 常用的数
18、据格式常用的数据格式 本机格式本机格式GPS测量原理及应用测量原理及应用RINEX格式格式定义定义与接收机无关的数据交换格式与接收机无关的数据交换格式存储方式存储方式ASCII内容内容观测值、星历(导航信息)、气象数据观测值、星历(导航信息)、气象数据特点特点通用性强,已成为事实上的标准通用性强,已成为事实上的标准利于多种型号的接收机联合作业利于多种型号的接收机联合作业大多数软件能够处理大多数软件能够处理GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 常用的数据格式常用的数据格式 RINEX格式格式GPS测量原理及应用测量原理及应用RINEX格式格式命名规则命名规则命名规则:命名规则:8+3文
19、件名文件名例:例:wh022931.02o,wh022293.02nssssdddf.yyt4字符测站名字符测站名年积日年积日一天内的文件序一天内的文件序号(时段号)。号(时段号)。若为若为0,则表示文,则表示文件包含当天的所件包含当天的所有观测数据有观测数据两位年号。两位年号。98:199800:200011:2011文件类型。文件类型。O:观测值:观测值N:星历:星历M:气象数据:气象数据G:GLONASS星历星历H:同步卫星:同步卫星GPS载载荷的导航电文荷的导航电文GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 常用的数据格式常用的数据格式 RINEX格式格式GPS测量原理及应用测量原
20、理及应用RINEX格式格式观测值文件的内容观测值文件的内容文文件件头头文文件件体体GPS数据处理数据处理 GPS基线解算基线解算 常用的数据格式常用的数据格式 RINEX格式格式2.10 OBSERVATION DATA M(MIXED)RINEX VERSION/TYPEBLANK OR G=GPS,R=GLONASS,T=TRANSIT,M=MIXED COMMENTXXRINEXO V9.9 AIUB 24-MAR-01 14:43 PGM/RUN BY/DATEEXAMPLE OF A MIXED RINEX FILE COMMENTA 9080 MARKER NAME9080.1.3
21、4 MARKER NUMBERBILL SMITH ABC INSTITUTE OBSERVER/AGENCYX1234A123 XX ZZZ REC#/TYPE/VERS234 YY ANT#/TYPE 4375274.587466.4589095.APPROX POSITION XYZ .9030 .0000 .0000 ANTENNA:DELTA H/E/N 1 1 WAVELENGTH FACT L1/2 1 2 6 G14 G15 G16 G17 G18 G19 WAVELENGTH FACT L1/2 0 RCV CLOCK OFFS APPL 4 P1 L1 L2 P2#/TYP
22、ES OF OBSERV 18.000 INTERVAL 2001 3 24 13 10 36.0000000 TIME OF FIRST OBS END OF HEADER 01 3 24 13 10 36.0000000 0 3G12G 9G 6 -.123456789 23629347.915 .300 8 -.353 23629364.158 20891534.648 -.120 9 -.358 20891541.292 20607600.189 -.430 9 .394 20607605.848 01 3 24 13 10 50.0000000 4 4 1 2 2 G 9 G12 W
23、AVELENGTH FACT L1/2 *WAVELENGTH FACTOR CHANGED FOR 2 SATELLITES*COMMENT NOW 8 SATELLITES HAVE WL FACT 1 AND 2!COMMENT COMMENT 01 3 24 13 10 54.0000000 0 5G12G 9G 6R21R22 -.123456789 23619095.450 -53875.632 8 -41981.375 23619112.008 20886075.667 -28688.027 9 -22354.535 20886082.101 20611072.689 18247
24、.789 9 14219.770 20611078.410 21345678.576 12345.567 5 22123456.789 23456.789 5 GPS测量原理及应用测量原理及应用RINEX格式格式星历文件的内容星历文件的内容2.10 N:GPS NAV DATA RINEX VERSION/TYPEXXRINEXN V2.10 AIUB 3-SEP-99 15:22 PGM/RUN BY/DATEEXAMPLE OF VERSION 2.10 FORMAT COMMENT .1676D-07 .2235D-07 -.1192D-06 -.1192D-06 ION ALPHA .
25、1208D+06 .1310D+06 -.1310D+06 -.1966D+06 ION BETA .133179128170D-06 .107469588780D-12 552960 1025 DELTA-UTC:A0,A1,T,W 13 LEAP SECONDS END OF HEADER 6 99 9 2 17 51 44.0-.839701388031D-03-.165982783074D-10 .000000000000D+00 .910000000000D+02 .934062500000D+02 .116040547840D-08 .162092304801D+00 .48410
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