GPS控制网的数据处理.ppt
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1、第七章 GPS控制网的数据处理,主讲:周建郑黄河水利职业技术学院,第七章 GPS控制网的数据处理,学习目标了解GPS测高及其数据处理,拟合法确定正常高程,GPS做三、四等水准加密,过河水准测量,变形监测。理解星历预报的重要性,数据传输过程,基线向量的误差分析与判断。掌握基线向量的解算,坐标系统的转换,GPS网平差。,第七章 GPS控制网的数据处理,数据处理目的:将采集的数据,经测量平差后,归化到参考椭球面上并投影到所采用的平面上,得到点的准确位置。,野外数据,平差,参考椭球面坐标,投影,当前参考面坐标,第七章 GPS控制网的数据处理,本章知识点,第一节 观测数据的预处理,一、概述(一)GPS定
2、位数据处理基本流程,第一节 观测数据的预处理,一、概述(二)GPS定位数据处理特点,特点,(1)海量的数据,(2)复杂的处理过程,(3)多样的数学模型,(4)自动化程度高,第一节 观测数据的预处理,一、概述(三)GPS数据的预处理,预处理的主要目的是对原始观测数据进行编辑、加工与整理,剔除粗差,删除无效无用数据,分流出各种专用的信息文件,为下一步的平差计算做准备。,第一节 观测数据的预处理,一、概述(三)GPS数据的预处理,预处理工作的主要内容有:,数据传输,数据分流,平滑滤波检验,统一数据格式,标准化卫星轨道方程,探测周跳 修复观测值,进行各种模型改正,第一节 观测数据的预处理,二、预处理的
3、准备工作,数据传输,数据分流,观测值文件,星历参数文件,电离层和UTC参数文件,测站信息文件,数据解码,第一节 观测数据的预处理,三、数据预处理的内容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其加工成标准化文件,找出整周跳变点并进行修复,确定整周未知数的初值;对观测值进行各种模型改正。,第一节 观测数据的预处理,三、数据预处理的内容GPS数据预处理的内容有:,数据预处理,标准化卫星钟差,标准化卫星轨道方程,标准化观测值文件,建立钟差改正多项式,相对论改正,星钟多项式拟合,记录格式,记录类型与项目,采样密度,数据单位,第二节 GPS基线向量的解算,基本概念基
4、线向量:GPS相对定位中,点位间的相对位置量为基线向量。基线长度:GPS相对定位中,对应于两点间的长度称为基线长度。GPS相对定位的结果是确定测站点间的相对位置关系。这种相对位置关系通常用空间直角坐标差或大地坐标差 表示。,第二节 GPS基线向量的解算,为了通过平差计算求解观测站之间的基线向量,一般均取相位观测值的线性组合,即差分模型。这里以双差观测值作为平差解算时的观测量,以测站间的基线向量坐标 为主要未知量,建立误差方程式、法方程求解基线向量。,第二节 GPS基线向量的解算,一、误差方程的列立设在基线两端测站 同步观测的卫星为 和,并以 为参考卫星,则可得到站星二次差分的观测方程式为:式中
5、 站星距:经过一系列推导和初等变换可以得到下面纯量形式的误差方程:,第二节 GPS基线向量的解算,一、误差方程的列立式中:,第二节 GPS基线向量的解算,二、法方程的组成与解算上式为任一历元 测站 和 卫星的双差观测值误差方程。当 历元两观测站同步观测的卫星为sv,则可得到sv-1个误差方程,相应要引入sv-1个初始整周未知数,即历元共有(sv-1)+3个未知数。如果两观测站对所有sv个卫星进行了连续观测,其历元数为n,则总共有m=n(sv-1)个误差方程,写成矩阵形式有:,第二节 GPS基线向量的解算,二、法方程的组成与解算式中:,第二节 GPS基线向量的解算,二、法方程的组成与解算设各类双
6、差观测值等权且彼此独立,即权阵P为单位阵,则可组成法方程:式中:于是可解得X为:基线向量平差值为:,基线长度平差值为:,整周未知数平差值为:,第二节 GPS基线向量的解算,三、精度评定1、单位权中误差估值单位权中误差估值 可由下式计算式中:,第二节 GPS基线向量的解算,三、精度评定2.平差值的精度估值未知数向量X中任一分量的中误差估值为式中 为未知数 的权,可直接由法方程系数阵逆 阵 的对角元素求得。,第二节 GPS基线向量的解算,三、精度评定3.基线长度b的精度估算,将基线长度公式,线性化得:,式中,则可得到基线长度的权函数式,式中,由协因数传播率即可得到,式中基线向量坐标未知数 的协因数
7、阵 可由 中取出,即:,第二节 GPS基线向量的解算,四、解算结果分析1、残差分析平差处理时,若存在系统误差和粗差,其结果将有偏差。理论上,载波相位观测精度为1周,即对L1 波段信号观测误差只有2mm。因而当偶然误差达1cm时,应认为观测值质量存在较严重的问题;当系统误差达分米级时,应认为所用数学模型有误;当残差分布中出现突然的跳跃或尖峰时,则表明整周跳变处理失败。观测残差分布合理与否主要体现在平差后的单位权中误差估值上,根据基线长度一般要求在0.05周以下,否则表明观测值中存在某些系统误差或粗差。,第二节 GPS基线向量的解算,四、解算结果分析2、处理基线结果的精度(1)验后单位权方差检验。
8、采用 检验法对验后单位权方差进行检验,是否与理论值相近。(2)基线长度的精度。要求处理后基线长度中误差应符合标称精度。(3)双差固定解与双差实数解之间的差值。理论上整周未知数N为一整数,但其平差值为一实数,称为双差实数解。将实数确定为整数,在进一步平差时不作为未知数求解,这样的结果称为双差固定解。通常要求两者之间的基线向量坐标差小于5cm。当双差固定解与实数解的向量坐标差达到分米级时,则处理结果可能有误。基线长度较长时,以双差实数解为最佳。,第二节 GPS基线向量的解算,四、解算结果分析3、粗差检测对GPS基线向量观测值的粗差检验和模型误差辨识,一般是利用由基线向量构成的多边形闭合差进行。4、
9、粗差定位当经过检验,认为GPS网中还存在粗差时,往往还需要确定粗差源来自哪些观测(组),该过程称为粗差定位。每个基线向量观测值L1都是由三维坐标差构成的相关观测值,而各基线向量之间一般认为是独立的。因此,从模式识别技术的观点看,粗差定位实质上是分析粗差向量落在哪些基线向量L1的系数矩阵A1所形成的特征子空间内的概率问题。,第三节 GPS基线网独立平差,一、概述GPS基线网平差的目的:消除基线网中各类图形闭合条件的不符值,并建立网的基准,即网的位置、方向和尺度基准。,第三节 GPS基线网独立平差,二、基线网按经典自由网平差1、误差方程,设网中的固定点点号为1,网内测站点数为n,以待定测站点坐标改
10、正数,为平差未知数,,以基线向量坐标,及其方差的逆阵,为观测值和权阵,并设固定点坐标和待定点近似坐标为:,第三节 GPS基线网独立平差,二、基线网按经典自由网平差1、误差方程,则对于任意,两点有以下关系,或,含固定点的基线向量观测值,据此可写出基线向量观测值的误差方程。,写成矩阵形式,对应的权阵为,的误差方程为,第三节 GPS基线网独立平差,二、基线网按经典自由网平差1、误差方程,写成矩阵形式,对应的权阵为,不含固定点的基线向量观测值,的误差方程为,第三节 GPS基线网独立平差,二、基线网按经典自由网平差2、法方程的组成及解算,由于各基线向量观测值之间认为是互相独立的,因而可根据最小二乘准则,
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