《毕业论文--GPS控制网基线解算及质量控制的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文--GPS控制网基线解算及质量控制的研究（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、编号：南阳师范学院2013届毕业生毕业论文（设计） 题 目： GPS基线解算及质量控制的研究 完 成 人： 班 级： 2009-06 学 制： 四年 专 业： 测绘工程 指导教师： 完成日期： 2013年4月12日 第 1页（共32页）目 录摘要(1)0 引言(2)1 GPS控制网基线解算(2)1.1 基线解算原理(2)1.2 基线解算选线的原则(2)1.2.1 选取相互独立的基线(2)1.2.2 选取的基线应构成闭合的几何图形(2)1.2.3 选取质量好的基线向量(2)1.3 基线解算的分类(2)1.3.1 根据数学模型分类(3)1.3.2 根据观测值类型分类(3)1.3.3根据所采用差分观
2、测值的类型分类(3)1.3.4 如果根据模糊度的确定情况分类(3)1.4 基线解算的数学模型(3)1.4.1 载波相位测量原理(4)1.4.2 双差载波相位测量的观测方程(4)2 基线解算的质量控制(4)2.1 影响GPS基线质量的因素及判别方法(4)2.2 基线解算的质量控制指标(6)2.2.1 相对坐标(6)2.2.2 半相对指标(同步环闭合差)(7)2.2.3绝对质量指标(8)2.3 提高基线解算质量的措施(8)2.3.1 提高起算点坐标精度(9)2.3.2 删除或优化卫星组合(9)2.3.3 调整卫星截止高度角等控制参数(9)2.3.4 截取观测时段(10)3 GPS控制网基线解算实例
3、(10) 3.1 解算软件(10)3.1.1 HGO软件基线解算原理(11)3.1.2 HGO基线解算的优缺点(11)3.2 数据简介(11)3.3 基线解算(12)3.3.1 基线解算步骤(12)3.3.2 精度评定(15)3.3.3 基线解算的过程中的几个关键点(16)4 结论(16)参 考 文 献(17)Abstract(18)附 录(19)GPS控制网基线解算及质量控制的研究作 者：指导教师：摘要：GPS控制网布设过程中，往往存在着诸如起算数据质量问题、观测时间过短、周跳太多、多路径效应等影响因素由于这些因素的影响，我们所测得的基线质量可能达不到作业规范这就需要在基线解算过程中消除或者
4、减弱这些因素的影响，以得到质量较高的基线数据本文介绍了基线解算的原理、原则、分类、影响GPS基线质量的因素以及基线解算的质量控制指标，并以武汉市某地控制网数据作为参考，结合HGO基线计算软件，说明基线解算的基本步骤及基线解算质量控制方法关键词：GPS控制网；基线解算；武汉；HGO；质量控制方法0 引言GPS（Global Positioning System）是美国发展数十年的卫星导航项目，在全球范围内应用广泛1利用GPS布设国家控制网、工程控制网、工程测量控制网所需工程量相比常规方法大为减少，因此GPS在控制网建立领域大展身手相应的，由此带来的数据处理问题成了一门热门学科GPS定位技术中，G
5、PS测量数据处理大致可分为基线解算和网平差 2由于GPS测量得到的是接收机相位中心到卫星发射中心伪距、载波相位和卫星星历等，要想得到精度较高的定位成果，就要先进行基线向量解算，并且评定基线精度，然后再进行基线向量网平差，因此可以说，GPS基线解算是测量数据处理工程中极其重要的一个阶段，其质量的好坏将直接影响到GPS网的定位精度2由此可见，分析基线解算过程中的质量控制指标，提高基线解算的质量是非常必要的通俗来讲，GPS基线解算就是GPS观测值通过数据处理，得到测站的坐标或测站间的基线向量值而GPS基线向量表示了测站与测站间的坐标增量，它是GPS同步观测的直接结果，也是进行GPS网平差，获取最终点
6、位的观测值GPS基线向量与常规测量中的基线是有区别的，常规测量中的基线只有长度属性，而GPS基线向量则具有长度、水平方位和垂直方位等三项属性1 GPS控制网基线解算1.1 基线解算原理GPS技术在测量上均采用相对定位技术即将两台GPS接收机分别安放在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量 2基线解算就是利用GPS接收机接收到的载波相位观测值做为基本观测值，对其进行差分处理，建立观测值与基线向量的关系，通过最小二乘原理求解基线向量及其精度平差所采用的观测值主要是双差观测值平差分三个阶段进行，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数和基线向量的实数解(浮动解)；
7、在第二阶段，将整周未知数固定成整数；在第三阶段，将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解即整数解(固定解) 31.2 基线解算选线的原则1.2.1 选取相互独立的基线选取相互独立的基线，否则平差结果会与真实的情况不相符合可以依据RMS、RDOP、RATIO、同步环闭和差、异步环闭和差和重复基线较差来判定1.2.2 选取的基线应构成闭合的几何图形 选取的基线构成闭合环，将使不同基线间产生联系基线之间相互约束、结构性强1.2.3 选取质量好的基线向量选取基线质量的好坏将直接影响解算质量，从而影响网平差的质量.提取基线向量时需要遵循以下
8、几项原则：必须选取相互独立的基线，选取后取能构成边数较少的异步环的基线向量；选取边长较短的基线向量1.3 基线解算的分类1.3.1 根据数学模型分类GPS基线解算类型可以分为单基线解、多基线解和整体解单基线解是数学模型按单一基线建立的解算方法优点是模型简单，缺点是未顾及同一时段基线间的误差相关特性；多基线解是数学模型按时段建立的解算方法，包括同一时段中的一组独立基线优点是顾及了同一时段基线间的误差相关特性，缺点是模型较为复杂；整体解是数学模型按整网建立的解算方法，包括整网中相互独立的基线优点是模型严密，顾及了同一时段基线间的相关特性并且基线之间相互约束、结构性强1.3.2 根据观测值类型分类G
9、PS基线解算类型可以分为L1解、L2解、宽巷（Wide-lane）解、窄巷（Narrow-lane）解和无电离层影响（Iono-free）解L1解是指L1为载波相位的解算方法；L2解是指L2为载波相位的解算方法；宽巷解是指宽巷组合观测值为载波相位的解算方法；窄巷解是指窄巷组合观测值为载波相位的解算方法；无电离层影响解是指无对流层影响组合观测值为载波相位的解算方法1.3.3 根据所采用差分观测值的类型分类GPS基线解算类型可以分为非（零）差解、单差解、双差解和三差解非差解是指采用非差观测值的解算方法；单差解是指采用单差观测值的解算方法；双差解是指采用双差观测值的解算方法；三差解是指采用三差观测值
10、的解算方法1.3.4 如果根据模糊度的确定情况分类GPS基线解算类型可以分为浮动解和固定解固定解是指整周模糊度被确定为整数的解算方法；浮动解是指整周模糊度未被确定为整数的解算方法1.4 基线解算的数学模型上述分类产生的数学模型的建立均基于测站和卫星的相互关系利用载波相位的差分观测值，可以消除和削弱多种误差的影响，从而获得两点间高精度的GPS基线向量以单基线双差载波相位为例，建立基线解算的数学模型1.4.1 载波相位测量原理基线向量平差计算采用单基线求解时，无论在一测段中同步联测多少测站，每次都仅取两个测站所含有的线性独立的双差观测值来进行解算，也就是说基线解算的过程实质是差分方程的解算过程载波
11、信号量测精度优于波长的1/100，载波波长（L1=19cm，L2=24cm）比C/A码波长 (C/A=293m)短得多，所以GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（C/A码或P码）定位高得多的成果精度1.4.2 双差载波相位测量的观测方程以为单位的双差载波相位观测值模型为： (1-1)在(1-1）式中，为双差算子，且有：需要指出的是，对于双差载波相位观测值，有 (1-2) 也就是说，此时双差载波相位偏差就是双差模糊度另外，对于距离较短的基线向量，如10km左右，通常认为，经过双差后可以忽略电离层折射延迟，这样，就仅涉及多路径误差如果确定了模糊度参数，在方程中模糊度参数将被固定重新进行基线解
12、算，从而得出基线向量的固定解当然，基线解算的情形不止于此包括三差载波相位模型在内的数学模型都在一定程度上削弱或者抵消了外界误差影响尽管每种模型都对应不同的观测方程，但其实质都是差分方程的解算，此处不再一一列举2 基线解算的质量控制2.1 影响GPS基线质量的因素及判别方法 对于由起点坐标不准确所对基线解算质量造成的影响，目前还没有较容易的方法来加以判别GPS相对定位对同一卫星而言，星历误差对不同观测站同步观测的影响具有很强的相关性，在求坐标差时，共同的影响可自行消除，尤其是基线较短时，效果更明显起算坐标的偏差对基线向量偏差的影响可按(2-1)式进行估算 (2-1)在上式中：为基线向量偏差，为基
13、线长度，为起算坐标的偏差，为GPS卫星轨道高度对于0.5 km长的基线，GPS卫星高度为，按GPS测量规程，E级网起算坐标精度不低于，这里取计算，则可见这一误差的影响是不容忽视的 少数卫星观测时间过短，某些卫星观测时间太短，会导致这些卫星的整周未知数无法准确确定，进而影响整个基线解算的结果对基线解算而言，对参与计算卫星整周未知参数没有准确确定的话，将严重影响该条基线解的质量要判别观测时间长短，可查看观测数据文件中每个卫星观测数据的数量，或直接查看卫星可见性图 卫星观测值中周跳太多在整个观测时段里，有个别时间段里周跳太多，致使周跳修复不完善周跳可以通过基线解算报告中残差图来判别 在观测时段内，多路径效应比较严重，导致观测值的改正数会普遍较大，从而影响到基线解算质量多路径效应对基线向量在水平方向上影响较大，这是判别其影响的依据 对流层或电离层折射影响过大当此种情况发生时，它所造成的电磁波的延迟较大，将导致整周未知数确定困难，影响基线解算质量，一般来讲，对流层或电离层的折射在垂直方向上对基线向量影响较大 多路径效应、对流层或电离层折射影响均可通过基线解算报告中残差图进行判别与周跳残差不同的是，当多路径效应严重、对流层或电离层折射影响过大时，观测值残差不是象周跳未修复那样出现整数倍的增大，而只是出现非整数倍增大，一般不超过1周，却又明
