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GPS数据处理GPS基线解算的优化及平差的方法技巧摘要:对影响GPS基线解算质量的主要因素进行分析和研究，结合实例阐明基于南方GPS后处理软件的GPS基线解算的优化技术和方法。
以及对GPS 解算数据平差处理的方法与技巧。
关键词:GPS基线解算;固定解;浮动解;残差曲线;优化，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。
GPS接收机采集记录的是GPS接收机天线至卫星的伪距、载波相位和卫星星历等数据。
GPS数据处理就是从原始观测值出发得到最终的测量定位成果，其数据处理过程大致可划分为数据传输、格式转换(可选)、基线解算和网平差以及GPS网与地面网联合平差等四个阶段。
GPS测量数据处理的流程如图所示。
GPS测量数据处理流程一、引言根据GPS外业观测和基线数据处理的实际情况，即使通过选取恰当的点位来保证良好的观测条件，进行星历预报来保证观测到的卫星数目及星座的图形强度，但在实际的基线解算过程中，时常会遇到基线只有浮动解而无固定解。
在此情况下，对基线解算进行优化处理后通常能够得到固定解，从而提高基线质量，避免或减少返工重测现象。
二、影响GPS基线解算结果的几个因素及其对策影响GPS基线解算质量的因素较多也较为复杂，如卫星的周跳、星历误差、对流层及电离层影响、多路径误差、无线电干扰、不明因素影响及起算点误差过大等都会影响基线解算。
应对措施1基线起点坐标不准确的应对方法要解决基线起点坐标不准确的问题，可以在进行基线解算时，使用坐标准确度较高的点作为基线解算的起点，较为准确的起点坐标可以通过进行较长时间的单点定位或通过与WGS-84坐标较准确的点联测得到；也可以采用在进行整网的基线解算时，所有基线起点的坐标均由一个点坐标衍生而来，使得基线结果均具有某一系统偏差，然后，再在GPS网平差处理时，引入系统参数的方法加以解决。
2卫星观测时间短的应对方法卫星整周模糊度难以确定的影响。
由于个别或少数卫星观测时间太短，而导致这些卫星的整周模糊度难以准确确定。
国土资源（２００８年增刊１）１３４文★大连鹏程工程勘测设计有限公司 熊启生中国人民解放军６５０１５部队 张坤鹏 王智超ＰＳ静态定位在测量中主要用于测定各种用途的控制点。
其中较为常见的方面是利用ＧＰＳ建立各种类型和等级的控制网，在这些方面ＧＰＳ技术已基本上取代了常规的测量方法，成为了主要手段。
较之于常规方法，ＧＰＳ在布设控制网方面具有测量精度高；选点灵活、不需要造标、费用低；全天侯作业；观测时间短；操作简便等优点。
基线解算是ＧＰＳ网观测数据处理过程的重要环节，基线解算质量的好坏直接关系到各条基线的观测精度，从而影响整个控制网的精度。
因此基线解算质量控制以及基线解算过程中数据的处理方法是整个控制网数据处理的关键点。
本文结合ＧＰＳ定位原理和实际经验，在南方ＧＰＳ静态处理软件中对于ＧＰＳ基线解算阶段需要解决的一些关键问题进行论述。
影响ＧＰＳ基线解算结果的因素影响ＧＰＳ基线解算结果因素的判别１．基线解算时所设定的起点坐标不准确。
起点坐标不准确，会导致基线出现尺度和方向上的偏差。
２．少数卫星的观测时间太短，导致这些卫星的整周未知数无法准确确定。
当卫星的观测时间太短时，会导致与该颗卫星有关的整周未知数无法准确确定，而对于基线解算来讲，参与计算的卫星，如果与其相关的整周未知数没有准确确定的话，就将影响该条基线解算的精度。
３．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。
４．在观测时段内，多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍较大。
５．多路径效应严重、对流层或电离层折射影响过大。
１．基线起点坐标不准确的判别。
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，因此，在实际工作中，只有尽量提高起点坐标的准确度，以避免这种情况的发生。
２．卫星观测时间短的判别。
关于卫星观测时间太短这类问题的判断比较简单，只要查看观测数据的记录文件中有关对与每个卫星的观测数据的数量就可以了，南方静态数据处理软件还输出卫星的可见性图（如图１），这就更直观了。
GPS基线的精化处理影响基线解算结果的因素主要有：（1）基线解算时所设定的起点坐标不准确。
起点坐标不准确，会导致基线出现尺度和方向上的偏差，造成的影响目前还没有较容易的方法来加以判别，因此，在实际工作中，只有尽量提高起点坐标的准确度，以避免这种情况的发生。
（2）少数卫星的观测时间太短，导致这些卫星的整周未知数无法准确确定。
当卫星的观测时间太短时，会导致与该颗卫星有关的整周未知数无法准确确定，而对于基线解算来讲，对于参与计算的卫星，如果与其相关的整周未知数没有准确确定，就将影响整个基线解算的结果。
对于卫星观测时间太短这类问题的判断比较简单，只要查看观测数据的记录文件中有关卫星的观测数据的数量就可以了，或者通过查看数据处理软件中卫星的可见性图。
（3）周跳探测、修复不正确，存在未探测出或正确修复的周跳。
只要存在周跳探测或修复不正确的问题，都会从存在此类问题的历元开始，在相应卫星的后续载波相位观测值中引入较大的偏差，从而严重影响基线解算结果的质量。
发生此类问题时，可以发现相关卫星的验后观测值残差序列存在跳跃，且通常存在很强的系统性偏差。
（4）在观测时段内，多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍比较大。
（5）对流层或电离层折射影响过大。
对于多路径、对流层或电离层折射影响的判别，我们也是通过观测值残差来进行的，不过与整周跳变不同的是，当多路径效应严重、对流层或电离层折射影响过大时，观测值残差不是像周跳未修复那样出现大的跳跃，而只是出现一些波动，一般不超过一周，但却又明显地大于正常观测值的残差。
基线的精化处理方法：要解决基线起点坐标不正确的问题，可以在进行基线解算时，使用坐标准确度较高的点作为基线解算的起点，较为准确的起点坐标可以通过进行较长时间的单点定位或通过与WGS-84坐标较准确的点联测得到；也可以采用在进行整网的基线解算时，所有基线起点的坐标均由一个点坐标衍生而来，使得基线结果均具有某一系统偏差，然后，再在GPS网平差处理时，引入系统参数的方法加以解决。
影响GPS测量的误差及基线解算优化处理法[摘要]从世界范围的来看，科学技术正处于飞速发展的阶段，不论是发达国家还是发展中国家。
在科学技术范畴中，GPS技术的应用越来越广泛。
在生活生产中的影响也越来越重要。
尤其是GPS测量技术。
但是由于各种限制，GPS在测量方面还存在着很多不足。
其中误差对于GPS测量的影响非常大。
下面就对这些误差造成的影响进行一下浅要的分析，再以TGO软件作为分析例证，探究一下利用基线解算优化的方式来处理部分误差而使用的相对应的措施。
[关键词]GPS测量质量优化GPS测量技术已经不断的发展成为我国各行业中都离不开的应用技术。
他的发展对于生产生活有很大的促进作用。
但是在测量技术的应用过程中，由于测量是需要通过GPS接收卫星发回的信号，进而确定地面上的三维定点坐标，这个过程中会产生很多影响测量的误差，为后续的数据处理工作带来了严重的影响。
尤其是GPS基线向量解算，占据了数据处理工作的大部分时间。
因此，本文从影响测量精确度和质量的误差产生源头入手，对误差进行细致的分析，并以根据误差作为切入点提出了优化处理的相关措施。
1对GPS产生影响的相关误差的分析在GPS的测量过程中，对其产生影响的误差源主要分为三大类：第一类是跟信号传播相关的误差，第二类是跟参考系与接收机相关的误差，第三类是与GPS卫星相关的误差。
其中根信号的传播相关误差分别包括相对论和多路径相应、电离层和对流层的折射；跟卫星相关的误差分别包括轨道误差与卫星钟差两种；跟参考系以及接收机相关的误差分别有：固体潮与地球旋转产生的影响、接收机的钟差与天线相位的中心偏差。
接下来我们就对相关的误差源及误差产生进行一下细致的分析。
1.1跟信号传播相关的误差①对流层的折射。
对流层就是指距离地面大约40千米以上范围内的大气层，它的质量约占大气层总质量的百分之九十九。
对流层具有非常强的对流作用，自然现象中的雾、雪、风、雨等现象都是在这里产生的。
然而随着时间、季节、纬度等因素的改变，对流层中所含物质成分也在发生着改变。
GPS基线解算优化的处理方法及原则作者：吴杰来源：《中国科技博览》2015年第16期[摘要]本文从影响GPS测量精确度和质量的误差产生源头入手，对GPS测量产生误差的主要类型进行了细致的分析，同时重点阐述了造成GPS解算误差的主要因素及优化处理方法和原则，以供工作人员参考和借鉴。
[关键词]GPS测量；产生误差；优化解算；处理原则中图分类号：TM930.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0303-01前言目前的科学技术正处于飞速发展的阶段，在科学技术范畴中，GPS技术的应用越来越广泛。
在生活生产中的影响也越来越重要。
尤其是GPS测量技术。
但是由于各种限制，GPS在测量方面还存在着很多不足。
其中误差对于GPS测量的影响非常大，为后续的数据处理工作带来严重的影响。
尤其是GPS基线向量解算，占据了数据处理工作的大部分时间。
因此，需要做好基线解算的优化处理。
1、GPS测量产生误差的主要类型1.1 跟信号传播相关的误差①对流层的折射。
对流层就是指距离地面大约40千米以上范围内的大气层，它的质量约占大气层总质量的百分之九十九。
对流层具有非常强的对流作用，自然现象中的雾、雪、风、雨等现象都是在这里产生的。
然而随着时间、季节、纬度等因素的改变，对流层中所含物质成分也在发生着改变。
这种改变对信号的接收造成了巨大地影响。
在对流层中发生的电磁波的折射效应我们称之为对流层的延迟。
②电离层的折射。
从电磁波的传播角度来分析，距地面50千米以上的大气层我们称之为电离层。
由于太阳的辐射，存在于电离层中的大气被电离，转变成自由电子与正离子的形式，广布在电离层中。
形成弥散的介质。
进入到电离层中的电磁波，会被带电粒子所影响，从而在传播速度上出现了改变。
在中纬度区域当中，测站的天顶方向电离层的延迟在白天大概会达到10米左右，而到了晚上大概也会在1～3米左右，当卫星本身高度角小于10度的时候，电离层延迟可能会达到10～45米左右，对信号传播造成的影响非常大。
第七章GPS基线向量网平差GPS基线解算就是利用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。
在布设GPS网时，首先需对构成GPS网的基线进行观测，并利用所采集到的GPS数据进行数据处理，通过基线解算，获得具有同步观测数据的测站间的基线向量。
为了确定GPS 网中各个点在某一特定坐标系统下的绝对坐标，需要提供位置基准、方位基准和尺度基准，而一条GPS基线向量只含有在WGS-84下的水平方位、垂直方位和尺度信息，通过多条GPS 基线向量可以提供网的方位基准和尺度基准，由于GPS基线向量中不含有确定网中各点绝对坐标的位置基准信息，因此，仅凭GPS基线向量所提供的基准信息，是无法确定出网中各点的绝对坐标的。
而我们布设GPS网的主要目的是确定网中各个点在某一特定局部坐标系下的坐标，这就需要从外部引入位置基准，这个外部基准通常是通过一个以上的起算点来提供的。
网平差时可利用所引入的起算数据来计算出网中各点的坐标。
当然，GPS基线向量网的平差，除了可以解求出待定点的坐标以外，还可以发现和剔除GPS基线向量观测值和地面观测中的粗差，消除由于各种类型的误差而引起的矛盾，并评定观测成果的精度。
第1节G PS网平差的分类GPS网平差的类型有多种，根据平差所进行的坐标空间，可将GPS网平差分为三维平差和二维平差，根据平差时所采用的观测值和起算数据的数量和类型，可将平差分为无约束平差、约束平差和联合平差等。
一、三维平差和二维平差1. 三维平差所谓三维平差是指平差在三维空间坐标系中进行，观测值为三维空间中的观测值，解算出的结果为点的三维空间坐标。
GPS网的三维平差，一般在三维空间直角坐标系或三维空间大地坐标系下进行。
2. 二维平差所谓二维平差是指平差在二维平面坐标系下进行，观测值为二维观测值，解算出的结果为点的二维平面坐标。
二维平差一般适合于小范围GPS网的平差。
二、无约束平差、约束平差和联合平差1. 无约束平差GPS网的无约束平差指的是在平差时不引入会造成GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。
GPS数据处理GPS基线解算的优化及平差的方法技巧摘要:对影响GPS基线解算质量的主要因素进行分析和研究，结合实例阐明基于南方GPS后处理软件的GPS基线解算的优化技术和方法。
以及对GPS 解算数据平差处理的方法与技巧。
关键词:GPS基线解算;固定解;浮动解;残差曲线;优化，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。
GPS接收机采集记录的是GPS接收机天线至卫星的伪距、载波相位和卫星星历等数据。
GPS数据处理就是从原始观测值出发得到最终的测量定位成果，其数据处理过程大致可划分为数据传输、格式转换(可选)、基线解算和网平差以及GPS网与地面网联合平差等四个阶段。
181GPS测量数据处理的流程如图所示。
GPS测量数据处理流程一、引言根据GPS外业观测和基线数据处理的实际情况，即使通过选取恰当的点位来保证良好的观测条件，进行星历预报来保证观测到的卫星数目及星座的图形强度，但在实际的基线解算过程中，时常会遇到基线只有浮动解而无固定解。
在此情况下，对基线解算进行优化处理后通常能够得到固定解，从而提高基线质量，避免或减少返工重测现象。
二、影响GPS基线解算结果的几个因素及其对策182影响GPS基线解算质量的因素较多也较为复杂，如卫星的周跳、星历误差、对流层及电离层影响、多路径误差、无线电干扰、不明因素影响及起算点误差过大等都会影响基线解算。
应对措施1基线起点坐标不准确的应对方法要解决基线起点坐标不准确的问题，可以在进行基线解算时，使用坐标准确度较高的点作为基线解算的起点，较为准确的起点坐标可以通过进行较长时间的单点定位或通过与WGS-84坐标较准确的点联测得到；也可以采用在进行整网的基线解算时，所有基线起点的坐标均由一个点坐标衍生而来，使得基线结果均具有某一系统偏差，然后，再在GPS网平差处理时，引入系统参数的方法加以解决。
2卫星观测时间短的应对方法卫星整周模糊度难以确定的影响。
由于个别或少数卫星观测时间太短，而导致这些卫星的整周模糊度难以准确确定。
对于参与解算的卫星，其整周模糊度不能确定，必将对这一组同步观测的基线解算带来影响。
对于卫星观测时间过短，是非常容易识别的，因观测时间短，则观测记录的数据量就会小。
解算基线时观察卫星相位跟踪图，能直观地看到观测到的各颗卫星的出、没时间。
当基线无固定解时，在基线报告中可以看到各颗卫星的整周模糊度及其误差。
若某颗卫星的观测时间太短，则可以删除该卫星的观测数据，不让它们参加基线解算，这样可以保证基线解算结果的质量。
1833周跳太多的的应对方法若多颗卫星在相同的时间段内经常发生周跳时，则可采用删除周跳严重的时间段的方法，来尝试改善基线解算结果的质量；若只是个别卫星经常发生周跳，则可采用删除经常发生周跳的卫星的观测值的方法，来尝试改善基线解算结果的质量。
4多路径效应严重由于多路径效应往往造成观测值残差较大，因此，可以通过缩小编辑因子的方法来剔除残差较大的观测值；另外，也可以采用删除多路径效应严重的时间段或卫星的方法。
5对流层或电离层折射影响过大的应对方法（1）提高截止高度角，剔除易受对流层或电离层影响的低高度角观测数据。
但这种方法，具有一定的盲目性，因为，高度角低的信号，不一定受对流层或电离层的影响就大。
(2)分别采用模型对对流层和电离层延迟进行改正。
(3)如果观测值是双频观测值，则可以使用消除了电离层折射影响的观测值来进行基线解算。
三 GPS基线解算的过程(1)原始观测数据的读入184在进行基线解算时，首先需要读取原始的GPS观测值数据。
一般说来，各接收机厂商随接收机一起提供的数据处理软件都可以直接处理从接收机中传输出来的GPS原始观测值数据，而由第三方所开发的数据处理软件则不一定能对各接收机的原始观测数据进行处理，要处理这些数据，首先需要进行格式转换。
目前，最常用的格式是RINEX格式，对于按此种格式存储的数据，大部分的数据处理软件都能直接处理。
(2)外业输入数据的检查与修改在读入了GPS观测值数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检查的项目包括：测站名、点号、测站坐标、天线高等。
对这些项目进行检查的目的，是为了避免外业操作时的误操作。
(3)设定基线解算的控制参数基线解算的控制参数用以确定数据处理软件采用何种处理方法来进行基线解算，设定基线解算的控制参数是基线解算时的一个非常重要的环节，通过控制参数的设定，可以实现基线的精化处理。
(4)基线解算基线解算的过程一般是自动进行的，无需过多的人工干预。
(5)基线质量的检验基线解算完毕后，基线结果并不能马上用于后续的处理，还必须对基线的质量进行检验，只有质量合格的基线才能用于后续的处理，如果不合格，则需要对基线进行重新解算或重新测量。
基线的质量检验需要通过RATIO、RDOP、RMS、同步环闭和差、异步环闭和差和重复基线较差来进行。
185三、 GPS网平差GPS控制网是由相对定位所求得的基线向量而构成的空间基线向量网，在GPS网的数据处理过程中，基线解算所得到的基线向量仅能确定GPS网的几何形状，但却无法提供最终确定网中点的绝对坐标所必需的绝对位置基准。
在GPS网平差中，通过起算点坐标可以达到引入绝对基准的目的。
在GPS控制网的平差中，是以基线向量及协方差为基本观测量的。
通常采用三维无约束平差、三维约束平差及三维联合平差三种平差模型。
各类型的平差具有各自不同的功能，必须分阶段采用不同类型的网平差方法。
1、三维无约束平差1.1 定义所谓GPS网的三维无约束平差是指平差在WGS-84三维空间直角坐标系下进行， GPS控制网中只有一个位置基准。
平差时不引入使得GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部约束条件。
具体地说，在进行三维平差时，其必要的起算条件的数量为三个，这三个起算条件既可以是一个起算点的三维坐标向量，也可以是其它的起算条件。
1.2 作用GPS网的三维无约束平差有以下三个主要作用：(1) 改善GPS网的质量，评定GPS网的内部符合精度。
通过网平差，可得出一系列可用于评估GPS网精度的指标，如观测值改正数、观测值验后方差、观测值单位权方差、相邻点距离中误差、点位中误差等。
发现和剔除GPS观测值中可能存在的粗差。
由于三维无约束平差的结果完全取决于GPS186网的布设方法和GPS观测值的质量，因此，三维无约束平差的结果就完全反映了GPS网本身的质量好坏，如果平差结果质量不好，则说明GPS网的布设或GPS观测值的质量有问题；反之，则说明GPS网的布设或GPS观测值的质量没有问题。
结合这些精度指标，还可以设法确定出质量不佳的观测值，并对它们进行相应的处理，从而达到改善网的质量的目的。
(2) 消除由观测量和已知条件中所存在的误差而引起的GPS网在几何上的不一致，由于观测值中存在误差以及数据处理过程中存在模型误差等因素，通过基线解算得到的基线向量中必然存在误差。
另外，起算数据也可能存在误差。
这些误差将使得CPS网存在几何上的不一致，它们包括：闭合环闭合差不为0；复测基线较差不为0；通过由基线向量所形成的导线，将坐标由一个已知点传算到另一个已知点的符合差不为0等。
通过网平差，可以消除这些不一致，得到GPS网中各个点经过了平差处理的三维空间直角坐标。
在进行GPS网的三维无约束平差时，如果指定网中某点准确的WGS-84坐标作为起算点，则最后可得到的GPS网中各个点经过了平差处理的WGS-84系下的坐标。
(3) 确定GPS网中点在指定参照系下的坐标以及其他所需参数的估值。
在网平差过程中，通过引入起算数据，如已知点、已知边长、已知方向等，可最终确定出点在指定参照系下的坐标及其他一些参数，如基准转换参数等。
(4)为将来可能进行的高程拟合，提供经过了平差处理的大地高数据。
用GPS 水准替代常规水准测量获取各点的正高或正常高是目前GPS应用中一个较187188新的领域，现在一般采用的是利用公共点进行高程拟合的方法。
在进行高程拟合之前，必须获得经过平差的大地高数据，三维无约束平差可以提供这些数据。
1.3原理在GPS 网三维无约束平差中所采用的观测值为基线向量，即GPS 基线的起点到终点的坐标差，设lij ＝[∆Xij ，∆Yij ，∆Zij]为GPS 网任一基线向量。
因此，对与每一条基线向量，都可以列出如下的一组观测方程：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+-∆+-∆+-∆-⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡∆∆∆000000100010001100010001j i ij j i ij j i ij j j j i i i Z Y X Z Z Z Y Y Y X X X dZ dY dX dZ dY dX v v v (9-15)与此相对应的方差-协方差阵为：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆222Z Y Z X Z Z Y Y XY Z X Y X X ij D σσσσσσσσσ(9-16) 协因数阵为：ij ij D Q 201σ= (9-17)权阵为：1-=ij ij D P(9-18) 0σ为先验的单位权中误差。
189平差所用的观测方程就是通过上面的方法列出的，但为了使平差进行下去，还必须引入位置基准，引入位置基准的方法一般有两种。
第一种是以GPS 网中一个点的WGS-84坐标作为起算的位置基准，即可有一个基准方程：0000=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡i i i i i i i i i Z Y X Z Y X dZ dY dX(9-19)第二种是采用秩亏自由网基准，引入下面的基准方程：0=dB G T(9-20)[]E E E E G T ...100...100010...010001...001=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡= (9-21) [][]T n n n T n dZ dY dX dZ dY dX db db db db dB (111321)== (9-22)根据上面的观测方程和基准方程，按照最小二乘原理进行平差解算，得到平差结果。
待定点坐标参数：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡n n n n n nn n n Z d Y d X d Z d Y d X d Z Y X Z Y X Z Y X Z Y X (1110000101)01111(9-23)190 单位权中误差：3330+-=p n PV V T σ(9-24)其中n 为网的总点数，p 为网中的基线向量数。
坐标未知数的方差估计值为120-=N D σ (9-25)这里N=ATA 为网的法方程系数阵。
