第六章GPS基线解算

城市GPS控制网施测质量控制措施探讨【摘要】本文作者在深入研究全球定位系统（GPS）静态定位原理的基础上，结合多年生产实践经验，就城市GPS控制网的布网原则、等级划分、作业方法及成果整理要求进行了探讨。

通过全面质量控制以确保城市GPS控制网测量成果符合现行测量规范的要求。

【关键词】GPS 基线向量约束平差全球定位系统（Global Positioning System，缩写GPS）是美国第二代卫星导航定位系统。

该系统以其全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航定位功能，已被广泛地应用于各种等级精度的城市控制测量中。

如何对城市GPS控制网施测进行有效的质量监控，将会直接影响到成果的测量精度。

为此，笔者结合多年的生产实践经验，就如何有效保证城市GPS控制网测量精度制定了一套质量控制措施，以供城市测量GPS用户参考。

一、技术标准※中华人民共和国国家标准《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T 18314-2001※中华人民共和国行业标准《全球定位系统城市测量技术规范》CJJ 73-97※中华人民共和国测绘行业标准《全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程》CH 8016-95※中华人民共和国测绘行业标准《测绘产品检查验收规定》CH 1002-95二、专业技术设计（一）等级划分根据《全球定位系统（GPS）测量规范》和《全球定位系统城市测量技术规程》中规定的城市各级GPS 控制网相邻点间平均距离，要求在城市GPS控制网布设时，其相邻点间平均距离应符合表1要求。

同时，允许相邻点的最小距离可为平均距离的1/3~1/2，最大距离可为平均距离的2~3倍。

考虑到南方地区丘陵、山地地形复杂，因此，在南方地区布设C级GPS控制网时，其平均边长限制可根据实际情况适当放宽到20~25公里，同时规定边长超过25公里的同步环应增测一个时段，以确保GPS测量数据的质量。

城市各级GPS控制网平均边长表1（单位：km）（二）精度设计根据GPS控制网相邻点间基线长度精度计算公式：式中：σ为标准差，单位mm；d为相邻点间距离，单位mm。

经验交流
GPS 基线解算和质量控制
郭海洋
( 中国石油天然气集团公司物探监理中心)
摘 要
郭海洋. G PS 基线解算和质量控制. 石油地球物理勘探, 2001, 36( 6) : 773～781 本文介绍了 G PS 基线向量解 算的基本原理、过程和质量控制点, 重点分析了 影响 GP S 基线解 算结果的 因素以及对这些因 素的判别。通 过对 GP S 基线解算 的精化处理, 能够获得高质 量的定位 点的坐标, 并为 GP S 网平差提供符合要求的基线向量。 关键词 基线解算 质量控制 精化处理
观测数据的读入 在 GP S 外业观测中, 每天必须把原始观测数据输入到计算机中。在进行基线解算时, 需首
先读取这些 GP S 原始观测数据。接收机厂家配备的 GPS 数据处理软件, 能读取本厂生产的 GP S 接收机的原始观测数据, 而不能直接读取其他厂家生产的 GP S 接收机的原始观测数据; 如果 要处 理这些 原始观 测数据, 首先 需要进 行格式 转换。目前最 常用 的格 式转换 软件 是 RINEX 格式。 输入数据的检查
Key words: base line calculat ion, quality control, ref ined processing
引 言
全球定位系统( Global Posit ioning Sy stem) 简称 GPS, 最初是由美国国防部作为军事系统 发展起来的。该系统可以向全球用户提供连续、实时的三维导航定位, 现在已在全球范围内的 航空、矿产勘探、交通、通讯、导航和测绘等领域得到广泛应用, 特别是使测绘学科发生了巨大 的变化, 并导致该行业进行一场技术革命。
图2 同步观测测站个数与基线向量 数的关系
图3 同步观测测站个数与相互独立的基线向量数的关系

第六章GPS 基线解算第1节GPS 基线解算的基本原理GPS 基线向量表示了各测站间的一种位置关系，即测站与测站间的坐标增量。

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。

GPS 基线向量是GPS 同步观测的直接结果，也是进行GPS 网平差，获取最终点位的观测值。

一、观测值基线解算一般采用差分观测值，较为常用的差分观测值为双差观测值，即由两个测站的原始观测值分别在测站和卫星间求差后所得到的观测值。

双差观测值可以表示为下面的形式：n mff trop ion f f N dd dd dd v dd ,)()()()(⋅+++=+λρρρφ其中：为双差分算子（在测站i ，j 和卫星m ，n 间求差）；(...)dd 为频率f 的双差载波相位观测值；)(f dd φ为频率f 的双差载波相位观测值的残差（改正数）；f v 为观测历元t 时的站星距离；ρ为电离层延迟；ion ρ为对流层延迟；trop ρ为频率f 的载波相位的波长；f λ为整周未知数。

n m fN ,若在某一历元中，对k 颗卫星数进行了同步观测，则可以得到k -1个双差观测值；若在整个同步观测时段内同步观测卫星的总数为l 则整周未知数的数量为l -1。

在进行基线解算时，和一般并不作为未知参数，而是通过某些方法将它们消ion ρtrop ρ除1。

因此，基线解算时一般只有两类参数，一类是测站的坐标参数，数量为32；另1,3C X 1如用模型改正或双频改正。

2 在基线解算时将基线的一个端点的坐标作为已知值固定，解求另一个点。

固定的点称为起点，待求的点一类是整周未知数参数（m 为同步观测的卫星数），数量为。

1,1-m N X 1-m 二、基线解算（平差）基线解算的过程实际上主要是一个平差的过程，平差所采用的观测值主要是双差观测值。

在基线解算时，平差要分三个阶段进行，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数3的和基线向量的实数解（浮动解）；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-整数解（固定解）。

GPS测量基线解算质量研究文/ 胡国刚G PS基线处理是整个GPS数据处理的重要环节。

如何研究和掌握一套高精度GPS基线处理的模型和方法，是测绘部门共同面临的重要课题，阐述了高精度GPS网基线处理的模型和方法，对GPS基线处理过程中的参考框架确定、星历选择、基准站确定，约束条件，起算坐标以及模型参数的关键问题进行了分析，并结合实例进行了数据处理和结果分析。

数据删除率在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阈值时，则认为该观测值含有粗差，需要将其删除。

被删除观测值的数量与观测值的总数的比值，就是所谓的数据删除率。

该值越大表明原始观测数据的质量越差。

因此在GP S测量规范中一般规定该值应小于10%。

观测值的 R M S 即均方根误差(Root Mean Square)，即：GPS相对定位观测G PS定位模式按不同的分类法有动态定位、静态定位之分；有单点定位、相对定位之分；有伪距模式和载波模式之分。

而高精度GPS控制网都是采取静态相对定位的模式，采用载波相位观测量。

载波相位观测方程为：不同。

影响 GPS定位及基线处理精度的因素有很多，如卫星星历、对流层折射、电离层折射、多路径效应、基准站坐标、基线解时采用的软件、解算数学模型等。

在高精度GPS网基线处理时，要考虑的几个关键问题是参考框架确定与星历的选择、基准站起算坐标与约束条件、模型与参数选择等。

其中，V为观测值的残差；P为观测值的权；n为观测值的总数。

RMS反映了观测值与参数估值间的符合程度，也在一定程度上反映了观测值的质量，观测值质量越好，RMS越小。

比率RA TIO式中：Φ为以 m 为单位的测量完整的载波相位观测值；λ为以m为单位的波长；N为整周模糊度，εΦ为接收机载波相位观测的噪声和多路径效应 (εmut)的影响。

为了减少上面载波相位观测方程的定位误差，可以构造差分观测模型，来消除或降低各种误差的影响。

随着距离的增加,差分误差的残差也将增加。

四）、基线向量网平差 1、概述 1）、概念：以GPS基线向量为观测值，以其方差阵 之逆为权，进行计算求定各GPS网点的坐标并进行 精度评定。 2）、分类： （1）、无约束平差：只约束一个点坐标。 （2）、约束平差：约束条件多于一个点的坐标， 如还有其它已知点坐标或边长、方位角等。 （3）、联合平差：观测值有：GPS基线向量观测 值、地面常规测量观测值（边长、方位、高差）， 一起参与平差计算。 （4）、三维平差：求出三维地理坐标或平面坐标 和海拔高程 （5）、二维平差：只求定平面坐标。
调整参数: (1)、观测值删除率： 使用残差为RMS的倍数:Editor：1.5到3之间调整 卫星高度角：10到20度之间调整。 （2）、选择时段、卫星取舍 （3）、双频接收机选择采用处理： L1单频数据、宽相数据、窄相数据、消去电离层影 响等的载波相位 2）、基线间检验：同步环闭和差、异步环闭和差和 重复基线较差： 分别满足测量规范规定的等级相对精度要求的： 3/5、2*(3*n)0.5、2*20.5倍. 调整：通过比较找出超限闭合环中共同的基线，通 过调整有关参数，再处理，方法同前。
（2）、调整参数： 取舍相应的基线，或再作基线处理，或 重测、补测不合格基线。 调整网平差期望精度，或调整观测值先 验精度估计值的调整尺度Scale。 选择参与平差的观测值范围选择： 1σ，2σ，3σ 继续调整和处理，直到所有精度指标满 足测量规范所规定的该等级精度要求，数 据处理才算完成。
第四节、测后工作
数据处理 静态相对测量数据处理基本步骤：粗加工、预 处理、基线解算、GPS网与地面网的联合网平差 处理、坐标转换和高程转换。 一、粗加工：（人工） 1、原始观测数据的下装：在进行基线解算之 前，首先需要从接收机上下装原始的GPS观测值 数据： 至少应当有：1）观测值文件；2）星历参数 文件；有些接收机还另外列出了：测站信息文 件、电离层参数和UTC参数文件。 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。

GPS 基线解算基本理论与质量控制引言近年来，随着全球导航卫星系统（global navigation satellite system ，简称GNSS ）技术的发展，GPS 技术飞速发展，从米级的导航定位到厘米的工程测量应用，再到更高等级的全球地壳形变监测，GPS 定位技术精度越来越高；此外，GPS 作业全天候，无通视要求，施测便利，GPS 技术已逐渐替代传统测量方法。

利用GPS 静态观测数据，采用事后处理GPS 软件，获取精确的定位信息。

在获取高精度的测量数据的同时，人们对于GPS 事后处理软件中基线解算质量控制越来越关注。

本文主要从基线解算的基本原理出发，讨论了基线解算分类、质量控制等内容，并使用HGO 软件解算基线并平差实例来阐述获取高精度基线向量以及基线质量控制的过程。

1 基线解算的基本原理GPS 基线向量是利用由两台或两台以上GPS 接收机所采集的同步观测数据形成的差分观测值，通过参数估计的方法计算出得两两接收机间三维坐标差。

基线向量是既具有长度特性，又具有方向特性的矢量。

基线解算就是利用多个测站的GPS 同步观测数据，确定这些测站之间坐标差的过程。

平差时所采用的观测值主要是双差值。

基线解算分为三个步骤：第一，以双差值观测方程进行初始平差，解算出整周期未知参数和基线向量的实数解；第二，将整周期未知参数固定成整数；第三，将确定的整周期数作为已知数，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差，解算出基线向量的最终解——整数解（固定解）。

双差观测值可以用以下公式表示：dd （f ϕ）+f v = dd （ρ）+dd （ion ρ）+ dd （trop ρ）+nm ff N ,⨯λ式中：dd （* *）为双差分因子（在i ，j 测站和卫星m,n 间求差）； dd （f ϕ）为频率为f 的载波相位观测值的双差值，f v 为该双差观测值得改正数；ρ为历元t 时刻的伪距，ion ρ为电离层延迟，trop ρ为对流层延迟；f λ为频率为f 的载波相位波长；2 基线解算分类目前，基线解算可以模式可以分为单基线解模式、多基线解（时段）模式和整体解（战役）模式三钟。

GPS的基线解算及已知点兼容性检验张永军　王泽民　徐绍铨　鄢子平(武汉测绘科技大学地学测量工程学院)1　引言全球定位系统(简称GPS)是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位要求而建立的,它具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力。

经过全世界科技工作者、仪器生产厂商的共同努力,GPS定位技术日趋成熟,而且具有自动化程度高、观测速度快、定位精度高、不受通视条件限制、抗干扰能力强等特点,从而广泛应用于测绘领域的各个部门。

而这些优点的充分发挥,GPS定位精度潜力的进一步挖掘,与作业者的正确操作及数据处理经验密切相关,例如采集外业数据时仪器的正确操作,基线解算的策略及质量控制,平差阶段多个已知点之间进行兼容性检验等。

本文结合我国南方某机场控制网的施测及数据处理过程,对GPS基线解算及网平差中的已知点兼容性检验问题进行探讨。

该网按C级精度要求,采用T rimble4000SSI双频接收机施测,测区共有8个点,共布设了8个同步环,其中GZ01为国家一等点,GZ02及GZ03为城市二等点,它们都有实测的水准数据及1954年北京坐标系坐标,中央子午线为东经113°。

基线解算采用随机的“GPSurvey Ver2.2”软件,平差则采用武汉测绘科技大学研制的“POW-ERADJ Ver3.00”软件。

2　基线解算过程及策略(1)　基线解算的一般过程GPS技术在测量中均采用相对定位技术,即确定点与点间的相对位置关系。

这种相对关系可以用某一坐标系下的三维直角坐标差( X ij, Y ij, Z ij)表示,也可以用大地坐标差( B ij, L ij, H ij)等表示。

这种点间的相对位置量称为基线向量。

基线处理的一般过程为:　读取数据。

数据可从GPS接收机读取,也可从计算机或其他存储设备读取。

　观测值的预处理。

包括组成差分观测值、剔除不合格数据和周跳的探测及修复。

　组成误差方程、法方程并求解未知参数。

1、原始观测数据的读入
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。

6、结束。

基线解算过程基线处理的过程按指定的数据类型录入GPS观测数据后，软件会自动分析各点位采集到的数据内在的关系，并形成静态基线后，就可以进行基线处理了。

基线处理的过程可分为如下几个主要部分：一、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优化处理。

控制参数在“基线解算设置”中进行设置，主要包括“数据采样间隔”、“截止角”、“参考卫星”及其电离层和解算模型的设置等。

二、外业输入数据的检查与修改在录入了外业观测数据后、在基线解算之前，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。

三、基线解算基线解算的过程一般是自动进行的，无需人工干预。

基线解算有分为如下几步：1)基线解算自检基线解算之前，软件会检查基线解算控制参数的设置、观测数据及星历文件、起算坐标等等。

2)读入星历数据星历数据的格式可以为RINEX格式，也可以为中海达自定义的二进制格式（*.zhd）,也可以为SP3格式的精密星历。

3)读入观测数据HDS2003 数据处理软件进行单基线处理时，首先需要读取原始的GPS 观测值数据，一般来说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。

HDS2003 数据处理软件能处理的数据已经作了全面介绍。

读入起始站和终点站的观测数据，其中还包括观测时记录的单点定位坐标、观测时刻、C/ A码伪距、载波相位，若单点定位坐标不正确，则需要进行单点定位计算，以将起算坐标用于后续的解算，起算坐标也可由外部输入。

在读入的同时，组成单差观测值，并寻找一个合适的参考卫星。

4)三差解算将双差观测值在历元间进行相减，组合成三差观测值，建立观测方程，进行解算，得到三差解。

2 GPS基本定位原理
（1）概述 被动式
有源无线电定 位技术 利用距离交会 的原理确定接 收机的三维位 臵及钟差
空间距离交会原理图
（1）GPS定位的各种常用的观测量
L1载波相位观测值 L2载波相位观测值 调制在L1上的C/A-code伪 距 调制在L2上的P-code伪距 Dopple观测值
① 主控站：位于美国科罗拉多（ Colorado ）的法尔孔（ Falcon ） 空军基地。 根据各监控站对 GPS 的观测数据，计算出卫星的星历和卫星 时钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去； 对卫星进行控制，向卫星发布指令；当工作卫星出现故障时， 调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作； 主控站还具有监控站的功能。 ② 监控站：主控站、夏威夷（ Hawaii ）、阿松森群岛 （ Ascencion ）、迭哥伽西亚（ Diego Garcia ）、和卡瓦加兰 （ Kwajalein ）。 接收卫星信号，监测卫星的工作状态。 ③ 注入站：阿松森群岛（ Ascencion ）、迭哥伽西亚（ Diego Garcia ）、和卡瓦加兰（ Kwajalein ）。其作用和功能是： 注入站的作用是将主控站计算的卫星星历和卫星时钟的改正参数 等注入到卫星中去。
③ GPS接收机的基本类型：大地型、导航型和授时型三种。大地 型接收机按接收载波信号的差异分为单频（L1）型和双频（L1， L2）型。
PTK系统
导航型接收机
大地型接收机
3 GPS系统的特点
定位精度高 GPS相对定位精度在50km以内可达10-6 ，100-500km可达10-7 ， 1000km可达10-9 。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观 测的解其平面其平面位臵误差小于1mm。 观测时间短 20KM以内快速静态相对定位，仅需15-20分钟；RTK测量时，当 每个流动站与参考站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需 1-2分钟。 测站间无须通视 可节省大量的造标费用。由于无需点间通视，点位位臵可根据 需要，可稀可密，使选点工作甚为灵活，也可省去经典大地网 中的传算点、过渡点的测量工作。

5）点位应选在地面基础稳固的地方，以利于点位的保存；
6）点位的埋设宜用混凝土现场浇筑的形式埋设为不锈钢标 志，埋深应在当地永久冻土层以下0.3米，桩面注记字体应 朝向正北。
（2）GPS网构成的概念
观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续 工作的时间段，简称时段。
同步观测：两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进 行的观测。
2）数据分流。从原始记录中，通过解码将各项数据分类整理， 剔除无效观测值和冗余信息，形成各种数据文件，如星历文件、 观测文件和测站信息文件等。 （以上为数据的粗加工，称为预 处理的准备工作。） 3）观测数据的平滑、滤波。剔除粗差并进一步剔除无效观测 值。 4）统一数据文件格式。将不同类型接收机的数据记录格式、 项目和采样间隔，统一为标准化的文件格式，以便统一处 理。 5）卫星轨道的标准化。为了统一不同来源卫星轨道信息的表 达方式，和平滑GPS卫星每小时更新一次的轨道参数，一般采用 多项式拟合法，使观测时段的卫星轨道标准化，以简化计算工 作，提高定位精度。 6）探测周跳、修复载波相位观测值。
（2）野外观测
在外业观测中，仪器操作人员应注意以下事项：
① 当确认外接电源电缆及天线等各项连接完全无误后，方可接 通电源，启动接收机。
② 开机后接收机有关指示显示正常并通过自检后，方能输入有 关测站和时段控制信息。
③ 接收机在开始记录数据后，应注意查看有关观测卫星数量、 卫星号、相位测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质记录 等情况。
根据网的用途及工程控制的精度要求确定GPS
网测量的相应精度等级，精度等级的划分应参 照相应行业的GPS测量规范。 CP I和CP II控制网采用GPS测量时，分别按照二
等和三等测量。

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６暑一ＧＰＳ的基线解算及已知点兼容性检验张永军王泽泽民徐绍铨鄢子平（汉绘技学学量程院武测科大地测工学ｌ引言７９７／即确定点与点间的相对位置关系。

这种相对关系可以用某一坐标系下的三维直角坐标差（Ｘ．△．Ａ．ｙ．△五，．）表示，可以用大地坐标差也（Ｂ△Ｌ．ＡＴ△Ｈ．等表示。

种点间的相对位，．）这置量称为基线向量。

基线处理的一般过程为：全球定位系统（称ＧＰ）美国国防部简Ｓ是为满足军事部门对海上、地和空中设施进行陆高精度导航和定位要求而建立的．具有全球它性、天候、续的精密三维导航与定位能力全连经过全世界科技工作者、仪器生产厂商的共同努力．Ｓ定位技术日趋成熟．且具有自动ＧＰ而化程度高、测速度快、位精度高、受通视观定不条件限制、干扰能力强等特点．而广泛应用抗从于测绘领域的各个部门而这些优点的充分发①读取数据。

据可从ＧＰ数Ｓ接收机读取，可从计算机或其他存储设备读取也② 观测值的预处理。

括组成差分观测包值、除不合格数据和周跳的探测及修复。

剔③数挥．Ｓ定位精度潜力的进一步挖掘．作业ＧＰ与者的正确操作及数据处理经验密切相关，如例采集外业数据时仪器的正确操作，线解算的基策略及质量控制，差阶段多个已知点之间进平行兼容性检验等组成误差方程、方程并求解未知参法确定整周未知数。

般是用概率统计一④的方法确定置信区间，出可能的值．找再根据方差最小来确定Ⅳ⑤ 反复进行前两步，到观测值残差符直合要求，最终求得基线向量的固定解。

再（）解算参数的选择２①截止高度角（ｌｖｔｎｍａｋ）系统Ｅｅａｉｓ：ｏ缺省的截止高度角为ｌ。

适当增大截止高度角５．有利于求解整周未知数及提高成果精度。

为因本文结合我国南方某机场控制网的施测及数据处理过程，ＧＰ对Ｓ基线解算及网平差中的已知点兼容性检验问题进行探讨该网按Ｃ级精度要求，用Ｔ＊ｌ４０Ｓ双颧接收机采ｉｅ００ＳＩｍｂ施测．区共有８个点，布设了８个同步环，测共其中（ｚｌ为国家一等点．Ｚ００Ｇ２及ＧＺ３为城０市＝等点，们都有实测的水准数据及１５：它４年９北京坐标系坐标．中央于午线为东经¨ ３。

GPS基线的解算模式GPS基线向量是利用2台或2台以上GPS接收机所采集的同步观测数据形成的差分观测值，通过参数估计得方法所计算出的两两接收机间的三维坐标差。

与常规地面测量中所测定的基线边长不同，基线向量是既具有长度特性又具有方向特性的矢量，而基线边长则是仅具有长度特性的标量。

基线向量主要采用空间直角坐标的坐标差的形式。

在一个基线解算结果中，可能包含很多项内容，但其中最主要的只有两项，即基线向量估值及其验后方差—协方差阵。

对于一组具有一个共同端点的同步观测基线来说，由于在进行基线解算时用到了一部分相同的观测数据（如3条同步观测基线AB、AC、AD均用到了A点的数据），数据中的误差将同时影响这些基线向量，因此，这些同步观测基线之间存在固有的统计相关性。

在进行基线解算时，应考虑这种相关性，并通过基线向量估值的方差-协方差阵加以体现，从而能最终应用于后续的网平差。

但实际上，在经常采用的各种不同基线解算模式中，并非都能满足这一要求。

另外，由于不同模式的基线解算方法在数学模型上存在一定差异，因而基线解算结果及其质量也不完全相同。

基线解算模式主要有单基线解模式、多基线解模式和整体解模式三种。

在上述三种基线解算模式中，单基线解模式（Single-Baseline Mode）是最简单也是最常用的一种。

在该模式中，基线逐条进行解算，也就是说，在进行基线解算时，一次仅同时提取2台GPS接收机的同步观测数据来解求它们之间的基线向量，当在该时段中有多台接收机进行了同步观测而需要解求多条基线时，这些基线时逐条在独立的解算过程中解求出来的。

例如，在某一时段中，共有4台GPS接收机进行了同步观测，可确定6条同步观测基线，要得到它们的解，则需要6个独立的解算过程。

在每一个完整的单基线解中，仅包含一条基线向量的结果。

由于这种基线解算模式是以基线为单位进行解算的，因而也被称为基线模式（Baseline Mode）。

单基线解模式的优点是：模型简单，一次解求的参数较少，计算量小。

GPS 基线解算基本理论与质量控制引言近年来，随着全球导航卫星系统（global navigation satellite system ，简称GNSS ）技术的发展，GPS 技术飞速发展，从米级的导航定位到厘米的工程测量应用，再到更高等级的全球地壳形变监测，GPS 定位技术精度越来越高；此外，GPS 作业全天候，无通视要求，施测便利，GPS 技术已逐渐替代传统测量方法。

利用GPS 静态观测数据，采用事后处理GPS 软件，获取精确的定位信息。

在获取高精度的测量数据的同时，人们对于GPS 事后处理软件中基线解算质量控制越来越关注。

本文主要从基线解算的基本原理出发，讨论了基线解算分类、质量控制等内容，并使用HGO 软件解算基线并平差实例来阐述获取高精度基线向量以及基线质量控制的过程。

1 基线解算的基本原理GPS 基线向量是利用由两台或两台以上GPS 接收机所采集的同步观测数据形成的差分观测值，通过参数估计的方法计算出得两两接收机间三维坐标差。

基线向量是既具有长度特性，又具有方向特性的矢量。

基线解算就是利用多个测站的GPS 同步观测数据，确定这些测站之间坐标差的过程。

平差时所采用的观测值主要是双差值。

基线解算分为三个步骤：第一，以双差值观测方程进行初始平差，解算出整周期未知参数和基线向量的实数解；第二，将整周期未知参数固定成整数；第三，将确定的整周期数作为已知数，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差，解算出基线向量的最终解——整数解（固定解）。

双差观测值可以用以下公式表示：dd （f ϕ）+f v = dd （ρ）+dd （ion ρ）+ dd （trop ρ）+nm ff N ,⨯λ式中：dd （* *）为双差分因子（在i ，j 测站和卫星m,n 间求差）； dd （f ϕ）为频率为f 的载波相位观测值的双差值，f v 为该双差观测值得改正数；ρ为历元t 时刻的伪距，ion ρ为电离层延迟，trop ρ为对流层延迟；f λ为频率为f 的载波相位波长；2 基线解算分类目前，基线解算可以模式可以分为单基线解模式、多基线解（时段）模式和整体解（战役）模式三钟。

第八章GPS操作步骤和基线解算第一节GPS系统组成一、设备GPS系统由空间卫星部分、地面监控部分和用户接收部分三部分组成，图6.1所表示。

1、空间卫星部分（1）GPS卫星星座。

设计星座：21—3，即21颗正式工作卫星加3颗活动备用卫星。

6个轨道面，平均轨道高度0km，轨道倾角55°，周期11h58min（顾及地球自转，地球和卫星几何关系天天提前4min反复一次）。

确保在24h，在高度角15°以上，能够同时观察到4～8颗卫星。

（2）GPS卫星。

GPS卫星作用是发送用于导航定位信号等。

关键设备是原子钟（2台铯钟、2台铷钟）、信号生成和发射装置。

类型有试验卫星B1oCk I和工作卫星BloCkⅡ。

（3）GPS卫星由洛克韦尔国际企业空间部研制。

卫星重774kg（包含310kg燃料），采取铝蜂巢结构，主体呈柱形，直径为l。

5m。

星体两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板，全长5.33m，接收日光面积7.2㎡。

对日定向系统控制两翼帆板旋转，使板面一直对准太阳，为卫星不停提供电力，并给三组15AH镉镍蓄电池充电，以确保卫星在地影区能正常工作。

在星体底部装有多波束定向天线，这是一个由12个单元组成成形波束螺旋天线阵，能发射L，和L。

波段信号，其波束方向图能覆盖约半个地球。

在星体两端面上装有全向遥测遥控天线，用于和地面监控网通信。

另外，卫星上还装有姿态控制系统和轨道控制系统。

工作卫星设计寿命为7年。

从试验卫星工作情况看，通常全部能超出或远远超出设计寿命。

第一代卫星现已停止工作。

第二代卫星用于组成GPS工作卫星星座，通常称为GPS工作卫星。

BloCkⅡA功效比BloCkⅡ大大增强，表现在军事功效和数据存放容量。

BloCkⅡ只能存放供45天用导航电文，而BloCkⅡA则能够存放供180天用导航电文，以确保在特殊情况下使用GPS卫星。

第三代卫星尚在设计中，以替换第二代卫星，改善全球定位系统。

其特点是：可对自己进行自主导航；每颗卫星将使用星载处理器，计算导航参数修正值，改善导航精度，增强自主能力和生存能力。