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第06章:GPS数据格式及定位误差处理2


第6章 GPS测量常用数据格式及 数据处理中的误差处理

§6.1 RINEX 数据格式 一、概述
RINEX (Receiver Independent Exchange)数据格式 为了将不同型号接收机采集的数据进行同一处理, 必须建立GPS通用数据交换格式。 RINEX 格式是纯ASCII码文本文件。共包含4个文件:
(1)观测数据文

件 (2)导航文件 (3)气象数据文件 (4)GLONASS数据文件

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二、命名规则

时段号 文件类型 数据文件名的命名规则:NNNNDDDS.YYT
四位点名

年 年积日 观测值文件:wuhn2731.02o 星历文件: wuhn2731.02n 气象文件: wuhn2731.02m 注:年纪日为第一个历元记录的年纪日(观测值跨天)

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§6.2 精密星历SP3格式
IGS星历的统一标准格式 每15分钟给出所有卫星的在ITRF框架下的三维空间直角 坐标和对应卫星的卫星钟钟差。 进行高精度和到等级GPS网的数据处理时最好使用精密星 历。

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§6.3 GPS定位误差及对付办法

一、GPS定位误差源
卫星钟钟差 卫星轨道误差 大气延迟误差 对流层+电离层 多路经误差 接收机钟差 …..

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(一)电离层延迟误差
量级
天顶最大可达到30米; 水平方向最大是天顶方向的3倍; 白天是晚上的 5-10倍; ; 受太阳耀斑的影响(11年为周期的年变化); 低纬度地区比高纬度地区要大 。

处理方法
忽略电离层延迟误差—会使周跳修复和整周未知数的求解更加 困难,并且会给定位结果产生尺度误差,尽管只对长基线影响 才是显著的; 如果可能,尽可能选者晚上观测; 利用电离层延迟模型改正(单点定位); ; 用双频观测值组合成无电离层延迟误差的观测值 站间差分 。
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(二)对流层延迟误差
量级
海平面附近天顶方向延迟一般为2~3米; 海平面附近水平方向对流层延迟20~30米; 90%是干分量延迟(能很好地用模型改正),10%是湿分量延 迟(比较难建立模型)

处理方法
忽略对流层延迟误差—避免观测低高度角的卫星; 模型改正; 估计附加对流层延迟残余误差参数; ; 站间差分 ; 直接利用水汽辐射计(Water Vapour Radiometer )测定湿分 量。(价格昂贵,不可行)

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(三)多路径误差
量级:
载波相位观测:mm~dm

处理方法
避开发射和干扰 延长观测时段长度(平均) 采用抗干扰和抑制多路经效 应的接收天线

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(四)卫星钟钟差

量级
经过广播星历中给定的钟差参数改正后的卫星钟钟差的残余误 差的量级可达几十米(SA条件) 1ns => 0.3m 1us => 300m

处理方法
站间求差 加参数进行估计

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(五)卫星星历误差

量级
广播星历中给定的卫星轨道的误差一般为十米左右最大 可达到100米的量级。

处理方法
(1)忽略这项误差; (2)采用精密星历; (3)估计轨道参数; (4)站间求差; (5)延长观测时(平均);

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(六)接收机钟

量级
接收机钟钟差的残余误差的量级可达几十米(SA条件)

处理方法
星间求差 加参数进行估计

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(七)起算点坐标误差

影响
类似于卫星轨道误差 法则:20米的起算点坐标误差会给基线带来1ppm的相对误 差

处理方法
(1)伪距单点定位确定起算点坐标; (2)松弛所有测站坐标平差计算; (3)通过坐标转换获得起算点坐标。

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(八)天线相位中心偏差

影响 通常小于1cm.

处理方法
采用相位中心稳定的天线 观测时天线指北;

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(九)周跳

影响 给整周未知数的求解带来困难

处理方法
修复周跳,获得干净的数据观测值; 在发生周跳后,重新解算整周未知数;

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(十)模型残余误差和观测噪声

影响
(1)模型残余误差通常小于1ppm. (2)观测噪声一般在mm量级

处理方法
延长观测时间

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二、对付各种定位误差的方法
I

差分观测值
站 间 差分 :B I-A I

站间差分、 站间差分、星间差分 和历元间差分
站间差分 – 同步观测 值在接收机间求差。 值在接收机间求差。 可消除卫星钟差, 可消除卫星钟差,削 弱电离层、 弱电离层、对流层折 射影响。 射影响。

A

B

? (t ) = ? (t ) ? ? (t )
I A, B I B I A
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星间差分 – 同步观测值在卫星间求 可消除接收机钟差。 差。可消除接收机钟差。
I J

? (t ) = ? (t ) ? ? (t )
I ,J A J A I A

A

星 间 差分:A J-A I J为 参考 星

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观测值在间历元求差。 历元间差分 – 观测值在间历元求差。 可消去整周未知数参数。 可消去整周未知数参数。

? (ti , ti +1 ) = ? (ti +1 ) ? ? (ti )
I A I A I A

I(t) i I(ti+ 1)

历 元 间差 分 :A I(ti+ 1)-A I(t) i
A

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一次差、二次差、 一次差、二次差、三次差 单差、 单差、双差和三差 单差: 单差:站间一次差分 双差:站间、 双差:站间、星间二次差 三差:站间、 三差:站间、星间和历元间三次差

j j j ? A,B (t ) = ?B (t ) ? ? A (t )

j j j j k j ? A,,k (t ) = ? A,B (t ) ? ? A,B (t ) ? A,,k (ti , ti+1 ) = ? A,,k (ti+1 ) ? ? A,,k (ti ) B B B B

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求差法的缺陷 数据利用率低 引入基线矢量替代了位置矢量 差分观测值间具有了相关性, 差分观测值间具有了相关性,使处理问题复杂化 损失了使某些参数无法求出

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