GNSS基线向量网平差

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇GNSS基线向量网平差范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：在对数据处理中涉及到的实用坐标转换进行较全面阐述的基础上，分析了gnss数据处理流程，研究WGS-84坐标系、国家标准坐标系和地方独立坐标系之间的关系，重点阐述了用B模型完成不同坐标系下的坐标转换过程，同时也给出了对W模型和M模型的最终公式。在VC++ 6.0平台下完成了三维无约束平差、约束平差、高程拟合和精度评定等程序设计，用具体实例作了验证，说明程序稳定、结果可靠、精度达到了商用软件的精度，可以应用到实际工程中。

关键词：GNSS；GPS；坐标转换；基线向量网平差；高程拟合

NETWORK ADJUSTMENT OF GNSS BASELINE VECTOR

Luo Man Cheng

Abstract: Based on introduction of Coordinate conversion utility involved in data processing, this paper mainly analysised GNSS data processing，studied the relationship between WGS-84 coordinate system, the national standard coordinate system and localindependent coordinate system , focusd on how to complete the coordinates of the conversion among different coordinate systems and gived the the final formula of W and M model at the same time. It completed programming of the adjustment of three-dimensional non-binding, binding adjustment, assessment of fit and accuracy of elevation by using concrete examples of authentication in VC++6.0 platform. It illustrated stable procedures, reliable results and precision accuracy in accordance with standard of the commercial software. They can be applied to practical engineering.

Key words: GNSS;GPS;transformation of coordinates;Baseline vector network adjustment;elevation fitting

中图分类号：P225.8文献标识码： A 文章编号：

0 引言

随着GNSS的广泛应用，使得GNSS系统数据后处理研究有相应的进展，各种数据软件处理功能不断完善，适应科研和工程的应用，在国内外有许多成型软件，作者通过对GNSS数据处理的研究编制了一套具有基本功能的GNSS后处理软件供大家参考、利用。

1GNSS常用坐标系统及其转换

随着空间技术(VLBI、SLR、LLR、GPS等)的不断进步，研究各坐标系间的转换模型及其建立方法，对于实现不同坐标系成果的换算、利用以及研究各控制网的系统误差等课题具有十分重要的理论和实用价值。国内外对坐标变换模型的研究己很成熟，归纳起来，三维坐标系统间的变换模型主要有布尔莎-沃尔夫(Bursa-Wolf)模型、莫洛金斯基-巴代卡斯(Molodensky -Badekas)模型和武测模型。这些模型虽然表示形式略有差别，但从坐标变换的最终结果而言，它们是等价的。这类模型共有七个变换参数，即三个平移参数，三个旋转参数和一个尺度参数。通常采用公共点数据，根据最小二乘原理便能求解出转换参数。七参数转换模型均是基于空间尺度为各向同性这一假设，因而只需解算一个尺度参数。七参数利用布尔莎模型（B模型）

如图1-1所示，两空间直角坐标系为，和。图中为相对于的位置向量，、、为三个轴不平行而产生的旋转角，m为尺度改正比例常数[6]。

图1-1 两空间直角坐标系的比较

Fig.1-1 Two-space comparison of Cartesian coordinate system

由图可得：

由上式可得：

2GPS基线向量网平差

由于GNSS系统中得到基线向量以后，再进行GNSS基线向量网平差，网平差解算原理是相似的，本节以GPS基线向量网平差处理的分析为例。

因为GNSS基线向量观测值是WGS-84坐标系中的三维坐标的空间直接坐标，地面观测数据和地面起算数据的GPS网在WGS-84坐标系中的三维平差。

对不含地面数据的GPS网在WGS-84坐标系中进行三位平差有如下作用：检验GPS基线数据有没有粗差或明显的系统误差，并考察GPS网的内部精度和GPS基线向量的观测值精度；为了利用某些点的正常高和GPS大地高差，确定GPS网中其它点的正常高，提供大地高差数据；在WGS-84坐标系中进行三维平差之后，可以再用地面数据将其平差结果转换到地面坐标系统[5]。

无约束平差约束方程

GPS与地面测量数据的三维联合平差包含两种不同的形式。其一是地面测量数据仅包含作为联合平差定位基准、定向基准和尺度基准的固定点坐标、固定方位和固定边长。而以由GPS相位观测值解算得到的WGS-84系统中的三维基线向量(，，)作为观测量。我们把这种形式的三维联合平差称为GPS网在地面参考坐标系中的三维约束平差，以下简称为三维约束平差。其二是地面网测量数据除了上述作为基准的固定值外，还包含了空间距离，方向，天文方位角，水准高差，或天顶距，乃至天文经纬度,等观测数据。GPS测量仍然以其基线向量作为观测值，这是严格意义下的GPS与地面测量数据的联合平差，简称为三维联合平差。

3GNSS基线向量网解算软件

GNSS数据处理需要读入原始观测数据、检查和修改外业输入数据、设置基线解算的控制参数、解算基线、检验基线质量、进行数据平差处理、成果转化、提交报告等过程，

本软件设计主要是GNSS三维无约束平差、三维约束平差、高程拟合、坐标转换等功能，采用模块设计法，把每个实现程序里分各个模块，每个模块对应一个或多个函数，各个程序得设计框架图如下：

图4-1GNSS数据处理流程

Fig.4-1 The processing of GNSS data

本程序编写时所用到主要函数及过程如下：

BOOL CGPSNetProcess::MainProcess()

{

BOOL ReadGpsNetData(CString filename);//读数据文件

BOOL GetCoordSys(CoordinateSys *Cs); //获取椭球参数

BLH_to_XYZ(Cs,p_GPSPnt[i].B,p_GPSPnt[i].L,p_GPSPnt[i].H,&p_GPSPnt[i].X,&p_GPSPnt[i].Y,&p_GPSPnt[i].Z);//坐标转换将大地坐标转换成空间直角坐标

IterCal(); //迭代计算，求出未知数的改正数Vx和平差后GPS点的空间直角坐标(X,Y,Z)

}

4实例分析

本软件系统的特点是界面简单，操作方便，直观易懂；对于输入量较少的已知数据和参数，采用单点方式输入、输出；对于大批量的数据，则采用文件方式输入、输出。

GNSS三维基线平差网验证

（1）打开运行软件

图4-2GNSS基线向量网平差

Fig.4-2 GNSS baseline vector network adjustment

（2）进行无约束平差

图4-3三维无约束平差

Fig.4-3 Unconstrained three-dimensional adjustment

（3）点击三维无约束平差以后出现打开GNSS测量数据对话框

图4-4读入WGS-84坐标文件

Fig.4-4Read the documents of WGS-84 coordinate

（4）提示无约束平差结束

图4-5GNSS无约束平差结束提示

Fig.4-5 Prompted the end of GNSS Unconstrained Adjustment

（5）点击三维约束平差，出现下面对话框

图4-6输入已知点的平面坐标

Fig.4-6 Enter the known point of the plane coordinate

（6）保存结果

图4-7保存运算结果

Fig.4-7 Save the results of computing

成果分析

表4-1平差后数据：空间直角坐标及精度

表4-2平差后数据：大地坐标及精度

根据表4-2、4-2可绘出图4-8、4-9精度分析图

图4-8平差后空间直角坐标精度

Fig.4-9 Analysised the accuracy of space rectangular coordinate after Adjustment

图4-10平差后大地坐标精度分析

Fig.4-10 Analysised the accuracy of geodetic coordinate after Adjustment

结论

1）为实现GNSS数据处理系统的开发,设置系统目标、原则和关键技术,根据系统设计的具体要求选择所必需的开发环境，提出数据处理的总体结构，并进行模块化编程实现。

2）利用C/VC++语言定义了相应的结构体和不同的类，实现了GNSS基线向量网无约束、约束平差，同坐标系统的坐标转换、高程拟合计算程序化，并且通过在上海某区的实例予以检验，表明开发的软件运算可靠，能满足精度要求。

3）根据GNSS数据向量网所采用的平差方法,构建GNSS数据向量网观测数据平差处理模型，同时分析观测成果的可靠性和计算成果的合理性，并实现数据的自动化处理，在输出系统中实现成果文本、可视化等多种形式输出，满足工程实际管理需要。

参考文献

[1] 刘经南等.广域差分GPS原理和方法[M].北京:测绘出版社,1999.

[2] 陈俊勇.中国现代大地基准――中国大地坐标系统2000(CGCS 2000)及其框架[J].测绘学报,2008,3.

[3] 刘大杰等. 大地坐标转换与GPS控制网平差计算及软件系统[M].上海:同济大学出版社,1997.

[4] 程新辉,吴银,吴承兵.利用4参数法进行北京54坐标至西安80坐标的换算[J].地矿工程,2005,21(1): 31-32.

According to the GPS satellite observation moment in space and the location of the receiver to the distance between the satellites, plus the atmospheric propagation delay correction, can be used from the intersection of Whitcomb for the moment to accept the position. With the global positioning system in the military plays an important role which the United States decided to adopt the technology SA (Selectiv Availability e） and the Technology AS (Anti-Spoofing）without the U.S. government House authorized users real-time positioning accuracy down to a level it : + / - 100m (2drms）, so that the interests of the United States to be damaged. However, for many applications it is (such as aircraft approach and landing, ground vehicle navigation and scheduling management, Resource exploration survey, disaster relief, etc.）, the accuracy is of low and fail to meet user requirements, thereby limiting the scope of the application of GPS.

根据观测瞬间GPS卫星在空间的位置以及接收机所得的至这些卫星的距离，并加上大气传播延迟各项改正后，即可用距离交会的方法求得该瞬间接受机的位置。由于全球定位系统在军事上具有重要的作用因而美国决定采用SA技术（Selective Availability）和AS技术（Anti-Spoofing）把未经美国政府特许的广大用户的实时定位精度降低到它所允许的水平：+/-100m (2drms）,以免美国的利益受到损害。然而对于许多应用领域来讲（例如飞机的进场和着陆、地面车辆的导航和调度管理、资源勘探调查、灾害救助等），上述精度就显得过低，无法满足用户要求，从而限制了GPS的应用范围。