GPS数据处理技术相关研究

王盛

摘要：主要对GPS数据处理相关问题进行探讨。在进行GPS数据处理时，阐述GPS数据预处理，GPS数据处理的具体流程，在此基础上对GPS作业的技术要求进行了明确与规范。

关键词： GPS数据处理，处理流程，技术要求

Abstract: The main issues related to GPS data processing are discussed. During processing GPS data, the GPS data preprocessing described, GPS data processing specific process, on the basis of operation of the GPS for a clear technical requirements and specifications.Keywords: GPS data processing, processes, technical requirements

中图分类号：C37 文献标识码：A文章编码：

一、引言

全球定位系统(GPS)已在国民经济和国防建设的各个领域中得到了广泛的应用。新一代卫星导航定位技术的高度自动化和所达到的定位精度及其潜力，使广大测量工作者产生了极大的兴趣。本文就GPS数据的传输和处理及其原理等方面对作简要分析。

二、GPS数据处理概述

（一）GPS数据处理特点

1.数据量大：GPS设备数据之大，信息量之大是常规测量方法无法相比的，即使按连续同步观测，15s自动记录一直数据的普通模式也是如此，若是按每15s采集一组数据，一台GPS车载终端1h将会有240组数据，每一组数据都很大，这就对GPS的监控平台处理的平台非常有考验了。

2.数据处理复杂：采用数学模型，算法等形式多样，从采集到的原始数据到GPS定位成果，整个处理过程十分复杂，每一过程的数据模型和就算方法各不相同，每一过程都需要对不同的数据进行有序的组织，检验和分析。

3数据处理处：GPS车载终端设备的数据处理相对于其他设备的要求更加高一些，因为用户在车辆行驶的时候需要用到行驶路面和车辆的车速的信息这就对GPS终端的数据处理要求非常快了，但数据量又大，所有一般GPS监控平台会根据用户的需要剔除不需要处理的数据进行保存，计算出用户需要的数据传输给用户。

（二）GPS数据处理流程

GPS精密数据处理从原始卫星观测数据开始到最终定位成果，可分为GPS基线向量解算和GPS基线向量网平差计算两个阶段。GPS数据处理的基本流程如图1所示。

图1 GPS数据处理基本流程

三、GPS数据处理

（一）GPS数据预处理

数据传输：数据传输是用专门的传输电缆连接接收机与计算机，并选择后处理软件中的数据下载功能将接收机内的观测数据传输到计算机。

数据分流：数据分流是在进行数据传输的同时，系统将自动进行数据分流，将各类观测数据归入不同的文件，通过解码将各项数据分类整理，并剔除无效的观测数据和冗余数据，建立不同的数据文件，为下一步的处理做准备。

数据文件格式标准化：将不同类型接收机的数据记录格式，项目和采样间隔，统一为标准化得文件格式，以便进行统一的处理。

整周跳变的探测和修复：确定整周未知数的初始值大多数采用伪距观测值来估算。

观测值的各种模型改正：预处理所采用的模型和方法的优劣，将直接影响最终成果的质量，是关系GPS作业效率和精度的重要环节。

（二）GPS数据的数据处理流程

（1）在数据的采集工作完成之后首先要建立系统的坐标系，通过使用TOG的系统编辑功能模块增加椭圆图像并且输入定义的系统坐标的辅助名称、长半轴以及偏心率，而短半轴的数据可以通过数据进行自动生成。之后是进行三项参数转换，将坐标系转换后定义到椭圆形的模型之中，增加一个坐标的系统组，将其命名为分析的模型名称。最后的工作过程是在坐标系中添加横轴的摩卡托投影，同时要根据已经定义好的基准数据进行及时的修改并确定正确的名称，这时要将自定义下的坐标系统进行保存退出，需要注意的是在做这个工作步骤中不是每次的数据都要做保存退出，在第一次修改过程之后只要不改变图像中的子午线就可以一直沿用原有的坐标图形系统。

（2）在TGO的新建项目中需要对一个新的项目进行命名，同时选择一个路径和模块，选取模块的单位以米为准，将路径修改为自定义路径，制定符合条件的项目属性，修改坐标系中的坐标系系统设置，使其符合系统要求。具体过程是通过选定新的坐标系之后选定改变，再在建立好的坐标系统之后运行就可以了，这样就完成了新项目的奖励。

（3）导入静态的观测类数据，一般导入的数据格式都是data类数据，在数据导入的过程中要做一定的合理性修改，比如点的具体位置和名称以及天线高度和类型以及其他各类参数的测定方法，这些参数的改变都需要根据实际的测量的量进行修改，在点击确定之后，图形就会直接显示出来，此时就表现为观测数据已经正确地载入TGO的软件当中。

（4）在处理视图中的时间线中，对于一些跳跃十分明显的观测数据要及时地予以禁止其参与数据的平均参数预算，这样可以在一定程度上提高数据计算的准确值。在删除STAR观测数据的同时要注意将每一时段控制在良好级别的数据级别，否则就会在处理基础线的过程中出现系统报错。

（5）在时间线的处理工作结束之后就可以进行对全球定位系统的基础线处理工作，首先要根据需要修改GPS模型的处理形势，选出合理的数据基础线，点击基础线后等待数据基础线 的处理。如果数据线的拟合优度良好就需要保存处理结果同时也可以获得基础线的结果报告。如果基础线的拟合优度数据情况不佳，就需要对视图中的时间线进行重新处理，直到基础线的要求符合精度要求为止，在基础线处理完成之后通过查看与之相关的结果获得数据处理结果，设计出残差分布图形。

（6）在基础线处理工作完成之后，要对GPS生成的数据进行无约束性的平方差计算，首先应选择平方差，选择基准中的WGS进行无约束平差，点击后系统软件会自动进行处理，平差结束后可以查看平差报告，查看迭代平差时通过，如果不通过则再次进行加权计算，知道平差通过要求为止。

（7）最后是GPS的最终数据处理阶段，如果想取得一个比较完整的结果就需要对计算成果进行输出，输出的结果一般有两套坐标体系和两个报告，一般是网型平差约束报告和环比平差报告以及当地坐标系和WGS坐标，输出的坐标在进行导出自定义之后可以以data文件的形式进行各个点的信息进行坐标输出。

四、GPS的作业技术要求

（1）观测组进行的工作应当严格依据规定的时间进行作业。

（2）在金叉接收器电缆和电源以及各类移动硬件连接设备无误后才可以开机。

（3）开机之后通过对指示灯和仪表进行检查，显示正常后才能进行调试和控制各个单元和时段的信息。

（4）接收机在参与作业的过程中，应该随着整个作业过程的各个步骤填写工作簿中的记录。

（5）在每次观测之后应当量取一次天线高度，每两次的测量误差不应该大于三毫米，并取得平均值作为最后的天线高度，如果极差距离超限，则需要查明原因，并及时提出处理方案对作业过程实施修正。

（6）在同一个观测的时段中不能进行接收器的重新启动、改变卫星的最大高度截角、自行调试和改变文件的采取时间间隔等功能。

（7）观察员在观测作业期间要防止接受设备的震动，同时也要防止其他工作人员或物体阻挡信号或者碰触天线。

（8）在整个观测作业期间，不能够在作业中心五十米范围内使用电台和对讲机，以免对观测结果造成干扰。

（9）因为观测期间的天气可能存在恶劣天气，因此要保证接收器的阳光直晒和降雨的影响，保证接收器的正常工作。

（10）在最后作业过程结束后，要对所有的规定作业项目进行检查，当所有的数据显示符合要求且记录与资料完整没有疏漏才能迁移站点。

五、结束语

与常规测量任务一样，由GPS测量获得的测量数据，也需要经过数据处理才能得到实用的成果。而GPS接收机采集的是地面接收天线至卫星的距离和卫星星历等数据，这与常规测量技术测量所得到的地面点间的相对关系量（如角度，距离，高差等）不同，而GPS测得的成果是基于WGS-84世界大地坐标系的，而使用者需要的却是本国或某一地区的点位坐标，所以要得到有使用意义的测量定位成果，其测后数据的处理会较常规测量方法复杂。下一步工作将针对数据的处理，如何进一步的简化其处理流程，得到更加精确的结果。

参考文献：

[1] 魏子卿，葛茂荣．GPS相对定位的数学模型[M]．北京：测绘出版社，1998

[2] 徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民．GPS测量原理及应用[M]．武汉：武汉大学出版社，2001

[3] 李洪涛，许国昌，薛鸿印，等．GPS应用程序设计[M]．北京：科学出版社，1999

[4] 贾沛璋，吴连大．单频GPS周跳检测与估计算法[J]．天文学报。2001(5)