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摘要：GPS技术是近年来应用较为广泛的一种新型测量技术，具有诸多的优点。本文结合实际工作经验，介绍了GPS技术的系统组成及特点，重点围绕数据预处理、数据基线解算等方面探讨了GPS技术测量数据的计算过程，并分析了影响计算结构的因素及策略，以供借鉴。
关键词：GPS技术；数据处理；系统组成；基线解算
1 引言
随着我国社会经济建设步伐的加快，许多高新科学技术得到进一步的发展，计算机和微电子技术为代表的电子信息技术的应用范围不断扩大，这对应用领域的硬件、软件开发都产生了较大的影响。GPS技术作为一种新型的全球定位系统核心技术，具有精度高、实时性强、灵活性高、操作方便、处理效率高和成本低等优点，它改变了以往传统的测量模式及习惯，能够快速、准确地获取空间数据，这不仅大大降低了测量人员的工作量，而且也提高了测量结果的准确性及施测效率，为城市工程的测量工作提供了科学的参考依据，近年来GPS技术在众多测量领域的应用范围也得到了不断的扩大。本文通过分析GPS技术测量数据的计算过程，希望对拓展GPS技术的应用有所帮助。
2 GPS技术概况
全球定位系统（GPS）自研制成功以来，在应用基础的研究、应用领域的开拓、硬件和软件的开发等方面，都得到广泛的应用和蓬勃发展。GPS定位系统是以卫星为基础的无线电三维导航系统，具有定位精度高、速度快、费用省、全天候、操作简便等特点，目前，GPS不仅在军事发展中发挥着重要作用，而且对于民用和工业领域发展意义重大。在我国，GPS的应用已经扩展到军事、科研、矿业开发等各个领域，尤其是在大型测量工作中更体现出其独特的优越性。
3 GPS测量数据计算
GPS测量具有数据海量化、计算程序复杂化、计算方法多样化和处理自动化程度高等特点，按照GPS数据特点，从原始数据处理到最终计算成果主要分为五个阶段，即数据采集、数据传输、数据预处理、基线解算、数据平差处理。
3.1 GPS数据预处理
在进行GPS原始数据计算之前，首先需要进行数据的平滑性检验、标准化处理，将各种数据处理成为标准化文件格式，主要包括S卫星轨道方程的标准化，卫星时钟钟差标准化和文件格式标准化等，同时针对观测值进行模型修正。
（1）GPS轨道方程标准化
GPS卫星每小时有一组独立的星历参数，因此需要多次进行数据的计算和处理，存在数据工作量大，工作复杂程度过高的特点，将卫星轨道标准化处理，节约储存空间和时间，方便进行数据处理，计算公式如下：
多组不同星历参数对应卫星位pi（t）表达成时间t的多项式形式，即
Pi（t）=ai0+ai1t+ai2t2+…+aintn （1）
式中：p（i）t为卫星任意时刻位置；
t为时间；
n取参数8-10。
运用拟合的方法进行多项式求解，计算出卫星任意时刻的位置。
拟合计算时，时间t的单位需规格化，规格化时间T为：
（2）
式中：Ti为对应于ti的规格化时间，t1和tm分别对应开始时段和结束时段。对应于t1和tm的T1及T2分别为-1和+1，对任意时刻ti有 ≤1。
（2）卫星钟差的标准化
星历的卫星钟差，即卫星钟面时间与GPS标准系统时间之差Δts，此时间差是多个数值，需要经过修正多项式才能求得唯一的、平滑的数据，确定卫星发射时刻，此时可卫星所在轨道位置，也可以实现各站点对卫星时间的基准，估算相对时钟差值，钟差标准化多项式：
式中，a0，a1，a2為星钟参数；t0为卫星钟参数的参考历元。由多个参考历元组成的卫星钟差，可以直接利用最小二乘法原理求多项式系数ai，再根据Ti计算公式求得相应时间。
（3）观测值文件标准化
不同的GPS接收机提供的数据格式各不相同，例如测时刻的记录，可以参考接收机参考历元，也可以用经改正归算至GPS标准时间，因此，在进行基线向量解算之前，必须对文件进行标准化、格式化处理，主要处理内容包括记录格式标准化、记录项目标准化、采样密度标准化和数据单位的标准化。
3.2 GPS数据基线解算
基线解算一般采用双差观测值的方法，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。
假设在某一历元中，对k颗卫星进行了同步观测，可以获得k-1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。在基线解算过程中，双差观测值中电离层延迟和对流层延迟已经消除，因此，基线解算参数只涉及测站的坐标参数和整周未知参数。基线解算的过程一般分三个阶段，第一阶段主要进行初平差，算出整周未知参数、基线向量参数实数解；在第二阶段将整周未知数看成整数；在第三阶段将已经计算出来结果的整周未知数看作已知数，待定的测站坐标为未知参数，进行平差解算，求得最终解。
（1）初始平差
误差方程方程的形成是根据双差观测值相关的
方程组成，然后组合为法方程，求解相应的未知数
精度信息，主要如下：
待定参数：
需计算参数的因素数阵：
单位权中误差：
按照初始平差的计算过程进行求解，计算出来的整周未知参数XN原本应该是整数，但由于存在测值误差、计算模型、模拟函数模型不完善的原因，计算出来的数值为实数，为了使得基线解算结果满足要求，需要通过软件等手段计算确定位置参数的整数值。
（2）整周未知参数的确定
整周未知数的计算方法和模型很多，但是，都是基于搜索法，本文主要介绍如何运用搜索法确定整周未知参数值。 ①按照首次平差计算结果的数值XN和DXNXN，让XN中每个未知参数为为中心数据，用他们的误差值的倍数为半径进行搜索，确定出为位置参数的证书数值。
②以上面的计算结果为基础，从位置参数计算结果中选取整数作为被选组，并将这些数值作为已知数，在基线方程中进行求解，计算相应的基线向量解。
③在计算出的基线向量解中，让单位权重误差值最小基线向量解作为整数解解算结果。
在计算过程中，可能出现整周未知参数无法确定，其可靠程度小于一定的数值时候，无法求得未知基线向量的整数解，即：
（3）确定基向量固定解
基向量的固定解计算相对容易，只要按照以上步骤求解出周知参数，与此对应的向量就可以作为基线向量的整数解。
4 影响GPS计算结果因素分析及策略
按照GPS基线解算程序和过程，影响GPS计算结果的因素主要包括：卫星观测时间太短、多路径效应严重、周跳太多、基线起点坐标不准确、对流层或电离层折射影响过大等，根据多年测量工作经验，针对以上问题，提出如下解决的办法：
（1）基线解算时所设定的初始点坐标不准确针对基线解算初始点坐标不准确问题，可以用两种方法进行解决：一是在进行基线解算的时候，选取精度较高的点作为基线起算点，或是通过长时间的进行单点定位，运用WGS-84坐标点联测获取起点坐标。二是采用整网的基线解算时候，所有基线起点坐标均为一个点位坐标，这样基线计算结果均具有某一系统偏差，在后续的数据处理中，运用系统参数处理方法进行处理。
（2）卫星观测时间短，整周未知数无法准确确定
针对卫星观测时间短的问题，判断时间过短只要看观测数据记录文件中每个卫星的数据数量即可，也可以根据数据处理软件输出卫星的可见图，这样会更加直观判断卫星观测时间过短的问题。针对观测时间过短，可以对相关数据予以删除处理，不参加基线的解算运算。
如果在数据比较充足的情况下，可以对时间较短的数据予以删除处理，这些数据不能参加基线解算运算。
（3）周跳太多的解决方法
针对周跳过多的问题，可以通过基线解算后残差数值进行分析，当某测站的观测值中含有周跳数据时，双差观测值就会出现成倍增加的现象，由此可以判断周跳的存在。
針对多颗卫星相同的时间段内发生周跳时，可用删除周跳严重时间段方法改善计算结果的质量；若个别卫星发生周期性的周跳，可以使用直接删除周跳卫星观测值的方法改善计算结果。
（4）流层或电离层折射影响过大
对于对流层或电离层折射影响过大问题，可采用下列两种方法予以解决：一是将截止高度角角度进行调整，提高相应的角度，这样可以直接删除电离层低角度的观测数据，但是，由于高角度的信号不一定受到电离层的影响最大，因此，运用这种方法进行判断也并非十分准确和科学。二是针对延迟进行模型修正，模型修正是建立在实际观测数据之上，对于双频观测值可以直接进行基线解算，具有较高科学性。
5 结束语
综上所述，GPS技术具有许多优点，在城市工程测量工作中的应用也日益广泛。但GPS技术测量数据处理仍存在一些不足之处，影响到测量结果的准确性。因此，测量人员应进一步提高对GPS技术的认识，通过分析影响GPS测量数据计算的因素，制定出科学的应对策略，最大限度提高GPS测量数据结果的准确性。
参考文献：
[1] 宋亭磊.GPS变形监测网数据处理方法研究[J].城市建设理论研究.2013年第20期
[2] 苗赢；孙兆伟.星载GPS测量数据预处理方法研究[J].2010年第03期
关键词：GPS技术；数据处理；系统组成；基线解算
1 引言
随着我国社会经济建设步伐的加快，许多高新科学技术得到进一步的发展，计算机和微电子技术为代表的电子信息技术的应用范围不断扩大，这对应用领域的硬件、软件开发都产生了较大的影响。GPS技术作为一种新型的全球定位系统核心技术，具有精度高、实时性强、灵活性高、操作方便、处理效率高和成本低等优点，它改变了以往传统的测量模式及习惯，能够快速、准确地获取空间数据，这不仅大大降低了测量人员的工作量，而且也提高了测量结果的准确性及施测效率，为城市工程的测量工作提供了科学的参考依据，近年来GPS技术在众多测量领域的应用范围也得到了不断的扩大。本文通过分析GPS技术测量数据的计算过程，希望对拓展GPS技术的应用有所帮助。
2 GPS技术概况
全球定位系统（GPS）自研制成功以来，在应用基础的研究、应用领域的开拓、硬件和软件的开发等方面，都得到广泛的应用和蓬勃发展。GPS定位系统是以卫星为基础的无线电三维导航系统，具有定位精度高、速度快、费用省、全天候、操作简便等特点，目前，GPS不仅在军事发展中发挥着重要作用，而且对于民用和工业领域发展意义重大。在我国，GPS的应用已经扩展到军事、科研、矿业开发等各个领域，尤其是在大型测量工作中更体现出其独特的优越性。
3 GPS测量数据计算
GPS测量具有数据海量化、计算程序复杂化、计算方法多样化和处理自动化程度高等特点，按照GPS数据特点，从原始数据处理到最终计算成果主要分为五个阶段，即数据采集、数据传输、数据预处理、基线解算、数据平差处理。
3.1 GPS数据预处理
在进行GPS原始数据计算之前，首先需要进行数据的平滑性检验、标准化处理，将各种数据处理成为标准化文件格式，主要包括S卫星轨道方程的标准化，卫星时钟钟差标准化和文件格式标准化等，同时针对观测值进行模型修正。
（1）GPS轨道方程标准化
GPS卫星每小时有一组独立的星历参数，因此需要多次进行数据的计算和处理，存在数据工作量大，工作复杂程度过高的特点，将卫星轨道标准化处理，节约储存空间和时间，方便进行数据处理，计算公式如下：
多组不同星历参数对应卫星位pi（t）表达成时间t的多项式形式，即
Pi（t）=ai0+ai1t+ai2t2+…+aintn （1）
式中：p（i）t为卫星任意时刻位置；
t为时间；
n取参数8-10。
运用拟合的方法进行多项式求解，计算出卫星任意时刻的位置。
拟合计算时，时间t的单位需规格化，规格化时间T为：
（2）
式中：Ti为对应于ti的规格化时间，t1和tm分别对应开始时段和结束时段。对应于t1和tm的T1及T2分别为-1和+1，对任意时刻ti有 ≤1。
（2）卫星钟差的标准化
星历的卫星钟差，即卫星钟面时间与GPS标准系统时间之差Δts，此时间差是多个数值，需要经过修正多项式才能求得唯一的、平滑的数据，确定卫星发射时刻，此时可卫星所在轨道位置，也可以实现各站点对卫星时间的基准，估算相对时钟差值，钟差标准化多项式：
式中，a0，a1，a2為星钟参数；t0为卫星钟参数的参考历元。由多个参考历元组成的卫星钟差，可以直接利用最小二乘法原理求多项式系数ai，再根据Ti计算公式求得相应时间。
（3）观测值文件标准化
不同的GPS接收机提供的数据格式各不相同，例如测时刻的记录，可以参考接收机参考历元，也可以用经改正归算至GPS标准时间，因此，在进行基线向量解算之前，必须对文件进行标准化、格式化处理，主要处理内容包括记录格式标准化、记录项目标准化、采样密度标准化和数据单位的标准化。
3.2 GPS数据基线解算
基线解算一般采用双差观测值的方法，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。
假设在某一历元中，对k颗卫星进行了同步观测，可以获得k-1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。在基线解算过程中，双差观测值中电离层延迟和对流层延迟已经消除，因此，基线解算参数只涉及测站的坐标参数和整周未知参数。基线解算的过程一般分三个阶段，第一阶段主要进行初平差，算出整周未知参数、基线向量参数实数解；在第二阶段将整周未知数看成整数；在第三阶段将已经计算出来结果的整周未知数看作已知数，待定的测站坐标为未知参数，进行平差解算，求得最终解。
（1）初始平差
误差方程方程的形成是根据双差观测值相关的
方程组成，然后组合为法方程，求解相应的未知数
精度信息，主要如下：
待定参数：
需计算参数的因素数阵：
单位权中误差：
按照初始平差的计算过程进行求解，计算出来的整周未知参数XN原本应该是整数，但由于存在测值误差、计算模型、模拟函数模型不完善的原因，计算出来的数值为实数，为了使得基线解算结果满足要求，需要通过软件等手段计算确定位置参数的整数值。
（2）整周未知参数的确定
整周未知数的计算方法和模型很多，但是，都是基于搜索法，本文主要介绍如何运用搜索法确定整周未知参数值。 ①按照首次平差计算结果的数值XN和DXNXN，让XN中每个未知参数为为中心数据，用他们的误差值的倍数为半径进行搜索，确定出为位置参数的证书数值。
②以上面的计算结果为基础，从位置参数计算结果中选取整数作为被选组，并将这些数值作为已知数，在基线方程中进行求解，计算相应的基线向量解。
③在计算出的基线向量解中，让单位权重误差值最小基线向量解作为整数解解算结果。
在计算过程中，可能出现整周未知参数无法确定，其可靠程度小于一定的数值时候，无法求得未知基线向量的整数解，即：
（3）确定基向量固定解
基向量的固定解计算相对容易，只要按照以上步骤求解出周知参数，与此对应的向量就可以作为基线向量的整数解。
4 影响GPS计算结果因素分析及策略
按照GPS基线解算程序和过程，影响GPS计算结果的因素主要包括：卫星观测时间太短、多路径效应严重、周跳太多、基线起点坐标不准确、对流层或电离层折射影响过大等，根据多年测量工作经验，针对以上问题，提出如下解决的办法：
（1）基线解算时所设定的初始点坐标不准确针对基线解算初始点坐标不准确问题，可以用两种方法进行解决：一是在进行基线解算的时候，选取精度较高的点作为基线起算点，或是通过长时间的进行单点定位，运用WGS-84坐标点联测获取起点坐标。二是采用整网的基线解算时候，所有基线起点坐标均为一个点位坐标，这样基线计算结果均具有某一系统偏差，在后续的数据处理中，运用系统参数处理方法进行处理。
（2）卫星观测时间短，整周未知数无法准确确定
针对卫星观测时间短的问题，判断时间过短只要看观测数据记录文件中每个卫星的数据数量即可，也可以根据数据处理软件输出卫星的可见图，这样会更加直观判断卫星观测时间过短的问题。针对观测时间过短，可以对相关数据予以删除处理，不参加基线的解算运算。
如果在数据比较充足的情况下，可以对时间较短的数据予以删除处理，这些数据不能参加基线解算运算。
（3）周跳太多的解决方法
针对周跳过多的问题，可以通过基线解算后残差数值进行分析，当某测站的观测值中含有周跳数据时，双差观测值就会出现成倍增加的现象，由此可以判断周跳的存在。
針对多颗卫星相同的时间段内发生周跳时，可用删除周跳严重时间段方法改善计算结果的质量；若个别卫星发生周期性的周跳，可以使用直接删除周跳卫星观测值的方法改善计算结果。
（4）流层或电离层折射影响过大
对于对流层或电离层折射影响过大问题，可采用下列两种方法予以解决：一是将截止高度角角度进行调整，提高相应的角度，这样可以直接删除电离层低角度的观测数据，但是，由于高角度的信号不一定受到电离层的影响最大，因此，运用这种方法进行判断也并非十分准确和科学。二是针对延迟进行模型修正，模型修正是建立在实际观测数据之上，对于双频观测值可以直接进行基线解算，具有较高科学性。
5 结束语
综上所述，GPS技术具有许多优点，在城市工程测量工作中的应用也日益广泛。但GPS技术测量数据处理仍存在一些不足之处，影响到测量结果的准确性。因此，测量人员应进一步提高对GPS技术的认识，通过分析影响GPS测量数据计算的因素，制定出科学的应对策略，最大限度提高GPS测量数据结果的准确性。
参考文献：
[1] 宋亭磊.GPS变形监测网数据处理方法研究[J].城市建设理论研究.2013年第20期
[2] 苗赢；孙兆伟.星载GPS测量数据预处理方法研究[J].2010年第03期