论文总字数：19222字

摘 要

自20世纪70年代末GPS卫星系统开始组网以来，卫星导航定位的新时代就已经到来了，GPS技术在各个领域得到了广泛的应用，GPS数据的处理也成为了研究热点之一。网平差是GPS数据处理主要流程中的最后一步，主要有无约束平差、约束平差、联合平差等方式，分别有自己的数学模型与平差方法。本文在介绍了GPS网平差数学模型、处理方法与MATLAB软件编程的基础上，设计了一个基于MATLAB语言的用于GPS三维网平差的程序，可以读取一种自定义的基线向量数据，对其进行无约束平差和约束平差，进行精度分析，最后输出结果。

关键词：GPS；网平差；MATLAB；无约束平差；约束平差

Abstract

Since the GPS satellite system began networking in the late 1970s, a new era of satellite navigation and positioning has arrived. The technology of GPS has been generally applied in various fields, and GPS data processing of has also become one of the research hotspots. Net adjustment is the last step in the main flow of GPS data processing, mainly including unconstrained adjustment, constrained adjustment, and joint adjustment. They have their own mathematical models and adjustment methods. In this paper, based on the introduction of GPS net adjustment mathematical model, processing method and MATLAB software programming, a program based on MATLAB language for GPS three-dimensional net adjustment is designed to read a kind of custom baseline vector data. The unconstrained adjustment and constrained adjustment are performed on the precision analysis, and finally output the results.

Key Words: GPS; net adjustment; MATLAB; unconstrained adjustment; constrained adjustment

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究意义 2

1.4 研究方法与内容 2

第二章 GPS三维网平差基础 3

2.1 GPS系统简介 3

2.1.1 GPS发展过程 3

2.1.2 GPS系统的组成与功能 3

2.1.3 GPS系统的应用 4

2.2 GPS网平差 4

2.2.1 网平差的作用 5

2.2.2 网平差的分类 5

2.2.3 网平差的流程 6

2.2.4 基线向量的相关性 9

2.2.5 无约束平差基本理论 10

2.2.6 约束平差基本理论 13

第三章 GPS三维网平差程序设计 16

3.1 开发语言选择 16

3.2 MATLAB编程基础 16

3.2.1 MATLAB的主要特点 17

3.2.2 MATLAB的字符串处理 18

3.2.3 MATLAB的函数 18

3.2.4 MATLAB的假设检验 18

3.2.5 MATLAB的GUI设计 19

3.3 设计流程 20

3.4 数据读取 21

3.5 无约束平差及精度评定 23

3.6 约束平差及精度评定 23

第四章 实际数据测试分析 25

4.1 数据来源与内容 25

4.2 无约束平差 27

4.3 约束平差 30

第五章 总结与展望 32

5.1 程序的优缺点 32

5.2 前景展望 32

参考文献 33

第一章 绪论

1.1 研究背景

自20世纪70年代末GPS卫星系统开始组网以来，人类就进入了卫星导航定位的时代。GPS卫星也自此开始为测绘、交通、通信、军事、资源调查勘探、大气研究、灾害监测与预报等诸多领域提供一种全天时、自动化、高精度的解决方案，引起了一场又一场的行业变革，促进了世界科技进步。利用GPS技术建立控制网，在建立和维持全球或地区性的坐标框架、精密变形监测、地球动力学研究等方面，都有着不可替代的作用。而在使用GPS卫星完成这些任务的过程中，是离不开GPS网平差工作的。

1.2 国内外研究现状

经过国内外学者多年的理论研究，GPS网平差理论已经较为成熟，大多数GPS数据处理软件中均包含这一功能。例如麻省理工学院的GAMIT-GLOBK软件，武汉大学的COSA（科傻）、PowerAdj软件，同济大学的TGPPS软件，天宝公司的TGO软件，徕卡公司的LGO软件，中海达公司的HGO、hds2003软件，阿什泰克公司的GNSS SOLUTION软件等等，无不将GPS网平差作为其最基本的功能之一。但由于这些软件都是商业软件，其源代码没并有公开，很难从其中获取可供参考的网平差程序或模型。但依然有大量的学者发表过关于GPS网平差程序设计方面的论文，涉及的编程语言包括Visual Basic、MATLAB、C、C 、C#等。这方面文献大多是采用了最基础的三维网平差数学模型，然后对程序的各个部分做了介绍，并将这些软件的平差结果与权威GPS数据处理软件作对比，验证其可靠性。

近20年以来，对GPS网平差问题的研究，主要集中在平差所采用的数学模型的改进上，几种主要方向包括：（1）在GPS网平差中加入抗差估计模型；（2）简化模型以提高计算速度；（3）采用秩亏自由网平差。

学者赵庆海提出了在一种在GPS网平差中加入双因子抗差模型的方案，能一次分析多个相关基线中存在的粗差，检测效率高，且减少了数据存储量，提高了解算速度^[1][2][3]。

学者王解先针对以高斯平面坐标和大地高为平差参数的网平差模型进行改进，指出在尺度因子不超过1°的的情况下，可将模型中复杂的偏导数计算部分大大简化，且与其他软件对比，证明了这一简化模型的正确性^[4]。

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