HGO GNSS数据处理软件.docx
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HGOGNSS数据处理软件
测绘工程专业选修课程<控制网平差与程序设计>
软件应用-HGOGNSS数据处理软件
辽宁科技大学土木工程学院测绘工程教研室
一、软件简介
中海达GNSS数据处理软件由卫星预报、野外动静态数据采集、数据传输、项目管理、静态基线处理、动态路线处理、闭合差搜索、网平差、成果输出、坐标系管理及坐标转换等模块组成。
HGO（Hi-TargetGeomaticsOffice）软件全名“HGO数据处理软件包”，是中海达在十多年的后处理软件运用与用户体验改进的基础上继HDS2003软件后推出的第二代静态解算软件。
该软件用于高精度测量用户的基线数据处理，网平差，坐标转换。
软件的功能及特点包括：
1.该软件设计支持GPS、Glonass、Compass多系统解算，支持静态，动态（走走停停，后处理RTK）等多种作业模式。
2.全新第二代基线处理引擎，能够解算超长时间的静态数据，并能智能剔除粗差数据，用户的基线处理变得前所未有的简单。
3.全新的网平差模块，能进行WGS84系统下约束平差、当地约束平差等工作。
4.全新的用户界面设计，与国际软件接轨。
5.配套完整的解决软件工具，包括全新的Rinex转换软件ConvertRinex、坐标转换软件CoordTool、精密星历下载软件SP3Gate等。
二、软件静态数据处理流程
三、典型算例
1.数据来源
数据为辽宁科技大学测绘工程专业09级《空间定位技术及应用》实验数据，于2011年11月7日采用中海达V30采集2个时段数据，数据格式为*.ZHD。
2.建立一个新的项目
HGO数据处理软件是面向项目进行管理的。
因此，不管是进行单点定位，还是进行静态基线处理、动态路线处理，或者是进行网平差。
首先需要建立一个新的项目，或者打开一个已建立的项目。
建立一个新的项目可分如下几步：
（1）首先建立新的项目，确定名称与保存路径；
（2）输入项目属性，确定质量检查标准；
（3）在坐标系统管理里输入参数。
完成上述三步之后，就可以进行下一步的工作了。
（1）新建项目
执行主程序，启动后处理软件：
（2）项目属性设置
点击“文件”→“属性”，设置项目属性。
（2）项目属性设置
a）基本信息
基本信息的内容都会显示在网平差报告中（除施工单位和测量员项）。
注意：
时间在GNSS测量中是一个非常重要的基本量，由于协调世界时（UTC）精度高且稳定，故GNSS测量时通常统一采用协调世界时（UTC）作为计时方法。
北京标准时（BST）是我国采用的时间系统，符合我国的时间概念、使用方便。
若统一采用北京标准时（BST）记录时，两者可用BST=UTC+8h式换算，此时应注意日前变化，如某日UTC时间为20:
00，换算后则为第二天北京时间04:
00。
b）限差
限差的设置很重要，可以选择使用国家规范或者自定义限差，在数据处理过程中的许多检验都是根据限差的设置来进行，国家规范限差的设置来进行，国家规范标准请参考对应国家规范，HGO软件可以选择采用《全球定系统GPS测量规范》2001版、《全球定位系统GPS测量规范》2009版、《全球定位系统城市测量技术规程》1997版、《卫星定位城市测量技术规范》2010版等。
c）高级
高级界面里的设置决定了项目在进行数据处理时的控制选项，如以ZHD文件的前几位字符作为点名、静态基线最小观测时间、动静态基线最小观测时间、基线最大长度、生成重复基线与闭合环的时间等等。
注意：
观测文件站点名：
文件名前4或者8个字符，选择不一样对后续的影响是不一样的。
此处先选择4来说明后续问题。
（3）坐标系统设置
点击“文件”→“坐标系统设置”，可进行坐标系统设置
a）椭球
注意：
GPS采集的数据时基于WGS-84椭球的，所以源椭球为WGS-84；最终我们要的坐标是什么，北京54，国家80，CGCS2000还是什么，这依据具体工程来决定，每种坐标会对应于一个椭球，所以当地椭球千万别选错了！
！
！
b）投影
注意：
我们最后得到的坐标往往是平面坐标，所以需要投影设置，在求平面坐标时，我们是用经差和纬度通过投影正算得到的，而经差是靠经度与其中央子午线相减得到的，所以在投影设置中要告诉你采用的是什么投影，中央子午线是多少。
c）保存坐标系统
注意：
坐标系统设置完成后，一定要保存一个坐标转换文件名。
这样在一个地区可以多次调用。
所有的数据及中间处理结果都保存在项目这样，一个项目完成后，可以将整个目录及其子打包、保存。
此外，项目文件夹可进行整体移植，即将一台电脑上的项目文件夹移到另外一台电脑上打开。
说明：
一个项目在工作时，会生成一些必需文件，这些文件会保存在项目路径及其子目录中。
我们查看工作，可以看到在工作目录下，共生成了一个项目文件*.HGO，一个坐标转换文件*.dam以及7个子目录。
Adjust文件夹里保存平差相应信息，Baseline文件夹里保存基线处理的中间信息，Copy文件夹里备份了上次保存的项目工程，EphBinData文件夹里保存星历数据，ObsBinDat文件夹里保存观测数据，Report目录用来保存报告文档，Rinex文件夹里保存由观测文件转换成的Rinex文件。
3.导入数据
点击“文件”→“导入”，可进行导入文件栏。
HGO数据处理软件支持静态文件（*.ZHD、*.GNS）、Rinex文件、SP3星历文件的导入。
“导入文件”：
导入单个或多数据文件。
“导入目录”：
导入所选文件夹下的所有数据文件。
（1）中海达观测文件
HGO数据处理软件一般用文件名来区分不同的观测文件。
通常的观测文件由8个文件名及其扩展名组成，如一个ZHD观测文件的文件名为ABCD1234.ZHD。
一个项目中，不允许有重名的观测文件。
比如，一个项目中不允许同时存在文件名为ABCD1234.ZHD及ABCD1234.01O的观测文件。
一个观测文件名通常由测站名和时段组成，这样，在一个项目内，可以保证观测文件名各不相同。
对于一个*.ZHD静态观测文件，一个8个字符的文件名是这样组成的：
!
!
!
!
$$$#.ZHD
◆点名
观测文件名中，前面4个!
!
!
!
表示点名，点名可以由字符和数字组成，也可以由两个中文字符组成。
软件在加载观测文件后，将根据文件名自动分解出点名，如点名不足四个字符，则采集软件的数据传输软件将自动在点名之前以下划线′_′自动凑足4个字符，如点名A将生成″___A″。
◆时段
后面三个数字及一个英文字符或数字″$$$#″表示时段。
其中，$$$表示年积日，即观测时间处于一年中的第几天，#表示当天的观测期序，可用0、1、2、3、…、A、B、C、…、Z来表示。
（2）中海达V30接收机下载的文件格式
中海达V30接收机在外业静态观测结束后，通过下载的数据文件名能够看到的信息包括仪器序列号的后三位，年积日及观测的时段。
如_9013110.ZHD和_9013111.ZHD（2011年观测）
从这两个文件名中我们能够看到：
a）仪器序列号的后三位901，即这两个文件都是3004901这台仪器观测的；
b）年积日311，根据计算应该为11月7日；
c）观测时段0、1，第一个时段和第二时段观测的数据；
我们根据文件名可以知道这个数据的一些信息：
仪器序列号后三位为901的中海达V30接收机于2011年11月7日进行了观测，这两个文件分别为那天第一个时段和第二观测时段观测的数据。
注意：
如果在“项目属性”→“高级”中观测文件站点名：
文件名前选择4个字符，HGO数据处理软件会用文件名的前四位作为点名，如_9013110.ZHD和_9013111.ZHD，软件导入数据后会认为观测点的点名都为901，软件是这么想都是901就应该是同一点，将它们归到一起，但事实上外业观测时仪器第一次是架在点名为KDSP，第二次是架在点名为KD1#，所以把它们归到一起是错误的！
！
！
因此，我们对点名的处理是非常必要的！
！
！
（3）如何保证点名的正确性
方法1.直接对外业观测文件改点名和仪器高
方法2.利用软件对点名进行更改
方法1.直接对外业观测文件改点名和仪器高
找到原始观测文件后，右击点“打开”弹出“设置ZHD文件”对话框，根据外业观测记录，对点名和天线高进行相应设置
方法2.利用软件对点名及仪器高进行更改
修改后效果
如：
FYCC3110和YSXY3110构成了基线FYCC3110.zsd→YSXY3110.zsd。
技巧：
因为在“项目属性”→“高级”中观测文件站点名：
文件名前默认选择4个字符，则软件默认文件名的前4位为点名，但前四位中为_和仪器序列号的后三位，所以相同仪器虽然架仪器的位置不同，但软件会认为是相同的，所以最好是一个时段进行导入数据，进行相应修改后，再导入下一个时段数据。
4.静态基线处理
任意两个静态观测文件，只要它们具有相同的观测时段，那么，它们就能构成一条静态基线。
在HGO数据处理软件中，静态基线名是由起算测站名和推算测站名以及推算测站的时段名构成。
即：
起算测站名推算文件的时段.zsd→推算测站名推算文件的时段.zsd
如：
FYCC3110和YSXY3110构成了基线FYCC3110.zsd→YSXY3110.zsd。
基线解算的过程，实际上主要是一个利用最小二乘法进行平差的过程。
平差所采用的观测值主要是双差观测值。
在基线解算时，平差要分5个阶段进行。
第一阶段，根据三差观测值，求得基线向量的初值。
第二阶段，根据初值及双差观测值进行周跳修复。
第三阶段，进行双差浮点解算，解算出整周未知数参数和基线向量的实数解。
第四阶段，将整周未知数固定成整数，即整周模糊度固定。
第五阶段，将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站点作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解—整数解。
按指定的数据类型录入GNSS观测数据后，软件会自动分析各点位采集到的数据内在的关系，并形成静态基线后，就可以进行基线处理了。
基线处理的过程可分为如下几个主要部分：
（1）设定基线解算的控制参数
（2）外业输入数据的检查与修改
（3）基线解算
（4）基线质量的检验
（1）设定基线解算的控制参数
◆基线解算的控制参数，用以确定数据处理软件采用何种处理方法来进行基线解算。
◆设定基线解算的控制参数是基线解算时的一个非常重要的环节。
通过控制参数的设定可以实现基线的优化处理。
◆控制参数在“基线处理”→“解算设置”中进行设置，主要包括“数据采样间隔”、“截止角”、“参考卫星”及其电离层和解算模型的设置等。
（1）设定基线解算的控制参数
对话框共由四页组成，分别为常规设置、对流层/电离层设置、动态设置和高级设置。
（a）常规设置
◆高度截止角
◆采样间隔
◆最少历元数
◆观测值
◆星历类型
◆参考卫星
◆自动化处理模式
◆系统
◆高度截止角
高度截止角用来限制高度比较低的卫星数据，使其不参与基线解算。
由于大气层对高度比较低的卫星信号的影响比较复杂，难以用模型进行改正，又由于高度比较低的信号容易受到如多路径、电磁波等各种因素的影响，因此，它们的信号质量通常也比较低。
所以，在数据处理中，通常将它们剔除。
如单从大气层折射的角度来看，对于短距离的观测，可以降低高度截止角；而对于长距离的观测，应该加大高度截止角，因为距离越短，大气折射影响越容易相互抵消。
当然，高度截止角的设置要还要视观测站点周围的环境如何。
在野外观测时，应根据卫星分布状况降低高度截止角，以采集尽量多的数据，方便处理。
软件默认的高度截止角为15度。
◆采样间隔
所谓数据采样间隔，就是在基线处理时，软件从原始观测数据中抽取数据的间隔。
比如，两台仪器在作静态观测时，设置为每5秒采集一组数据，但在内业处理时，这么高密度的的观测数据通常并不能显著提高基线的精度，反而会大大增加基线处理的时间。
因此，为提高基线处理的速度，用户可适当增大数据处理的采样间隔。
通常认为，对于短边，且观测时间较短时，可适当缩小采样间隔，而对于长边，可适当增大采样间隔。
比如对于2公里以内的静态基线，而观测时间又在20分钟以内时，我们可设置采样间隔为5s。
但基线较长时，通常可增大采样间隔，达到60s或120s。
那么，为什还需要在野外观测时，设置比较小的采样间隔呢？
这是因为，当遇到不太好的数据时，由于观测具有一定随机性以及软件本身的功能所限，通过修改历元间隔后重新处理基线往往能改善处理结果。
软件缺省的历元间隔会随着观测时变化，10分钟内是5s，10分钟到两小时以内是30s，两小时到6小时是60，6小时以上是120s。
◆最少历元数
由于在观测过程中，接收机必须观测到连续的载波相位，如一段数据连续出现周跳，则这一段数据的质量通常是很差的，常常影响基线处理的质量，因此，通常应该将其剔除。
因此，在基线处理过程中，软件会将观测连续历元数不超过最小历元数的数据段剔除。
◆观测值
可选择用不同的组合观测值来进行基线解算，比如宽项组合Lw，窄巷组合Ln等。
采用自动模式时，软件会根据基线长度选择观测值类型，一般小于10km的基线采用L1观测值进行解算，大于10km的基线采用Lc消电离层组合观测值进行解算。
◆星历类型
可选择采用广播星历或精密来进行解算，一般长距离基线采用精密星历可提高基线解算精度，短基线采用广播即满足要求。
◆参考卫星
由于双差观测值是单差观测值在卫星之间进行差分形成的，所以在组成双差观测值时，为了方便处理软件采用选取参考卫星的方法。
默认的设置是自动方式。
这时，软件会选取观测数据最多、而且高度角较高的卫星作参考。
但由于观测条件影响，这样选择未必最合理，当参考卫星选取不当时，会影响基线处结果。
这就需要用户根据观测数据状态重设参考卫星。
◆自动化处理模式
HGO的基线解算引擎具有自动剔除粗差卫星数据功能，能够帮助用户减少手动剔除数据的工作，在最短的时间内使得基线解算合格。
当该项工作设置为“增强”时该功能才得到启用，如果户想手动剔除数据不希望软件自动删除问题数据，可将此项设置为“一般”。
◆系统
HGO软件支持GPS、GLONASS、COMPASS三系统任意组合解算。
（b）电离层/对流层
一般情况下，不需要更改对流层、电离设置。
中长基线可根据实际情况进行设置以提高解算精度。
（c）高级设置
◆粗差系数
◆周跳阀值
◆Ratio限值
◆X2置信度（单频）
◆X2置信度（双频）
◆伪距观测值精度
◆相位观测值精度
◆分时段解算时间间隔
◆自动化处理基线长度阀值
◆单频固定解基线长度限制
在通常情况，采用默认值即可满足要求，不建议用户进行非法更改，影响解算引擎的稳定性。
◆粗差系数
基线进行解算时根据双差残差大小自动剔除粗差数据的系数，即在某观测数据产生的双差残差大于粗系数*RMS时，剔除该观测数据。
◆周跳阈值
周跳修复的容忍阈值，但周跳值与其四舍五入得到的整数的差值小于该阈时进行周跳修复，否则视为粗差。
◆Ratio限值
采用Lambda算法进行模糊度固定的阈值
◆χ2置信度
对RMS进行χ2检验时的置信度
◆伪距观测值精度：
伪距的观测误差
◆相位观测值精度：
载波相位的观测误差
◆分时段解算时间间隔
当基线数据观测时段超过该值时分为两个时段进行解算
◆自动化处理基线长度阈值
采用自动化处理模型进行基线解算时，当基线长度小于该值时采用L1模型解算，大于该值时采用Lc消电离层组合观测值模型解算
◆单频固定解长基线限制
单频基线长度大于该值时不进行模糊度的固定，直接输出浮动解
（2）搜索全部基线闭合差与重复基线
“搜索全部基线闭合环与重复基线”：
搜索基线网中全部的闭合环和重复基线。
“搜索选定基线闭合环与重复基线”：
根据设置的闭合环最大边数和最小边数搜索符合条件的闭合环和重复基线，搜索结果显示在左边树形视图中。
（3）基线解算
作好上述准备后，执行“基线处理”菜单下的“处理全部”，程序开始依次逐条处理全部基线并出现信息对话框。
基线解算是以多程方式在后台运行的。
在运行过程中，可选择“取消”，从而停止基线的解算。
基线解算完成后，将在计算窗口得到基线解的结果。
状态栏会有警告信息，单击警告信息就可以在列表中显示对应基线。
影响基线解算结果的因素主要有以下几条：
（1）基线解算时所设定的起点坐标不准确。
起点坐标不准确会导致基线出现尺度和方向上的偏差。
（2）卫星的观测时间太短导致这些卫星的整周未知数无法准确确定。
当卫星的观测时间太短时会导致与该颗卫星有关的整周未知数无法准确确定。
而对于基线解算来讲，对于参与计算的卫星，如果与其相关的整周未知数没有准确确定的话，就将影响整个基线处理结果。
（3）整个观测时段里有个别时间段里周跳太多，致使周跳修复不完善。
（4）在观测时段内多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍较大。
（5）对流层或电离层折射影响过大。
（6）电磁波影响太大。
（7）接收机本身出现了问题，致使数据质量太差。
比如接收机的测相精度的降低，接收机的时钟不准确等等。
◆影响基线解算结果的应对措施
（1）基线起点坐标不准确的应对方法
要解决基线起点坐标不准确的问题，可以在进行基线解算时使用坐标准确度较高的点作为基线解算的起点。
较为准确的起点坐标可以通过进行较长时间的单点定位或通过与WGS-84坐标较准确的点联测得到，也可以采用在进行整网的基线解算时所有基线起点的坐标均由一个点坐标衍生而来，使得基线结果均具有某一系统偏差然后再在GPS网平差处理时引入系统参数的方法加以解决。
（2）卫星观测时间短的应对方法
若某颗卫星的观测时间太短，则可以删除该卫星的观测数据，不让它们参加基线解算，这样可以保证基线解算结果的质量。
（3）周跳太多的的应对方法
若多颗卫星在相同的时间段内经常发生周跳时，则可采用删除周跳严重的时间段的方法来尝试改善基线解算结果的质量。
若只是个别卫星经常发生周跳，则可采用删除经常发生周跳的卫星的观测值的方法来尝试改善基线解算结果的质量。
（4）多路径效应严重
由于多路径效应往往造成观测值残差较大，因此可以通过缩小编辑因子的方法来剔除残差较大的观测值，另外也可以采用删除多路径效应严重的时间段或卫星的方法。
（5）对流层或电离层折射影响过大的应对方法
对于对流层或电离层折射影响过大的问题，可以采用下列方法：
✓提高截止高度角，剔除易受对流层或电离层影响的低高度角观测数据，但这种方法具有一定的盲目性，因为高度角低的信号不一定受对流层或电离层的影响就大。
✓分别采用模型对对流层和电离层延迟进行改正。
✓如果观测值是双频观测值，则可以使用消除了电离层折射影响的观测值来进行基线解算。
基线精化处理的有力工具-残差图
在基线解算时，经常要判断影响基线解算结果质量的因素，或需要确定哪颗卫星或哪段时间的观测值质量上有问题，残差图对于完成这些工作非常有用。
所谓残差图就是根据观测值的残差绘制的一种图表。
选择上一个、下一个可见各个卫星的双差组合的残差，如下图所示。
下面一个图表明这颗卫星的观测值中含有周跳：
下面一个残差图表明这颗卫星受不名因素，可能是多路径效应、对流层折射、电离层折射、或强电磁波干扰等的影响严重。
◆重复处理一条基线
当判明了影响基线质量的原因后，可以通过修改基线处理设置或编辑基线时段来重复处理一条基线。
在观测数据图中，拖动鼠标，可以选择被删除的数据。
如图所示，虚线框中的数据将被屏蔽，不被软件处理。
在基线测量中，有时发现基线处理不合格的情况，在这种情况下，可能需要多次修改基线处理设置或编辑时段，甚至出现基线不能求得合格解的情况。
这种情况出现时，需要使这条基线不参与网平差、或将其删除。
如这条基线在基线控制网中是必不可少的，则就需要重测这条基线了。
（4）基线处理结果检验
●基线质量控制
基线解算完毕后，基线结果并不能马上用于后续的处理，还必须对基线的质量进行检验。
只有质量合格的基线才能用于后续的处理，如果不合格则需要对基线进行重新解算或重新测量。
基线的质量检验需要通过RATIO、RMS、点位精度这几个质量指标来衡量基线解算的质量。
◆RATIO
RATIO即整周模糊度分解后，次最小RMS与最小RMS的比值。
即：
RATIO反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性，这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量有关，也与观测条件的好坏有关。
RATIO是反映基线质量好坏的最关键值，通常情况下，要求RATIO值大于1.8。
●RMS
RMS即均方根误差（RootMeanSquare），即：
其中：
V为观测值的残差；
P为观测值的权；
n-f为观测值的总数减去未知数个数。
RMS表明了观测值的质量。
RMS越小，观测值质量越好；反之，表明观测值
质量越差。
它不受观测条件（如卫星分布好坏）的影响。
依照数理统计的理论，观测值误差落在1.96倍RMS的范围内的概率是95%。
◆点位精度
点位精度是反应解算结果内符合精度的重要指标，是卫星星座几何图形强度与RMS共同作用的结果，具体又可以分为水平方向精度、垂直方向精度、基线长度精度等，软件会根据项目属性里限差的设置，对不同的精度指标进行检验。
●闭合环检验
●闭合差的定义
闭合环路检验是检测基线质量的有力方法。
闭合环可分为同步环、异步环和重复基线。
闭合环的闭合差在理论上应为0，在实际测量中，允许偏离一定的值，闭合环的限差请参见有关规范。
环的闭和差有以下几类：
分量闭合差，即：
全长相对闭合差，即：
●规范控制指标
●数据剔除率
定义：
被删除观测值的数量与观测值的总数的比值。
作用：
从某一方面反映出GNSS原始观测值的质量，数据剔除率越高，说明观测质量越差。
要求：
根据GB/T18314-2009（12.2.1），同一时段观测值的数据剔除率不宜大于10%
根据CJJ/T73-2010（5.4.3-1），同一时段观测值的数据剔除率不宜大于20%
◆同步闭合环
同步环闭合差是由同步观测基线所组成的闭合环的闭合差。
由于同步观测基线间具有一定的内在联系，从而使得同步环闭合差在理论上应总是为0的。
如果同步环闭合差超限，则说明组成同步环的基线中至少存在一条基线向量是错误的。
但反过来，如果同步环闭合差没有超限，只能认为静态基线在质量上，绝大部分情况下是合格的，还不能说明组成同步环的所有基线在质量上绝对合格。
值得注意的是，当同步闭合环的闭合差较小时，通常只能说明GNSS基线向量的计算合格，并不能说明GNSS边的观测精度高，也不能发现接收的信号受到干扰而产生的粗差。
要求：
根据GB/T18314-2009（12.2.6）和CJJ/T73-2010（5.4.3-3），网中任何一个三边构成的同步环闭合差应满足下列公式的要求：
◆异步闭合环
为了确保GNSS观测效果的可靠性，有效地发现观测结果的粗差，必须使GNSS网中的独立边构成一定的几何图形。
不是完全由同步观测基线所组成的闭合环称为异步环。
异步环的闭合差称为异步环闭合差。
当异步环闭合差满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量的质量是合格的。
当异步环闭合差不满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量中至少有一条基线向量的质量不合格。
要确定出哪些基线向量的质量不合格可以通过多个相邻的异步环或重复基线来进行。
要求：
根据GB/T18314-2009（12.2.
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