GPS接收機采集記錄的是GPS接收機天線至衛(wèi)星偽距、載波相位和衛(wèi)星星歷等數(shù)據(jù)。如果采樣間隔為20秒，則每20秒記錄一組觀測值，一臺接收機連續(xù)觀測一小時將有180組觀測值。觀測值中有對4顆以上衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)以及地面氣象觀測數(shù)據(jù)。GPS數(shù)據(jù)處理要從原始的觀測值出發(fā)得到最終的測量定位成果，其中數(shù)據(jù)處理過程大致分為GPS測量數(shù)據(jù)的基線向量解算、GPS基線向量網(wǎng)平差以及GPS網(wǎng)平差或與地面網(wǎng)聯(lián)合平差等幾個階段。數(shù)據(jù)處理的基本流程如圖9-1所示。

圖中第一步數(shù)據(jù)采集的是GPS接收機野外觀測記錄的原始觀測數(shù)據(jù),在進行野外觀測記錄的同時，用隨機軟件解算出測站點的位置和運動速度，以便提供導航服務。數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，由數(shù)據(jù)處理軟件和基線解算軟件（后處理軟件）在計算機上進行預處理和基線解算。GPS網(wǎng)平差包括GPS基線向量網(wǎng)平差、GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)聯(lián)合平差等內(nèi)容。整個數(shù)據(jù)處理過程可以建立數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

9.1.1  數(shù)據(jù)傳輸

大多數(shù)的GPS接收機（如ASHTECH，TRIMBLE等型號），采集的數(shù)據(jù)記錄在接收機的內(nèi)存模塊上。數(shù)據(jù)傳輸是用專用電纜將接收機與計算機連接，并在后處理軟件的菜單中選擇傳輸數(shù)據(jù)選項后，便將觀測數(shù)據(jù)傳輸至計算機。數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r進行數(shù)據(jù)分流，生成四個數(shù)據(jù)文件：載波相位和偽距觀測值文件、星歷參數(shù)文件、電離層參數(shù)和UTC參數(shù)文件、測站信息文件。

經(jīng)數(shù)據(jù)分流后生成的四個數(shù)據(jù)文件中，除測站文件外，其余均為二進制數(shù)據(jù)文件。為下一步預處理的方便，必須將它們解譯成直接識別的文件，將數(shù)據(jù)文件標準化。

9.1.2  預處理

GPS數(shù)據(jù)預處理的目的是：①對數(shù)據(jù)進行平滑濾波檢驗，剔除粗差；②統(tǒng)一數(shù)據(jù)文件格式并將各類數(shù)據(jù)文件加工成標準化文件（如GPS衛(wèi)星軌道方程的標準化，衛(wèi)星時鐘鐘差標準化，觀測值文件標準化等）；③找出整周跳變點并修復觀測值(整周跳變的修復見5.3.3)；④對觀測值進行各種模型改正。

• GPS衛(wèi)星軌道方程的標準化

數(shù)據(jù)處理中要多次進行衛(wèi)星位置的計算，而GPS廣播星歷每小時有一組獨立的星歷參數(shù)，使得計算工作十分繁雜，需要將衛(wèi)星軌道方程標準化，以便計算簡便，節(jié)省內(nèi)存空間。GPS衛(wèi)星軌道方程標準化一般采用以時間為變量的多項式進行擬合處理。

將已知的多組不同歷元的星歷參數(shù)所對應的衛(wèi)星位置P_i(t)表達為時間t的多項式形式：

利用擬合法求解多項式系數(shù)。解出的系數(shù)a_in記入標準化星歷文件，用它們來計算任一時刻的衛(wèi)星位置。多項式的階數(shù)n一般取8~10就足以保證米級軌道擬合精度。

擬合計算時，時間t的單位需規(guī)格化，規(guī)格化時間T為：

式中T_i為對應于t_i的規(guī)格化時間；t₁和t_m分別為觀測時段開始和結束的時間。很顯然，對應于t₁和t_m，T₁和T_m分別為-1和+1。對任意時刻|t_i|≤1。

需指出的是，擬合時引進了規(guī)格化的時間，則在實際軌道計算時也應使用規(guī)格化的時間。

• 衛(wèi)星鐘差的標準化

來自廣播星歷的衛(wèi)星鐘差（即衛(wèi)星鐘鐘面時間與GPS系統(tǒng)標準時間之差Δt_s）是多組數(shù)值，需要通過多項式擬合求得唯一的，平滑的鐘差改正多項式。用于確定真正的信號發(fā)射時刻并計算該時刻的衛(wèi)星軌道位置，同時也用于將各站對各衛(wèi)星的時間基準統(tǒng)一起來以估算它們之間的相對鐘差。當多項式擬合精度優(yōu)于±0.2ns時，可精確探測整周跳變，估算整周未知數(shù)。

鐘差的的多項式形式為：

式中a₀,a₁,a₂為星鐘參數(shù)，t₀為星鐘參數(shù)的參考歷元。

由多個參考歷元的衛(wèi)星鐘差，利用最小二乘法原理求定多項式系數(shù)a_i，再由(9-3)式計算任一時刻的鐘差。因為GPS時間定義區(qū)間為一個星期，即604800秒，故當t-t₀>302400(t₀屬于下一GPS周)時t應減去604800，t-t₀<-302400(t₀屬于上一GPS周)時t應加上604800。

• 觀測值文件的標準化

觀測值文件是容量最大的文件。觀測值記錄中有對應的衛(wèi)星號，衛(wèi)星高度角和方位角，C/A碼偽距，L₁、L₂的相位觀測值，觀測值對應的歷元時間，積分多普勒記數(shù)，信噪比等。

不同的接收機提供的數(shù)據(jù)記錄有不同的格式。例如觀測時刻這個記錄，可能采用接收機參考歷元，也可能是經(jīng)過改正歸算至GPS標準時間。在進行平差（基線向量的解算）之前，觀測值文件必須規(guī)格化、標準化。具體項目包括：

①　記錄格式標準化。各種接收機輸出的數(shù)據(jù)文件應在記錄類型、記錄長度和存取方式方面采用同一記錄格式。

②　記錄項目標準化。每一種記錄應包含相同的數(shù)據(jù)項。如果某些數(shù)據(jù)項缺項，則應以特定數(shù)據(jù)如“0”或空格填上。

③　采樣密度標準化。各接收機的數(shù)據(jù)記錄采樣間隔可能不同，如有的接收機每15秒鐘記錄一次，有的則20秒鐘記錄一次。標準化后應將數(shù)據(jù)采樣間隔統(tǒng)一成一個標準長度。標準長度應大于或等于外業(yè)采樣間隔的最長的標準值。采樣密度標準化后，數(shù)據(jù)量將成倍數(shù)地減少，所以這種標準化過程也稱為數(shù)據(jù)壓縮。數(shù)據(jù)壓縮應在周跳修復后進行。數(shù)據(jù)壓縮常用多項式擬合法。壓縮后的數(shù)據(jù)應等價于被壓縮區(qū)間內(nèi)的全部數(shù)據(jù)，且保持各壓縮數(shù)據(jù)的誤差獨立。

• 數(shù)據(jù)單位的標準化。數(shù)據(jù)文件中，同一數(shù)據(jù)項的量綱和單位應是統(tǒng)一的，例如，載波相位觀測值統(tǒng)一以周為單位。