演示文稿5-GPS衛(wèi)星定位基本原理

1、第五章第五章 GPS定位測(cè)量定位測(cè)量*2主要內(nèi)容主要內(nèi)容 概概述述 GPS定定位位測(cè)測(cè)量量分分類類 GPS定定位位的的方方法法與與觀觀測(cè)測(cè)量量 偽偽距距測(cè)測(cè)量量 載載波波相相位位測(cè)測(cè)量量 整整周周跳跳變變的的修修復(fù)復(fù) GPS絕絕對(duì)對(duì)定定位位與與相相對(duì)對(duì)定定位位 美美國(guó)國(guó)的的GPS政政策策 差差分分GPS定定位位原原理理 GPS測(cè)測(cè)量量誤誤差差的的來(lái)來(lái)源源5.1 概述概述測(cè)距交會(huì)測(cè)距交會(huì) 如圖所示，如圖所示，A、B為坐標(biāo)為坐標(biāo)已知的控制點(diǎn)，已知的控制點(diǎn)，P為待求為待求點(diǎn)，在點(diǎn)，在A、B兩點(diǎn)已分別兩點(diǎn)已分別利用全站儀測(cè)了距離利用全站儀測(cè)了距離Sa和和Sb。 222222()()()()apapab

2、pbpbSxxyySxxyy2022-1-283無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng) 設(shè)想在地面上有三個(gè)無(wú)線電設(shè)想在地面上有三個(gè)無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，其坐標(biāo)為已知信號(hào)發(fā)射臺(tái)，其坐標(biāo)為已知，用戶接收機(jī)在某一時(shí)刻采，用戶接收機(jī)在某一時(shí)刻采用無(wú)線電測(cè)距的方法分別測(cè)用無(wú)線電測(cè)距的方法分別測(cè)得了接收機(jī)至三個(gè)發(fā)射臺(tái)的得了接收機(jī)至三個(gè)發(fā)射臺(tái)的距離距離d1、d2、d3。只需以三。只需以三個(gè)發(fā)射臺(tái)為球心，以個(gè)發(fā)射臺(tái)為球心，以d1、d2、d3為半徑作出三個(gè)定位球?yàn)榘霃阶鞒鋈齻€(gè)定位球面，即可交會(huì)出用戶接收機(jī)面，即可交會(huì)出用戶接收機(jī)的空間位置。的空間位置。2022-1-284無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng) 如果只有

3、兩個(gè)無(wú)線電如果只有兩個(gè)無(wú)線電發(fā)射臺(tái)，則可根據(jù)用發(fā)射臺(tái)，則可根據(jù)用戶接收機(jī)的概略位置戶接收機(jī)的概略位置交會(huì)出接收機(jī)的平面交會(huì)出接收機(jī)的平面位置。位置。2022-1-285衛(wèi)星激光測(cè)距系統(tǒng)衛(wèi)星激光測(cè)距系統(tǒng) 近代衛(wèi)星大地測(cè)量中的衛(wèi)星激光測(cè)距定位也是應(yīng)用了近代衛(wèi)星大地測(cè)量中的衛(wèi)星激光測(cè)距定位也是應(yīng)用了測(cè)距交會(huì)定位的原理與方法。雖然用于激光測(cè)距的衛(wèi)測(cè)距交會(huì)定位的原理與方法。雖然用于激光測(cè)距的衛(wèi)星是在不停地運(yùn)動(dòng)中，但總可以利用固定于地面上的星是在不停地運(yùn)動(dòng)中，但總可以利用固定于地面上的三個(gè)已知點(diǎn)上的衛(wèi)星激光測(cè)距儀同時(shí)測(cè)定某一時(shí)刻至三個(gè)已知點(diǎn)上的衛(wèi)星激光測(cè)距儀同時(shí)測(cè)定某一時(shí)刻至衛(wèi)星的空間距離，應(yīng)用測(cè)距交會(huì)的

4、原理便可確定該時(shí)衛(wèi)星的空間距離，應(yīng)用測(cè)距交會(huì)的原理便可確定該時(shí)刻衛(wèi)星的空間位置?？绦l(wèi)星的空間位置。2022-1-286一、衛(wèi)星定位的基本原理 1、衛(wèi)星的位置：靠地面監(jiān)測(cè)站（點(diǎn)的坐標(biāo)已知）， 地面監(jiān)測(cè)站時(shí)刻監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，測(cè)出二者之間的距離，然后由地已知點(diǎn)的坐標(biāo)交會(huì)出衛(wèi)星的位置。 監(jiān)測(cè)方法： 已知：（X,Y,Z）i， i=1,2,3 觀測(cè)：1，2，3 計(jì)算：（X,Y,Z）s2、測(cè)站的位置： GPS 衛(wèi)星發(fā)射測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航電 文，導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星的位置信息。監(jiān)測(cè)方法： 如果測(cè)距無(wú)誤差， 已知：（X,Y,Z）s， s=1,2,3 觀測(cè)：1，2，3 計(jì)算：（X,Y,Z）p3、衛(wèi)星定位的基本原理 運(yùn)用空間距

5、離前方交會(huì)的方法求出衛(wèi)星的位置。 運(yùn)用空間距離后方交會(huì)的方法求測(cè)站點(diǎn)的位置。 觀測(cè)值：距離 用距離交會(huì)的方法求解P點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）的觀測(cè)方程：21212121)()()(ZZYYXX22222222)()()(ZZYYXX23232323)()()(ZZYYXXGPS定位基本原理定位基本原理 將無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)從地面將無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)從地面電搬到衛(wèi)星上，組成一顆衛(wèi)電搬到衛(wèi)星上，組成一顆衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，應(yīng)用無(wú)線星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，應(yīng)用無(wú)線電測(cè)距交會(huì)原理，便可由三電測(cè)距交會(huì)原理，便可由三個(gè)以上地面已知點(diǎn)交會(huì)出衛(wèi)個(gè)以上地面已知點(diǎn)交會(huì)出衛(wèi)星的位置，反之利用三顆以星的位置，反之利用三顆以上衛(wèi)星的

6、已知空間位置又可上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會(huì)出地面未知點(diǎn)的位置。交會(huì)出地面未知點(diǎn)的位置。這便是這便是GPS衛(wèi)星定位的基本衛(wèi)星定位的基本原理。原理。演示動(dòng)畫2022-1-2810GPS定位基本原理定位基本原理 GPS衛(wèi)星發(fā)射測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航電文，導(dǎo)航電文含有衛(wèi)衛(wèi)星發(fā)射測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航電文，導(dǎo)航電文含有衛(wèi)星的位置信息。用戶用星的位置信息。用戶用GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻同時(shí)接接收機(jī)在某一時(shí)刻同時(shí)接收三顆以上的衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量出測(cè)站點(diǎn)收三顆以上的衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量出測(cè)站點(diǎn)(接收機(jī)的天接收機(jī)的天線中心線中心)P到三顆以上衛(wèi)星的距離并解算出該時(shí)刻衛(wèi)星到三顆以上衛(wèi)星的距離并解算出該時(shí)刻衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，據(jù)此利用距離交會(huì)法

7、解算出測(cè)站點(diǎn)的空間坐標(biāo)，據(jù)此利用距離交會(huì)法解算出測(cè)站點(diǎn)P的的位置。位置。2022-1-2811GPS定位基本原理定位基本原理 如圖所示，設(shè)在時(shí)刻如圖所示，設(shè)在時(shí)刻t在測(cè)站點(diǎn)在測(cè)站點(diǎn)P用用GPS接收機(jī)同時(shí)接收機(jī)同時(shí)測(cè)得測(cè)得P點(diǎn)至三顆點(diǎn)至三顆GPS衛(wèi)星的距離，通過(guò)衛(wèi)星的距離，通過(guò)GPS電文解電文解譯出該時(shí)刻三顆譯出該時(shí)刻三顆GPS衛(wèi)星的三維坐標(biāo)，用距離交會(huì)衛(wèi)星的三維坐標(biāo)，用距離交會(huì)的方法求得的方法求得P點(diǎn)的三維坐標(biāo)。點(diǎn)的三維坐標(biāo)。21 21 21 212222222223 23 23 23()()()()()()()()()XXYYZZXXYYZZXXYYZZ2022-1-2812GPS定位方法定

8、位方法 GPS定位的方法是多種多樣的，用戶可以根據(jù)不定位的方法是多種多樣的，用戶可以根據(jù)不同的用途采用不同的定位方法。同的用途采用不同的定位方法。GPS定位方法可定位方法可依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，作如下劃分依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，作如下劃分:2022-1-28131、根據(jù)定位所采用的觀測(cè)值、根據(jù)定位所采用的觀測(cè)值 1)偽距定位偽距定位 2)載波相位定位載波相位定位2022-1-28142、根據(jù)定位時(shí)接收機(jī)的、根據(jù)定位時(shí)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)靜態(tài)定位靜態(tài)定位對(duì)于固定不動(dòng)的待對(duì)于固定不動(dòng)的待定點(diǎn)，將定點(diǎn)，將GPS接收接收機(jī)安裝在上面，觀機(jī)安裝在上面，觀測(cè)數(shù)分鐘乃至更長(zhǎng)測(cè)數(shù)分鐘乃至更長(zhǎng)的時(shí)間，以確定該的時(shí)

9、間，以確定該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。點(diǎn)的三維坐標(biāo)。2022-1-28152、根據(jù)定位時(shí)接收機(jī)的、根據(jù)定位時(shí)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)定位動(dòng)態(tài)定位至少有一臺(tái)接收至少有一臺(tái)接收機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，測(cè)定的是各觀，測(cè)定的是各觀測(cè)時(shí)刻運(yùn)動(dòng)中的測(cè)時(shí)刻運(yùn)動(dòng)中的接收機(jī)的點(diǎn)位。接收機(jī)的點(diǎn)位。2022-1-28163.根據(jù)定位的模式根據(jù)定位的模式 絕對(duì)定位絕對(duì)定位 獨(dú)立確定待定點(diǎn)獨(dú)立確定待定點(diǎn)在坐標(biāo)系統(tǒng)中的在坐標(biāo)系統(tǒng)中的絕對(duì)位置的方法絕對(duì)位置的方法稱為絕對(duì)定位或稱為絕對(duì)定位或單點(diǎn)定位。單點(diǎn)定位。2022-1-28173.根據(jù)定位的模式根據(jù)定位的模式 相對(duì)定位相對(duì)定位 相對(duì)定位是確定同相對(duì)定位是確定同步跟蹤相同的

10、步跟蹤相同的GPS衛(wèi)星信號(hào)的若干臺(tái)衛(wèi)星信號(hào)的若干臺(tái)接收機(jī)之間的相對(duì)接收機(jī)之間的相對(duì)位置的一種定位方位置的一種定位方法。法。2022-1-28183.根據(jù)定位的模式根據(jù)定位的模式 差分定位差分定位 在基準(zhǔn)點(diǎn)上觀測(cè)求得大氣折射等改正，并及時(shí)發(fā)送在基準(zhǔn)點(diǎn)上觀測(cè)求得大氣折射等改正，并及時(shí)發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站用收到的改正數(shù)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行給流動(dòng)站，流動(dòng)站用收到的改正數(shù)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，得精確點(diǎn)位。改正，得精確點(diǎn)位。2022-1-28194.根據(jù)獲取定位結(jié)果的時(shí)間根據(jù)獲取定位結(jié)果的時(shí)間 實(shí)時(shí)定位實(shí)時(shí)定位 實(shí)時(shí)定位是根據(jù)接收機(jī)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地解算實(shí)時(shí)定位是根據(jù)接收機(jī)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地解算出接收機(jī)天線所

11、在的位置。出接收機(jī)天線所在的位置。2022-1-28204.根據(jù)獲取定位結(jié)果的時(shí)間根據(jù)獲取定位結(jié)果的時(shí)間 非實(shí)時(shí)定位非實(shí)時(shí)定位 非實(shí)時(shí)定位又稱后處理定位，它是通過(guò)對(duì)接收機(jī)接非實(shí)時(shí)定位又稱后處理定位，它是通過(guò)對(duì)接收機(jī)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理以進(jìn)行定位的方法。收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理以進(jìn)行定位的方法。2022-1-2821小結(jié)小結(jié)2022-1-2822GPS定位測(cè)量的分類（1）靜態(tài)定位與動(dòng)態(tài)定位（2）單點(diǎn)定位和相對(duì)定位（3）主動(dòng)式測(cè)距和被動(dòng)式測(cè)距（4）用GPS定位的基本方法5.2.GPS定位測(cè)量概述23 GPS的定位實(shí)質(zhì)： 把衛(wèi)星視為“動(dòng)態(tài)”的控制點(diǎn)，在已知其瞬時(shí)坐標(biāo)的條件下，進(jìn)行空間距離 后方交會(huì)，確

12、定用戶接收機(jī)天線所處 的位置。 24定位方式：v按接收機(jī)天線所處的狀態(tài)不同 （1）靜態(tài)定位 （2）動(dòng)態(tài)定位v按參考點(diǎn)位置的不同 （1）單點(diǎn)定位 （2）相對(duì)定位。25 GPS接收機(jī)在進(jìn)行定位時(shí)，待定點(diǎn)的位置相對(duì)其周圍的點(diǎn)位沒有發(fā)生變化，其天線位置處于固定不動(dòng)的靜止?fàn)顟B(tài)。 26 在定位過(guò)程中，接收機(jī)位于運(yùn)動(dòng)著的載體，天線也處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的定位。27（1）靜態(tài)定位與動(dòng)態(tài)定位 可靠性強(qiáng)，定位精度高，在大地測(cè)量、工程測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用，是精密定位中的基本模式。 可測(cè)定一個(gè)動(dòng)點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置、運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)。如速度、時(shí)間和方位等。28（2）單點(diǎn)定位與相對(duì)定位 在一個(gè)測(cè)站上同步觀測(cè)4個(gè)偽距觀測(cè)值，求解出4

13、個(gè)未知參數(shù)（3個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)分量和1個(gè)鐘差系數(shù)）。29 采用兩臺(tái)以上的接收機(jī)同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，以確定接收機(jī)天線間的相互位置關(guān)系的一種方法。（2）單點(diǎn)定位與相對(duì)定位30（3）主動(dòng)式測(cè)距與被動(dòng)式測(cè)距 用電磁波測(cè)距儀發(fā)射測(cè)距信號(hào)，通過(guò)反射器反射回來(lái)，再由測(cè)距儀接收。 根據(jù)測(cè)距信號(hào)的傳播時(shí)間求解距離 。31 只要求儀器鐘自身能在信號(hào)往、返時(shí)間段中保持穩(wěn)定，不影響測(cè)距精度。（3）主動(dòng)式測(cè)距與被動(dòng)式測(cè)距 用戶須發(fā)射信號(hào)，因而難以隱蔽自己。對(duì)軍事用戶十分不利。32（3）主動(dòng)式測(cè)距與被動(dòng)式測(cè)距 發(fā)射站在規(guī)定時(shí)刻內(nèi)準(zhǔn)確發(fā)出信號(hào)，用戶根據(jù)自己的時(shí)鐘記錄信號(hào)到達(dá)時(shí)間，根據(jù)時(shí)差t 求解距離。33（3）主動(dòng)式測(cè)距與

14、被動(dòng)式測(cè)距 用戶無(wú)需發(fā)射信號(hào)，便于隱蔽自己；所需裝置也較簡(jiǎn)單，僅接收設(shè)備即可。 接收機(jī)鐘和各衛(wèi)星鐘不能與GPS時(shí)間系統(tǒng)保持絕對(duì)同步，由此所引起的鐘差對(duì)測(cè)距帶來(lái)了影響。34（4）GPS定位的基本方法 衛(wèi)星射電干涉測(cè)量 多普勒定位法 偽距定位法 載波相位測(cè)量35衛(wèi)星射電干涉測(cè)量 利用GPS衛(wèi)星射電信號(hào)具有白噪聲的特性，由兩個(gè)測(cè)站同時(shí)觀測(cè)一顆GPS衛(wèi)星，通過(guò)測(cè)量這顆衛(wèi)星的射電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)測(cè)站的時(shí)間差，可以求得站間距離。 射電，即射電天文學(xué)，是通過(guò)觀測(cè)天體的無(wú)線電波來(lái)研究天文現(xiàn)象的一門學(xué)科。由于地球大氣的阻攔，從天體來(lái)的無(wú)線電波只有波長(zhǎng)約 1毫米到30米左右的才能到達(dá)地面，迄今為止，絕大部分的射電天文

15、研究都是在這個(gè)波段內(nèi)進(jìn)行的。射電天文學(xué)以無(wú)線電接收技術(shù)為觀測(cè)手段，觀測(cè)的對(duì)象遍及所有天體：從近處的太陽(yáng)系天體到銀河系中的各種對(duì)象，直到極其遙遠(yuǎn)的銀河系以外的目標(biāo)。 白噪聲是指在較寬的頻率范圍內(nèi)，各等帶寬的頻帶所含的噪聲能量相等的噪聲。 36衛(wèi)星射電干涉測(cè)量 GPS衛(wèi)星的信號(hào)強(qiáng)度比類星體的信號(hào)強(qiáng)度大10萬(wàn)倍，利用GPS衛(wèi)星射電信號(hào)具有白噪聲的特性，由兩個(gè)測(cè)站同時(shí)觀測(cè)一顆GPS衛(wèi)星，通過(guò)測(cè)量 這顆衛(wèi)星的射電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)測(cè)站的時(shí)間差，可以求得站間距離。由于在進(jìn)行干涉測(cè)量時(shí)，只把GPS衛(wèi)星信號(hào)當(dāng)作噪聲信號(hào)來(lái)使用，因而無(wú)需了解信號(hào)的結(jié)構(gòu)，所以這種方法對(duì)于無(wú)法獲得P碼的用戶是很有引引力的。其模型與在接收機(jī)

16、間求一次差的載波相位測(cè)量定位模型十分相似。 37多普勒定位法 多普勒效應(yīng)是多普勒效應(yīng)是19421942年奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的。它的年奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的。它的具體內(nèi)容是：具體內(nèi)容是： 當(dāng)波源與觀測(cè)者做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者接收到的信號(hào)頻率與波當(dāng)波源與觀測(cè)者做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者接收到的信號(hào)頻率與波源發(fā)射的信號(hào)頻率不相同。這種由于波源相對(duì)與觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)而引起源發(fā)射的信號(hào)頻率不相同。這種由于波源相對(duì)與觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)而引起的信號(hào)頻率的移動(dòng)稱為多普勒頻移，其現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。的信號(hào)頻率的移動(dòng)稱為多普勒頻移，其現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。 根據(jù)多普勒效應(yīng)原理，利用GPS衛(wèi)星較高的發(fā)射頻率，由積分多普勒

17、記數(shù)得出偽距差。當(dāng)采用積分多普勒記數(shù)法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所需觀測(cè)時(shí)間一般較常（數(shù)小時(shí)），同時(shí)，在觀測(cè)過(guò)程中接收機(jī)的震蕩器要求保持高度穩(wěn)定。 38 偽距定位法 在某一瞬間利用GPS接收機(jī)同時(shí)測(cè)定至少四顆衛(wèi)星的偽距，根據(jù)已知的衛(wèi)星位置和偽距觀測(cè)值，采用距離交會(huì)法求出接收機(jī)的三維坐標(biāo)和時(shí)鐘改正數(shù)。39一次位的精度并不高，但定位速度快， 經(jīng)幾小時(shí)的定位也可達(dá)米級(jí)。若再增加觀測(cè)時(shí)間，精度還可以提高。（3）偽距定位法40載波相位測(cè)量 把載波作為量測(cè)信號(hào)，對(duì)載波進(jìn)行相位測(cè)量可以達(dá)到很高的精度。通過(guò)測(cè)量載波的相位而求得接收機(jī)到GPS衛(wèi)星的距離。41*425.3GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量 1、定位原理

18、：、定位原理： 測(cè)距交會(huì)測(cè)距交會(huì) 2、進(jìn)行定位的兩個(gè)條件：、進(jìn)行定位的兩個(gè)條件： 測(cè)距信號(hào)測(cè)距信號(hào) 導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文 利用測(cè)距信號(hào)確定站星距離利用測(cè)距信號(hào)確定站星距離 利用導(dǎo)航電文確定衛(wèi)星位置利用導(dǎo)航電文確定衛(wèi)星位置*43一、概述一、概述 一個(gè)站星距離一個(gè)站星距離 測(cè)站位于以衛(wèi)星為球心，測(cè)站位于以衛(wèi)星為球心，站星距離為半徑的球面站星距離為半徑的球面上上GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量概述概述*44一、概述一、概述 兩個(gè)站星距離兩個(gè)站星距離 作兩個(gè)球面作兩個(gè)球面 兩個(gè)球面相交為圓兩個(gè)球面相交為圓 測(cè)站位于圓圈上測(cè)站位于圓圈上GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量概述概述*45一、概

19、述一、概述 三個(gè)站星距離三個(gè)站星距離 作三個(gè)球面作三個(gè)球面 三個(gè)球面兩兩相交于兩三個(gè)球面兩兩相交于兩點(diǎn)點(diǎn) 測(cè)站位于其中一點(diǎn)測(cè)站位于其中一點(diǎn)GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量概述概述*46一、概述一、概述 GPS單點(diǎn)定位方法的實(shí)質(zhì)是空間距離后方交會(huì)單點(diǎn)定位方法的實(shí)質(zhì)是空間距離后方交會(huì) 一個(gè)站星距離一個(gè)站星距離 = 球面球面 兩個(gè)站星距離兩個(gè)站星距離 = 圓圓 三個(gè)站星距離三個(gè)站星距離 = 兩點(diǎn)兩點(diǎn) 三個(gè)站星距離三個(gè)站星距離 + 地球地球 = 一點(diǎn)一點(diǎn)GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量概述概述*47一、概述一、概述GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量概述概述2121211)(

20、)()(ZZYYXXRsss2222222)()()(ZZYYXXRsss2323233)()()(ZZYYXXRsss閾值earthRZYX222*48二、定位方法的分類二、定位方法的分類 1、按照參考點(diǎn)的不同位置分：、按照參考點(diǎn)的不同位置分： 絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位） 相對(duì)定位相對(duì)定位 2、按用戶接收機(jī)在作業(yè)中所處狀態(tài)分：、按用戶接收機(jī)在作業(yè)中所處狀態(tài)分： 靜態(tài)定位靜態(tài)定位 動(dòng)態(tài)定位動(dòng)態(tài)定位 另外在絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，又都包含靜態(tài)與另外在絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，又都包含靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種形式。動(dòng)態(tài)兩種形式。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量定位方法的分類定位方法的分類*

21、49二、定位方法的分類二、定位方法的分類 3、按照測(cè)距原理分：、按照測(cè)距原理分： 偽距法定位偽距法定位 載波相位測(cè)量定位載波相位測(cè)量定位 差分差分GPS定位定位GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量定位方法的分類定位方法的分類*50三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念 GPS衛(wèi)星信號(hào)含有多種定位信息，根據(jù)不同的要衛(wèi)星信號(hào)含有多種定位信息，根據(jù)不同的要求，可以從中獲得不同的觀測(cè)量，其中主要包括：求，可以從中獲得不同的觀測(cè)量，其中主要包括： 根據(jù)碼相位觀測(cè)得出的偽距根據(jù)碼相位觀測(cè)得出的偽距 根據(jù)載波相位觀測(cè)得出的偽距根據(jù)載波相位觀測(cè)得出的偽距 由積分多普勒計(jì)數(shù)得出的偽距差由積分多普勒計(jì)數(shù)得

22、出的偽距差 由干涉法測(cè)量得出的時(shí)間延遲由干涉法測(cè)量得出的時(shí)間延遲 目前廣泛采用的基本觀測(cè)量主要有兩種，即碼相目前廣泛采用的基本觀測(cè)量主要有兩種，即碼相位觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量。位觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念*51三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念 所謂碼相位觀測(cè)，所謂碼相位觀測(cè)，即測(cè)量即測(cè)量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)（C/A碼或碼或P碼），到達(dá)用戶接收機(jī)天線（觀測(cè)站）的傳碼），到達(dá)用戶接收機(jī)天線（觀測(cè)站）的傳播時(shí)間，因此這種觀測(cè)方法，也稱為時(shí)間延遲測(cè)量。播時(shí)間，因此這種觀測(cè)方法，也稱為時(shí)間延遲測(cè)量。

23、 只只能用于單點(diǎn)絕對(duì)定位，如導(dǎo)航型能用于單點(diǎn)絕對(duì)定位，如導(dǎo)航型GPS接收機(jī)。接收機(jī)。 載波相位觀測(cè)，載波相位觀測(cè)，是測(cè)量接收機(jī)接收到具有多普勒頻移是測(cè)量接收機(jī)接收到具有多普勒頻移的載波信號(hào)，與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)之間的相位差。的載波信號(hào)，與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)之間的相位差。主要的應(yīng)用是進(jìn)行相對(duì)定位，如測(cè)地型主要的應(yīng)用是進(jìn)行相對(duì)定位，如測(cè)地型GPS接收機(jī)。接收機(jī)。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念*52三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念 由于載波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于碼的波長(zhǎng)，所以在分辨率相同的情由于載波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于碼的波長(zhǎng)，所以在分辨率相同的情況下，

24、載波相位的觀測(cè)精度遠(yuǎn)高于碼相位的觀測(cè)精度。況下，載波相位的觀測(cè)精度遠(yuǎn)高于碼相位的觀測(cè)精度。 但是載波相位觀測(cè)的主要問(wèn)題是，它無(wú)法直接測(cè)定衛(wèi)星載但是載波相位觀測(cè)的主要問(wèn)題是，它無(wú)法直接測(cè)定衛(wèi)星載波信號(hào)在傳播路線上相位變化的整周數(shù)，因而存在波信號(hào)在傳播路線上相位變化的整周數(shù)，因而存在整周不整周不確定性問(wèn)題確定性問(wèn)題。另外，在接收機(jī)跟蹤。另外，在接收機(jī)跟蹤GPS信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)的過(guò)信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)的過(guò)程中，常常由于多種原因，還可能產(chǎn)生程中，常常由于多種原因，還可能產(chǎn)生整周跳變現(xiàn)象整周跳變現(xiàn)象。這。這樣一來(lái)，使得數(shù)據(jù)處理變得很復(fù)雜。樣一來(lái)，使得數(shù)據(jù)處理變得很復(fù)雜。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)

25、量的基本概念觀測(cè)量的基本概念*53三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念 高精度高精度GPS基線向量的獲?。夯€向量的獲?。?將兩臺(tái)將兩臺(tái)GPS接收機(jī)分別安置在兩個(gè)不同的點(diǎn)上，同接收機(jī)分別安置在兩個(gè)不同的點(diǎn)上，同時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星載波信號(hào)，利用載波相位差分觀測(cè)值，消除或時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星載波信號(hào)，利用載波相位差分觀測(cè)值，消除或削弱多種誤差的影響，從而獲得高精度削弱多種誤差的影響，從而獲得高精度GPS基線向量?；€向量。 載波相位觀測(cè)量的原始意義：載波相位觀測(cè)量的原始意義： 它是衛(wèi)星的載波信號(hào)與接收機(jī)參考信號(hào)之間的相位差。它是衛(wèi)星的載波信號(hào)與接收機(jī)參考信號(hào)之間的相位差。在實(shí)用上，采用原始相位觀測(cè)值的各種線性組

26、合（即差分）在實(shí)用上，采用原始相位觀測(cè)值的各種線性組合（即差分）作為觀測(cè)量，以減弱各種誤差。作為觀測(cè)量，以減弱各種誤差。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念*54三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念 由于全球定位系統(tǒng)采用由于全球定位系統(tǒng)采用單程測(cè)距原理單程測(cè)距原理，所以，要準(zhǔn)確地測(cè)，所以，要準(zhǔn)確地測(cè)定衛(wèi)星至觀測(cè)站的距離，就必須使衛(wèi)星鐘與用戶接收機(jī)鐘定衛(wèi)星至觀測(cè)站的距離，就必須使衛(wèi)星鐘與用戶接收機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步。但在實(shí)踐中這是難以實(shí)現(xiàn)的。因此，實(shí)際保持嚴(yán)格同步。但在實(shí)踐中這是難以實(shí)現(xiàn)的。因此，實(shí)際上，通過(guò)上述碼相位觀測(cè)或載波相位觀測(cè)所確定的衛(wèi)星至上，通過(guò)

27、上述碼相位觀測(cè)或載波相位觀測(cè)所確定的衛(wèi)星至觀測(cè)站的距離，都不可避免地會(huì)觀測(cè)站的距離，都不可避免地會(huì)含有衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘非含有衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘非同步誤差的影響同步誤差的影響。為了與上述的幾何距離相區(qū)別，這種含。為了與上述的幾何距離相區(qū)別，這種含有鐘差影響的距離，通常均稱為有鐘差影響的距離，通常均稱為“偽距偽距”，并把它視為，并把它視為GPS定位的基本觀測(cè)量。定位的基本觀測(cè)量。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念*55三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念 偽距：偽距：GPS接收機(jī)對(duì)碼的量測(cè)就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，接收機(jī)對(duì)碼的量測(cè)就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距

28、離，由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。為偽距。 測(cè)碼偽距：測(cè)碼偽距： 由碼相位觀測(cè)所確定的偽距。由碼相位觀測(cè)所確定的偽距。 測(cè)相偽距：測(cè)相偽距： 由載波相位觀測(cè)所確定的偽距。由載波相位觀測(cè)所確定的偽距。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念*56三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念 接收機(jī)對(duì)跟蹤的每一顆衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距接收機(jī)對(duì)跟蹤的每一顆衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距地心SiPijPj riRjRj = ri +Pij有關(guān)各觀測(cè)量及已知數(shù)

29、據(jù)如下：有關(guān)各觀測(cè)量及已知數(shù)據(jù)如下：r 為已知的衛(wèi)地矢量P為觀測(cè)量（偽距）R為未知的測(cè)站點(diǎn)位矢量*57三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念接收機(jī)至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號(hào)量測(cè)并計(jì)算得到的接收機(jī)本身按同一公式復(fù)制碼信號(hào)比較本機(jī)碼信號(hào)及到達(dá)的碼信號(hào)確定傳播延遲的時(shí)間t傳播延遲時(shí)間乘以光速就是距離觀測(cè)值=C t衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號(hào)接收機(jī)時(shí)鐘復(fù)制的碼信號(hào)tt5.4 偽距測(cè)量目前廣泛應(yīng)用的基本觀測(cè)量主要是碼相位觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量。1/28/2022由于衛(wèi)星時(shí)鐘、接收機(jī)時(shí)鐘的誤差以及無(wú)線電信號(hào)經(jīng)過(guò)電離層和對(duì)流層中的延遲

30、，實(shí)際測(cè)出的距離與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離有一定差值，因此一般稱量測(cè)出的距離為偽距。用C/A碼進(jìn)行測(cè)量的偽距為C/A碼偽距，用P碼測(cè)量的偽距為P碼偽距。偽距：定義為信號(hào)接收時(shí)間 與信號(hào)發(fā)射時(shí)間之間的差異再乘以光速。 ( )ut t( )()stt1/28/2022偽距偽距1/28/2022偽距定位觀測(cè)方程偽距觀測(cè)方程：簡(jiǎn)寫成：真實(shí)距離接收機(jī)鐘差衛(wèi)星鐘差電離層延時(shí)對(duì)流層延時(shí)偽距測(cè)量噪聲1/28/2022偽距法定位是由GNSS接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)出的到四顆以上GNSS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會(huì)的方法，求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。1/28/2022載波相位測(cè)量是接收機(jī)測(cè)量接收到的載波

31、信號(hào)，與接收機(jī)載波相位測(cè)量是接收機(jī)測(cè)量接收到的載波信號(hào)，與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)之間的產(chǎn)生的參考載波信號(hào)之間的相位差相位差，通過(guò)相位差來(lái)求解接，通過(guò)相位差來(lái)求解接收機(jī)位置。收機(jī)位置。由于載波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于碼長(zhǎng)，由于載波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于碼長(zhǎng)，C/AC/A碼碼元寬度碼碼元寬度293293m m，P P 碼碼碼元寬度碼元寬度29.329.3m m，而而L1L1載波波長(zhǎng)為載波波長(zhǎng)為19.0319.03cmcm， L2 L2載波波長(zhǎng)載波波長(zhǎng)為為24.4224.42cmcm，在分辨率相同的情況下，在分辨率相同的情況下， L1L1載波的觀測(cè)誤差載波的觀測(cè)誤差約為約為2.02.0mmmm， L2 L2載波的觀測(cè)誤

32、差約為載波的觀測(cè)誤差約為2.52.5mmmm。而而C/AC/A碼觀測(cè)碼觀測(cè)精度為精度為2.92.9m m，P P碼為碼為0.290.29m m。載波相位觀測(cè)是目前最精確的觀測(cè)方法載波相位觀測(cè)是目前最精確的觀測(cè)方法。5.5 載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量1/28/2022 載波相位差對(duì)應(yīng)著距離差載波相位差對(duì)應(yīng)著距離差 載波相位測(cè)量值是載波相位測(cè)量值是GPSGPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本振參考信號(hào)的相位差。收機(jī)本振參考信號(hào)的相位差。載波相位測(cè)量值載波相位測(cè)量值載波相位測(cè)量觀測(cè)方程載波波長(zhǎng)周整模糊度這是利用載波相位進(jìn)行定位的基本方程式；電離層延時(shí)對(duì)碼相位和載波相位

33、的影響不同！強(qiáng)調(diào)：載波相位測(cè)量實(shí)際上是載波相位差的測(cè)量。偽距電離層影響不同載波相位觀測(cè)的主要問(wèn)題：無(wú)法直接測(cè)定衛(wèi)星載波信號(hào)在傳播路徑上相位變化的整周數(shù)，存在整周不確定性問(wèn)題。此外，在接收機(jī)跟蹤GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)過(guò)程中，常常由于接收機(jī)天線被遮擋、外界噪聲信號(hào)干擾等原因，還可能產(chǎn)生整周跳變現(xiàn)象。有關(guān)整周不確定性問(wèn)題，通?？赏ㄟ^(guò)適當(dāng)數(shù)據(jù)處理而解決，但將使數(shù)據(jù)處理復(fù)雜化。載波相位測(cè)量的主要問(wèn)題整周未知數(shù)與整周跳變1/28/2022整周未知數(shù)確定整周未知數(shù)N是載波相位測(cè)量的一項(xiàng)重要工作，常用的方法有下列幾種：1、偽距法2、經(jīng)典方法將整周未知數(shù)作為待定參數(shù)求解3、多普勒法（三差法）4、快速確定整周未知數(shù)法

34、1/28/2022整周未知數(shù)1、偽距法偽距法是在進(jìn)行載波相位測(cè)量的同時(shí)又進(jìn)行了偽距測(cè)量，將偽距觀測(cè)值減去載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值（化為以距離為單位）后即可得到N0。但由于偽距測(cè)量的精度較低，所以要有較多的觀測(cè)值取平均值后才能獲得正確的整波段數(shù)。1/28/2022整周未知數(shù)2、經(jīng)典方法把整周未知數(shù)當(dāng)作平差計(jì)算中的待定參數(shù)來(lái)加以估計(jì)和確定。分兩種方法：（1）整數(shù)解 由于誤差影響，解得得整周未知數(shù)往往不是一個(gè)整數(shù)，然后將其固定為整數(shù)，并重新進(jìn)行平差計(jì)算。也稱為固定解（fixed solution）（2）實(shí)數(shù)解當(dāng)誤差消除得不夠完全時(shí)，整周未知數(shù)無(wú)法估計(jì)很準(zhǔn)確，此時(shí)直接將實(shí)數(shù)解作為最后解。也稱為浮點(diǎn)解（

35、floating solution）1/28/2022整周未知數(shù)3、多普勒法（三差法）由于連續(xù)跟蹤的所有載波相位測(cè)量觀測(cè)值中均含有相同的整周未知數(shù)，所以將相鄰兩個(gè)觀測(cè)歷元的載波相位相減，就將該未知數(shù)消去，從而直接接觸坐標(biāo)參數(shù)，這就是多普勒法。由于三差法可以消除許多誤差，所以使用較廣泛。1/28/2022整周未知數(shù)4、快速確定整周位置數(shù)法1990年E.Frei和G.Beutler提出了快速模糊度（即整周未知數(shù)）解算算法進(jìn)行快速定位的方法。采用這種方法進(jìn)行短基線定位時(shí)，利用雙頻接收機(jī)只需觀測(cè)一分鐘便能成功的確定整周未知數(shù)。1/28/2022整周跳變?nèi)绻诟櫺l(wèi)星過(guò)程中，由于某種原因，如衛(wèi)星信號(hào)被障

36、礙物擋住而暫時(shí)中斷，或受無(wú)線電信號(hào)干擾造成失鎖，這樣計(jì)數(shù)器無(wú)法連續(xù)計(jì)數(shù)；因此，當(dāng)信號(hào)重新被跟蹤后，整周計(jì)數(shù)就不正確，但是不到一個(gè)整周的相位觀測(cè)值仍是正確的，這種現(xiàn)象稱為周跳。1/28/2022整周未知數(shù)和整周跳變周跳的出現(xiàn)和處理是載波相位測(cè)量中的重要問(wèn)題，整周跳變的探測(cè)與修復(fù)常用的方法有下列幾種方法：1、屏幕掃描法（也就是手工編輯）2、多項(xiàng)式擬合法3、衛(wèi)星間求差法4、根據(jù)平差后的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)整周跳變關(guān)于周跳探測(cè)與回復(fù)的方法，此處不進(jìn)行詳細(xì)介紹，可參見有關(guān)參考資料。1/28/2022 偽距和載波相位是偽距和載波相位是GPS接收機(jī)的兩個(gè)基本距離測(cè)接收機(jī)的兩個(gè)基本距離測(cè)量值，兩者既明顯區(qū)別，又相互

37、補(bǔ)充。量值，兩者既明顯區(qū)別，又相互補(bǔ)充。偽距與載波相位測(cè)量方法的對(duì)偽距與載波相位測(cè)量方法的對(duì)比比偽距測(cè)量值至少4顆可見衛(wèi)星的偽距就可單點(diǎn)定位測(cè)量值較為粗略，誤差達(dá)到幾米級(jí)別；受多徑影響大；載波相位測(cè)量值存在周整模糊度問(wèn)題，無(wú)法獨(dú)立測(cè)距。測(cè)量值平滑、精度很高，定位精度可以達(dá)到mm級(jí)別；受多徑影響??；相互補(bǔ)充利用載波相位測(cè)量值來(lái)平滑偽距測(cè)量值；利用偽距來(lái)輔助確定載波相位中的周整模糊度。VS1/28/2022*765GPS絕對(duì)定位與相對(duì)定位絕對(duì)定位與相對(duì)定位*77一、概述一、概述 絕對(duì)定位絕對(duì)定位單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 WGS-84坐標(biāo)坐標(biāo) 靜態(tài)定位：米級(jí)精度靜態(tài)定位：米級(jí)精度 動(dòng)態(tài)定位：動(dòng)態(tài)定位：10-

38、40米精度米精度 相對(duì)定位相對(duì)定位 相對(duì)坐標(biāo)差相對(duì)坐標(biāo)差 靜態(tài)定位：精度靜態(tài)定位：精度mm級(jí)級(jí) 動(dòng)態(tài)定位：精度動(dòng)態(tài)定位：精度cm級(jí)級(jí)絕對(duì)定位與相對(duì)定位絕對(duì)定位與相對(duì)定位概述概述*78二、靜態(tài)絕對(duì)定位二、靜態(tài)絕對(duì)定位 1、絕對(duì)定位的概念、絕對(duì)定位的概念 絕對(duì)定位，也叫單點(diǎn)定位，通常是指在協(xié)議地絕對(duì)定位，也叫單點(diǎn)定位，通常是指在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，直接確定觀測(cè)站相對(duì)于坐標(biāo)系原球坐標(biāo)系中，直接確定觀測(cè)站相對(duì)于坐標(biāo)系原點(diǎn)（地球質(zhì)心）絕對(duì)坐標(biāo)的一種定位方法。點(diǎn)（地球質(zhì)心）絕對(duì)坐標(biāo)的一種定位方法。絕對(duì)定位與相對(duì)定位絕對(duì)定位與相對(duì)定位靜態(tài)絕對(duì)定位靜態(tài)絕對(duì)定位*79二、靜態(tài)絕對(duì)定位二、靜態(tài)絕對(duì)定位 2、靜態(tài)絕對(duì)

39、定位靜態(tài)絕對(duì)定位 接收機(jī)天線處于靜止?fàn)顟B(tài)下，確定觀測(cè)站點(diǎn)接收機(jī)天線處于靜止?fàn)顟B(tài)下，確定觀測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)的方法稱為靜態(tài)絕對(duì)定位。坐標(biāo)的方法稱為靜態(tài)絕對(duì)定位。絕對(duì)定位與相對(duì)定位絕對(duì)定位與相對(duì)定位靜態(tài)絕對(duì)定位靜態(tài)絕對(duì)定位*80二、靜態(tài)絕對(duì)定位二、靜態(tài)絕對(duì)定位 3、幾個(gè)概念：幾個(gè)概念： 1.平面位置精度因子：平面位置精度因子：HDOP 2.高程精度因子：高程精度因子：VDOP 3.空間位置精度因子：空間位置精度因子：PDOP 4.接收機(jī)鐘差精度因子：接收機(jī)鐘差精度因子：TDOP 5.幾何精度因子：幾何精度因子：GDOP絕對(duì)定位與相對(duì)定位絕對(duì)定位與相對(duì)定位靜態(tài)絕對(duì)定位靜態(tài)絕對(duì)定位*81三、靜態(tài)相對(duì)定位三、靜

40、態(tài)相對(duì)定位 相對(duì)定位是用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上相對(duì)定位是用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上GPS接收機(jī)分別接收機(jī)分別安置在不同的測(cè)站上，同步觀測(cè)相同的安置在不同的測(cè)站上，同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)的相對(duì)位置或基線向量。星，以確定基線端點(diǎn)的相對(duì)位置或基線向量。絕對(duì)定位與相對(duì)定位絕對(duì)定位與相對(duì)定位靜態(tài)相對(duì)定位靜態(tài)相對(duì)定位*82三、靜態(tài)相對(duì)定位三、靜態(tài)相對(duì)定位 利用不同觀測(cè)值的線性組合（求差）進(jìn)行相對(duì)利用不同觀測(cè)值的線性組合（求差）進(jìn)行相對(duì)定位，有單差、雙差、三差。求差過(guò)程可以有定位，有單差、雙差、三差。求差過(guò)程可以有效地消除或減弱相關(guān)誤差的影響，從而提高相效地消除或減弱相關(guān)誤差的影響，從而提高相對(duì)定位的精度

41、。對(duì)定位的精度。絕對(duì)定位與相對(duì)定位絕對(duì)定位與相對(duì)定位靜態(tài)相對(duì)定位靜態(tài)相對(duì)定位*836美國(guó)的美國(guó)的GPS政策政策*84一、美國(guó)的一、美國(guó)的SA和和AS政策政策 1、GPS 系統(tǒng)針對(duì)不同用戶提供兩種不同類型的系統(tǒng)針對(duì)不同用戶提供兩種不同類型的服務(wù)：服務(wù)： 1、標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPSStandard Positioning Service) ； SPS采用明碼廣播，任何用戶均可使用。采用明碼廣播，任何用戶均可使用。 2、精密定位服務(wù)、精密定位服務(wù)(PPSPrecision PositioningService) 。 PPS供美國(guó)和選定的（授權(quán)的）盟軍用戶使用。供美國(guó)和選定的（授權(quán)的）盟軍

42、用戶使用。美國(guó)的美國(guó)的GPS政策政策美國(guó)的美國(guó)的SA和和AS政策政策*85一、美國(guó)的一、美國(guó)的SA和和AS政策政策 2、SA技術(shù)和技術(shù)和AS技術(shù)技術(shù) （1）SA技術(shù)技術(shù)選擇可用性技術(shù)選擇可用性技術(shù)它是為控制非授權(quán)用戶獲得高精度實(shí)時(shí)定位的它是為控制非授權(quán)用戶獲得高精度實(shí)時(shí)定位的一種方法。采用一種方法。采用和和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 技術(shù)技術(shù)是將衛(wèi)星發(fā)送的是將衛(wèi)星發(fā)送的GPS衛(wèi)星軌道參數(shù)有意識(shí)地施衛(wèi)星軌道參數(shù)有意識(shí)地施加一個(gè)慢變偏移，使廣播星歷精度由原來(lái)的加一個(gè)慢變偏移，使廣播星歷精度由原來(lái)的25m降低降低到到100m，達(dá)到降低定位精度的目的。，達(dá)到降低定位精度的目的。美國(guó)的美國(guó)的GPS政策政策美國(guó)

43、的美國(guó)的SA和和AS政策政策*86一、美國(guó)的一、美國(guó)的SA和和AS政策政策 2、SA技術(shù)和技術(shù)和AS技術(shù)技術(shù) （1）SA技術(shù)技術(shù)選擇可用性技術(shù)選擇可用性技術(shù)它是為控制非授權(quán)用戶獲得高精度實(shí)時(shí)定位的它是為控制非授權(quán)用戶獲得高精度實(shí)時(shí)定位的一種方法。采用一種方法。采用和和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 技術(shù)技術(shù) 是對(duì)衛(wèi)星的基準(zhǔn)頻率（是對(duì)衛(wèi)星的基準(zhǔn)頻率（10.23Hz）施加高頻率抖動(dòng)噪）施加高頻率抖動(dòng)噪聲信號(hào)。這些信號(hào)是隨機(jī)，并受美國(guó)軍方控制的。聲信號(hào)。這些信號(hào)是隨機(jī)，并受美國(guó)軍方控制的。 由于信號(hào)抖動(dòng)產(chǎn)生測(cè)距誤差和測(cè)速誤差，使由于信號(hào)抖動(dòng)產(chǎn)生測(cè)距誤差和測(cè)速誤差，使C/A碼單碼單點(diǎn)定位由原來(lái)的點(diǎn)定位由原來(lái)的2

44、5m降低到降低到100m。美國(guó)的美國(guó)的GPS政策政策美國(guó)的美國(guó)的SA和和AS政策政策*87一、美國(guó)的一、美國(guó)的SA和和AS政策政策 2、SA技術(shù)和技術(shù)和AS技術(shù)技術(shù) （2）AS技術(shù)技術(shù)反電子欺騙技術(shù)反電子欺騙技術(shù)它是將它是將P碼與更加保密的碼與更加保密的W碼模碼模2相加形成相加形成Y碼，碼，使得非授權(quán)用戶無(wú)法接收使得非授權(quán)用戶無(wú)法接收L2頻率的頻率的P碼信號(hào)。碼信號(hào)。美國(guó)的美國(guó)的GPS政策政策美國(guó)的美國(guó)的SA和和AS政策政策*88二、二、GPS現(xiàn)代化計(jì)劃現(xiàn)代化計(jì)劃 內(nèi)容內(nèi)容包括：包括： 增加民用信號(hào)增加民用信號(hào) 改善現(xiàn)有信號(hào)改善現(xiàn)有信號(hào) 克服大氣層效應(yīng)克服大氣層效應(yīng) 改善地面設(shè)施改善地面設(shè)施

45、開發(fā)第三代開發(fā)第三代GPS衛(wèi)星衛(wèi)星美國(guó)的美國(guó)的GPS政策政策GPS現(xiàn)代化計(jì)劃現(xiàn)代化計(jì)劃*89三、針對(duì)三、針對(duì)SA和和AS政策的對(duì)策政策的對(duì)策 針對(duì)美國(guó)政府的針對(duì)美國(guó)政府的SA和和AS技術(shù)政策，應(yīng)采用以下技術(shù)政策，應(yīng)采用以下幾項(xiàng)措施：幾項(xiàng)措施： 研究解密技術(shù)研究解密技術(shù),破譯破譯P碼或碼或Y碼碼 研制接收雙定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)研制接收雙定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī) 發(fā)展發(fā)展DGPS和和WADGPS差分差分GPS系統(tǒng)系統(tǒng) 建立獨(dú)立的建立獨(dú)立的GPS衛(wèi)星測(cè)軌系統(tǒng)衛(wèi)星測(cè)軌系統(tǒng) 建立獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)建立獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)美國(guó)的美國(guó)的GPS政策政策針對(duì)針對(duì)SA和和AS政策的對(duì)策政策的對(duì)策*907

46、差分差分GPS定位原理定位原理*91一、差分的基本概念一、差分的基本概念 觀測(cè)值之間求差，消除公共誤差，以提高定位精觀測(cè)值之間求差，消除公共誤差，以提高定位精度。度。 1、在一個(gè)測(cè)站上對(duì)兩個(gè)觀測(cè)目標(biāo)觀測(cè)、在一個(gè)測(cè)站上對(duì)兩個(gè)觀測(cè)目標(biāo)觀測(cè),將觀測(cè)值求差將觀測(cè)值求差; 2、在兩個(gè)測(cè)站上對(duì)同一觀測(cè)目標(biāo)觀測(cè)、在兩個(gè)測(cè)站上對(duì)同一觀測(cè)目標(biāo)觀測(cè),將觀測(cè)值求差將觀測(cè)值求差; 3、在一個(gè)測(cè)站上對(duì)同一觀測(cè)目標(biāo)兩次觀測(cè)求差。、在一個(gè)測(cè)站上對(duì)同一觀測(cè)目標(biāo)兩次觀測(cè)求差。差分差分GPS定位原理定位原理差分的基本概念差分的基本概念*92二、差分的作用二、差分的作用 GPS定位中，存在著三部分的誤差：定位中，存在著三部分的誤差

47、： 1、多臺(tái)接收機(jī)公有的誤差：如衛(wèi)星鐘差、星歷誤差等；、多臺(tái)接收機(jī)公有的誤差：如衛(wèi)星鐘差、星歷誤差等； 2、傳播延遲誤差：如電離層誤差、對(duì)流層誤差；、傳播延遲誤差：如電離層誤差、對(duì)流層誤差； 3、接收機(jī)固有的誤差：如內(nèi)部噪聲、通道延遲、多路、接收機(jī)固有的誤差：如內(nèi)部噪聲、通道延遲、多路徑效應(yīng)等。徑效應(yīng)等。差分差分GPS定位原理定位原理差分的作用差分的作用*93二、差分的作用二、差分的作用可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差可以消去接收機(jī)時(shí)鐘的誤差可以消去接收機(jī)時(shí)鐘的誤差PikPljPijPjPlkPkSlSi可以消去軌道（星歷）誤差的影響可以消去軌道（星歷）誤差的影響可以削弱大氣折

48、射對(duì)觀測(cè)值的影響可以削弱大氣折射對(duì)觀測(cè)值的影響組成星際站際兩次差分觀測(cè)值組成星際站際兩次差分觀測(cè)值差分差分GPS定位原理定位原理差分的作用差分的作用*94三、差分三、差分GPS的種類的種類 區(qū)區(qū)域域差差分；分；廣廣域域差差分。分。差分差分GPS定位原理定位原理差分差分GPS的種類的種類*95四、差分技術(shù)提高定位精度的思路四、差分技術(shù)提高定位精度的思路行行觀觀測(cè)，測(cè)，根根據(jù)據(jù)基基準(zhǔn)準(zhǔn)站站已已知知精精密密坐坐標(biāo)，標(biāo)，計(jì)計(jì)算算出出基基準(zhǔn)準(zhǔn)站站到到衛(wèi)衛(wèi)星星的的距距離離改改正正數(shù)，數(shù)，并并由由基基準(zhǔn)準(zhǔn)站站實(shí)實(shí)時(shí)時(shí)地地將將這這一一改改正正數(shù)數(shù)發(fā)發(fā)送送出出去。去。用用戶戶接接收收機(jī)機(jī)在在進(jìn)進(jìn)行行GPS觀觀測(cè)

49、測(cè)的的同同時(shí)，時(shí)，也也接接收收到到基基準(zhǔn)準(zhǔn)站站的的改改正正數(shù)，數(shù)，并并將將其其定定位位結(jié)結(jié)果果進(jìn)進(jìn)行行改改正，正，從從而而提提高高定定位位精精度。度。差分差分GPS定位原理定位原理差分技術(shù)提高定位精度的思路差分技術(shù)提高定位精度的思路8.4 GPS8.4 GPS測(cè)量誤差測(cè)量誤差1/28/2022GPS測(cè)量誤差來(lái)源及其影響GPS測(cè)量通過(guò)地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星傳送的信息來(lái)確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。GPS定位中，影響觀測(cè)量精度的主要誤差來(lái)源分為三類：與衛(wèi)星有關(guān)的誤差。與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差。與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。為了便于理解，通常均把各種誤差的影響投影到站星距離上，以相應(yīng)的距離誤差表示，稱為等效距離誤差。1/

50、28/2022GPS測(cè)量誤差分類及其對(duì)距離影響（單位：m）按誤差性質(zhì)分類按誤差性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差兩類。偶然誤差主要包括信號(hào)的多路徑效應(yīng);系統(tǒng)誤差主要包括衛(wèi)星的星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及大氣折射的誤差等。系統(tǒng)誤差無(wú)論從誤差的大小還是對(duì)定位結(jié)果的危害性都比偶然誤差要大得多，它是GPS測(cè)量的主要誤差源。系統(tǒng)誤差有一定的規(guī)律可循，可采取一定的措施加以消除。系統(tǒng)誤差是由于儀器本身不精確、或?qū)嶒?yàn)方法粗略、或?qū)嶒?yàn)原理不完善而產(chǎn)生的。 偶然誤差是由各種偶然因素對(duì)實(shí)驗(yàn)者、測(cè)量?jī)x器、被測(cè)物理量的影響而產(chǎn)生的。1/28/20228.4.1 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差（1）衛(wèi)星鐘差GPS觀測(cè)量均以精密測(cè)時(shí)為依

51、據(jù)。GPS定位中，無(wú)論碼相位觀測(cè)還是載波相位觀測(cè)，都要求衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步。實(shí)際上，盡管衛(wèi)星上設(shè)有高精度的原子鐘，仍不可避免地存在鐘差和漂移，偏差總量約在1 ms內(nèi)，引起的等效距離誤差可達(dá)300km。衛(wèi)星鐘的偏差一般可通過(guò)對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測(cè)精確地確定，并用二階多項(xiàng)式表示：tj=a0+a1(t-t0e)+a2(t-t0e)2。式中的參數(shù)由主控站測(cè)定，通過(guò)衛(wèi)星的導(dǎo)航電文提供給用戶。1/28/2022（2）衛(wèi)星軌道偏差：由于衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)中受多種攝動(dòng)力的復(fù)雜影響，而通過(guò)地面監(jiān)測(cè)站又難以可靠地測(cè)定這些作用力并掌握其作用規(guī)律，因此，衛(wèi)星軌道誤差的估計(jì)和處理一般較困難。目前，通過(guò)導(dǎo)航電文所得的

52、衛(wèi)星軌道信息，相應(yīng)的位置誤差約20-40m。隨著攝動(dòng)力模型和定軌技術(shù)的不斷完善，衛(wèi)星的位置精度將可提高到5-10m。衛(wèi)星的軌道誤差是當(dāng)前GPS定位的重要誤差來(lái)源之一。1/28/20221/28/2022 相對(duì)論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)速度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之間產(chǎn)生相對(duì)鐘誤差的現(xiàn)象。 一臺(tái)在慣性坐標(biāo)系中頻率為f 的鐘，安置在GPS衛(wèi)星上后，根據(jù)狹義相對(duì)論的觀點(diǎn)將產(chǎn)生df1= -0.83510-10f 的頻率偏差，根據(jù)廣義相對(duì)論的觀點(diǎn)，又將產(chǎn)生df2= 5.28410-10f 的引力頻移，則總的相對(duì)論效應(yīng)影響為df= df1+ df2= 4.44910-10f。 克服相對(duì)論效應(yīng)的簡(jiǎn)單方法是，在廠家在制造衛(wèi)星鐘時(shí)預(yù)先將頻率降低4.44910-10f，這樣當(dāng)衛(wèi)星鐘進(jìn)入軌道受到相對(duì)論效應(yīng)的影響后，其頻率正好變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)頻率。 （3）相對(duì)論效應(yīng)導(dǎo)致的誤差