差分定位原理

1、相對定位原理 相對定位 確定進行同步觀測的接收機之間相對位置的定位方法，稱為相對定位。 使用觀測值 載波相位（L1、L2載波） 原因： 載波波長比較短，測量精度高。 不同載波相位觀測量的組合可以消除或削弱誤差。 定位結果 與所用星歷同屬一坐標系的基線向量（坐標差）及其精度信息 采用廣播星歷時屬WGS-84 采用IGS International GPS Service精密星歷時為ITRF International Terrestrial Reference Frame相對定位原理 精度水平： 廣播星歷：10-7-10-6 精密星歷： 10-9-10-8 應用 相對定位是目前GNSS定位中精度

2、最好的一種定位方法，廣泛的應用于大地測量、精密工程測量。相對定位原理 特點 優(yōu)點：定位精度高 缺點： 多臺接收共同作業(yè)，作業(yè)復雜 數據處理復雜 不能直接獲取絕對坐標相對定位原理載波相位測量的觀測方程PAPPPPPAAtAiontropAtAAPffffVfVNVVccc為便于表示，把測站 對衛(wèi)星 的觀測方程記為：SRiiiitiontropitiNcVcVVV RSittiontropiiVVVV：只與接收機有關：只與衛(wèi)星有關、：與信號傳播的路徑有關，距離較近時有很強的相關性SRiiiitiontropitifffNfVfVVVccc兩邊同時除以相對定位原理 相對定位的類型 同類型同頻率觀測值

3、的線性組合 單差 雙差 三差 同類型不同頻率觀測值的線性組合（了解） 寬巷 窄巷相對定位原理 求差的方法 單差形式在接收機（測站）間求差在衛(wèi)星間求差在歷元間求差 二次差形式 在接收機和衛(wèi)星間求二次差 在接收機和歷元間求二次差 在衛(wèi)星和歷元間求二次差 三次差形式 在接收機、衛(wèi)星和歷元間求三次差相對定位原理 單差 不同觀測站（接收機）觀測相同衛(wèi)星所得觀測量之差。相對定位原理 單差數學表達PAPBBAPPPPPAAtAiontropAtAPPPPPBBtBiontropBtBPPPPPPPPBABAttBAionionBAPPtroptropBAPABABA BPffffVfVNVVcccffffV

4、fVNVVcccfff VVNNVVccfVVcfc測站 、 對衛(wèi)星 的觀測方程為：上面兩個式子相減即得：簡寫為： ABPPPPtABiontropABABfff VNVVcc 相對定位原理 雙差 不同觀測站同步觀測同一組衛(wèi)星，所得單差觀測值之差。相對定位原理 雙差數學表達ABABPPPPPABABtABiontropABABqqqqqABABtABiontropABABpqpqpqpqpqABABABiontropABABpABA Bpqffff VNVVcccffff VNVVcccfffNVVccc 測站 、 對衛(wèi)星 、 的單差觀測方程為：上面兩式子相減得到：在兩個測站距離較近時，電離層

5、和對流層可以認為已經差掉qpqpqABABfNc相對定位原理 三差 不同歷元同步觀測同一組衛(wèi)星所得雙差觀測量之差。二、相對定位原理 三差數學表達 11111222222121212pqpqpqpqpqABABABiontropABABpqpqpqpqpqABABABiontropABABpqpqpqpqpqpqABABABABionionABABpqtropABffftttNVtVtcccffftttNVtVtcccffttttVtVtccfVtc時刻：時刻： 1pqtropABVt相對定位原理采用差分觀測值的缺陷 數據利用率低 只有同步數據才能進行差分 引入基線矢量替代了位置矢量 差分觀測值

6、間具有了相關性，使處理問題復雜化 參數估計時，觀測值的權陣 某些參數無法求出 某些信息在差分觀測值中被消除相對定位原理 位置差分原理 位置差分GPS是一種最簡單的差分方法。安置在已 知點基準站上的GPS接收機，經過對4顆及4顆以上的衛(wèi)星 觀測，便可實現定位。先求出基準站的坐標(X，Y， Z)，由于存在著衛(wèi)星星歷、時鐘誤差、大氣折射等誤 差的影響，該坐標與已知基準站坐標(X，Y，Z)不一樣， 存在誤差。即： 式中：X、Y、Z為坐標改正數，基準站利用數據鏈 將坐標改正數發(fā)送給用戶站。相對定位原理 位置差分原理 用戶站用接收到的坐標改正數對其坐標進行改正： 經過坐標改正后的用戶坐標已消去了基準站與用

7、戶站的共同誤差，如衛(wèi)星星歷誤差、大氣折射誤差、衛(wèi)星鐘差、SA政策影響等，提高了定位的精度。相對定位原理 位置差分的優(yōu)點是需要傳輸的差分改正數較少， 計算方法較簡單，任何一種GPS接收機均可改裝成這種差分系統(tǒng)。其缺點主要為： （1)要求基準站與用戶站必須保持觀測同一組衛(wèi) 星，由于基準站與用戶站接收機配備的不完全相同，且兩站觀測環(huán)境也不完全相同，因此難以保證兩站觀測同一組衛(wèi)星，并會導致定位所產生的誤差可能會不很匹配，從而影響定位精度。 （2)位置差分定位效果不如偽距差分好相對定位原理 偽距差分原理 偽距差分是目前應用最廣泛的一種差分定位技術之一。該定位技術通過在基準站上利用已知坐標求出測站至衛(wèi)星的

8、距離，并將其與含有誤差的測量距離比較，然后利用一個-濾波器將此差值濾波并求出其偏差，并將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用戶利用此測距誤差來改正測量的偽距。最后，用戶利用改正后的偽距求出自身的坐標。如果基準站、用戶站均觀測了相同的4顆或4顆以上的衛(wèi)星，即可實現用戶站的定位。相對定位原理 偽距差分原理 其定位基本公式如下：相對定位原理 由于偽距差分可提供單顆衛(wèi)星的距離改正數Di，因此用戶站可選其中任意4顆相同衛(wèi)星的偽距改正數進行改正，而不必要求兩站觀測的衛(wèi)星完全相同，且偽距改正數是直接在WGS-84坐標系上進行的，是一種直接改正數，不必先變換為當地坐標，定位精度更高，且使用更方便。相對定位原理 由

9、于偽距差分定位依賴于兩站公共誤差的抵消來提高定位精度，誤差抵消的程度決定了精度的高低。而誤差的公共性在很大程度依賴于兩站距離，隨著兩站距離的增加，其誤差公共性逐漸減弱，例如對流層、電離層誤差。因此用戶和基準站之間的距離對精度有著決定性的影響，用戶站離基準站的距離越大，偽距差分后的剩余誤差越大，定位精度越低。相對定位原理相位平滑偽距差分 相位平滑偽距差分原理 偽距差分實際上是在測站之間求偽距觀測值的一次差，因而消除了兩偽距觀測值中所含有的共同的系統(tǒng)誤差，但是卻無法消除偽距觀測值中所含有的隨機誤差，從而限制了偽距差分定位的精度。 載波相位測量的精度較測距碼偽距測量的精度高2個數量級，如果能用載波相

10、位觀測值對偽距觀測值進行修正，就可提高偽距定位的精度，但是載波相位整周數無法直接測得，因而難以直接利用載波觀測值。相位平滑偽距差分 相位平滑偽距差分原理 雖然整周數無法獲得，但可由多普勒頻率計數獲得載波相位的變化信息，即可獲得偽距變化率的信息，可利用這一信息來輔助偽距差分定位，稱為載波多普勒計數平滑偽距差分； 另外，在同一顆衛(wèi)星的兩歷元間求差，可消除整周未知數，可利用歷元間的相位差觀測值對偽距進行修正，即所謂的相位平滑偽距差分。載波相位差分 載波相位差分原理 載波相位差分GPS定位與偽距差分GPS原理相類似，其基本思想是：在基準站上安置一臺GPS接收機，對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，并通過無線電傳輸設備

11、實時地將觀測數據及站坐標信息傳送給用戶站；用戶站一方面通過接收機接收GPS衛(wèi)星信號，同時還通過無線電接收設備接收基準站傳送的觀測數據，然后根據相對定位原理，實時地處理數據，并能實時地以厘米級的精度給出用戶站的三維坐標。載波相位差分 載波相位差分原理 載波相位差分GPS有兩種定位方法，一種與偽距差分相同，基準站將載波相位的修正量發(fā)送給用戶站，以對用戶站的載波相位進行改正實現定位，該方法稱為修正法。 另一種是將基準站的載波相位發(fā)送給用戶站，并由用戶站將觀測值求差進行坐標解算，這種方法稱為求差法。 5、整周未知數的動態(tài)求解最最小二乘搜法最最小二乘模度不相關法（LAMBDA）乘模度度數法綜法（AOTF

12、）載波相位實時動態(tài)差分技術 6、載波相位實時動態(tài)差分技術 RTK（Real Time Kinematic）GPS技術實時差分動態(tài)（Real Time KinematicRTK）測量系統(tǒng)，是GPS測量技術與數據傳輸技術相結綜而構成的組綜系統(tǒng)。它是GPS測量技術發(fā)展中的一個新的突破。RTK 測量技術，是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS測量技術。RTK 測量技術是準動態(tài)測量技術與AROTF算法和數 據傳輸技術相結綜而產生的，它完全可以達到“精度、速度、實時、可用”等各方面的要求。RTK RTK Real Time Kinametic（實時動態(tài)差分） 系統(tǒng)構成 參考站（基準站） 流動站 數據鏈

13、應用廣域差分GPS技術 三、廣域差分GPS技術 差分GPS系統(tǒng)與單站差分GPS（SRDGPS） 局部區(qū)域差分（LADGPS） 廣域差分GPS系統(tǒng)（WADGPS） 增強型的差分GPS系統(tǒng)DGPS 1、什么是差分GPS（DGPS Differential GPS） 基本思路：利用設于坐標已知的參考站，計算各類改正數 影響GPS測量定位的誤差DGPS 誤差的特性 衛(wèi)星軌道誤差：影響大最與測站位置有關，距離較近時，影響大最相近（誤差的空間位置相關性） 衛(wèi)星鐘差：影響大最與測站無關 大氣折射（電離層、對流層折射）：影響具有空間位置相關性 SA：Epsilon可以歸于衛(wèi)星軌道誤差，Dither可歸于衛(wèi)星鐘差 多路徑：與測站有關，測站間無關DGPS 差分GPS 基準站（Reference/Base Station）與流動站 （Mobile/Rover Station） 差分改正數DGPS 差分GPS系統(tǒng)的構成局域差分與廣域差分差分 2、局域差分與廣域差分差分 局域差分 局域差分GPS（LADGPS Local Area DGPS） 基準站作用距離：數百公里 特點：用戶根據多個基準站所提供的改正信息經平差計算后求的用戶站定位改正數局域差分與廣域差分差分 廣域差分GPS（WADGPS Wide Area DGPS） 基準站作用距離：數千公里 特點：將各