第五章 GPS定位計算

1、 1GPS定位計算 主要內(nèi)容主要內(nèi)容p GPSGPS定位類型定位類型p 偽距法測量偽距法測量p 偽距觀測方程與定位計算偽距觀測方程與定位計算p 載波相位觀測方程載波相位觀測方程p GPSGPS定位精度定位精度p GPSGPS相對定位相對定位p 差分差分GPSGPS 2GPS定位類型定位類型p依定位時接收機天線的運動狀態(tài)依定位時接收機天線的運動狀態(tài)u靜態(tài)定位靜態(tài)定位u動態(tài)定位動態(tài)定位p依定位模式依定位模式u絕對定位（單點定位）絕對定位（單點定位）u相對定位相對定位u差分定位差分定位 3GPS定位類型定位類型(續(xù)續(xù))p依觀測值類型依觀測值類型u偽距測量（偽距法定位）偽距測量（偽距法定位）u載波相位

2、測量載波相位測量p依定位時效依定位時效u實時定位實時定位u事后定位事后定位 4p在定位過程中，接收機的在定位過程中，接收機的 位置是固定的，處于靜止位置是固定的，處于靜止 狀態(tài)。狀態(tài)。p靜止狀態(tài)：靜止狀態(tài)：通常是指待定通常是指待定點的位置，相對其周圍的點的位置，相對其周圍的點位沒有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測點位沒有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測期內(nèi)（數(shù)天或數(shù)星期）可以忽略。期內(nèi)（數(shù)天或數(shù)星期）可以忽略。p主要應用于測定板塊運動、監(jiān)測地殼形變、大地測主要應用于測定板塊運動、監(jiān)測地殼形變、大地測量、精密工程測量、地球動力學及地震監(jiān)測等領域量、精密工程測量、地球動力學及地震監(jiān)測等領域

3、靜態(tài)定位靜態(tài)定位 5動態(tài)定位動態(tài)定位p在定位過程中，接收機天線處在定位過程中，接收機天線處于運動狀態(tài)。于運動狀態(tài)。p運動狀態(tài)：運動狀態(tài)：通常是指待定點通常是指待定點的位置，相對其周圍的點位發(fā)生的位置，相對其周圍的點位發(fā)生顯著的變化，或針對所研究的問顯著的變化，或針對所研究的問題來說，其狀態(tài)在觀測期內(nèi)不能題來說，其狀態(tài)在觀測期內(nèi)不能認為是靜止的可以忽略。認為是靜止的可以忽略。p應用于飛機、船舶和陸地車輛應用于飛機、船舶和陸地車輛等運動載體的導航。等運動載體的導航。 6動態(tài)定位的特點動態(tài)定位的特點p用戶多樣性：用戶多樣性：地面行駛的車輛、水中航行的地面行駛的車輛、水中航行的艦船和空中飛行的航空航天

4、器。艦船和空中飛行的航空航天器。p速度多異性：速度多異性：低中高三種定位形式低中高三種定位形式n低動態(tài)定位：幾米低動態(tài)定位：幾米/秒到幾十米秒到幾十米/秒；秒；n中等動態(tài)定位：中等動態(tài)定位：100m/s1000m/s；n高動態(tài)定位：高動態(tài)定位：1km/s以上。以上。p定位的實時性：定位的實時性：如監(jiān)測衛(wèi)星準確入軌。如監(jiān)測衛(wèi)星準確入軌。p數(shù)據(jù)短時性：數(shù)據(jù)短時性：如導彈飛行中的彈道測量。如導彈飛行中的彈道測量。 7絕對定位絕對定位p絕對定位：絕對定位：又稱單點定位，獨立確定待定點又稱單點定位，獨立確定待定點在坐標系中的絕對位置。由于目前在坐標系中的絕對位置。由于目前GPS系統(tǒng)系統(tǒng)采用采用WGS-8

5、4系統(tǒng)，因而單點定位的結果也系統(tǒng)，因而單點定位的結果也屬于該坐標系統(tǒng)。屬于該坐標系統(tǒng)。p一臺接收機即可獨立定位，定位精度較差。一臺接收機即可獨立定位，定位精度較差。p船舶、飛機的導航，地質(zhì)礦產(chǎn)勘探，暗礁定船舶、飛機的導航，地質(zhì)礦產(chǎn)勘探，暗礁定位，建立浮標，海洋捕魚等中低精度測量領位，建立浮標，海洋捕魚等中低精度測量領域。域。 8相對定位相對定位p采用若干臺接收機同步跟采用若干臺接收機同步跟蹤同一組蹤同一組GPS衛(wèi)星的發(fā)射衛(wèi)星的發(fā)射信號，從而確定信號，從而確定GPS接收接收機之間的相對位置的方法機之間的相對位置的方法。p可消除許多相同或相近的可消除許多相同或相近的誤差（如衛(wèi)星鐘、衛(wèi)星星誤差（如衛(wèi)

6、星鐘、衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星信號傳播誤差等歷、衛(wèi)星信號傳播誤差等），定位精度較高。但組），定位精度較高。但組織實施較困難，數(shù)據(jù)處理織實施較困難，數(shù)據(jù)處理更煩瑣。更煩瑣。p 大地測量、工程測量、地大地測量、工程測量、地殼形變監(jiān)測等精密定位領殼形變監(jiān)測等精密定位領域。域。 9定位方式的發(fā)展定位方式的發(fā)展p在絕對定位和相對定位中，又都包含靜態(tài)定在絕對定位和相對定位中，又都包含靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種方式。因此形成了位和動態(tài)定位兩種方式。因此形成了動態(tài)絕動態(tài)絕對定位對定位和和靜態(tài)絕對定位靜態(tài)絕對定位，動態(tài)相對定位動態(tài)相對定位和和靜靜態(tài)相對定位態(tài)相對定位。p為縮短觀測時間，提高作業(yè)效率，近年來發(fā)為縮短觀測時間，提

7、高作業(yè)效率，近年來發(fā)展了一些快速定位方法，如準動態(tài)相對定位展了一些快速定位方法，如準動態(tài)相對定位法和快速靜態(tài)相對定位法等。法和快速靜態(tài)相對定位法等。 10差分定位差分定位p差分定位：差分定位：在一個觀測站對在一個觀測站對兩個目標的觀測量或兩個觀兩個目標的觀測量或兩個觀測站對一個目標的兩次觀測測站對一個目標的兩次觀測量之間進行求差。量之間進行求差。p目的：目的：消除公共項，包括公消除公共項，包括公共誤差和公共參數(shù)。共誤差和公共參數(shù)。p 差分定位采用單點定位的數(shù)學模型，具有相對定位的特差分定位采用單點定位的數(shù)學模型，具有相對定位的特性（使用多臺接收機、基準站與流動站同步觀測）。性（使用多臺接收機、

8、基準站與流動站同步觀測）。p 差分差分GPS定位分為三類，位置差分、偽距差分和相位差定位分為三類，位置差分、偽距差分和相位差分。分。 11偽距法測量偽距法測量p 利用測距碼進行測距的原理利用測距碼進行測距的原理 p 偽距的測定方法偽距的測定方法1()()TRu Ttu TdtT 相關系數(shù)： 12偽距測定的原理圖偽距測定的原理圖 13偽距測定的原理圖偽距測定的原理圖1( )() ()TRa ta ttdtT 14偽碼測距的特點偽碼測距的特點p 無模糊度（多值性）問題無模糊度（多值性）問題p 定位速度快，實時定位定位速度快，實時定位p 可提高測距精度可提高測距精度p 對信號的強度要求不高，易于捕獲

9、微弱的衛(wèi)對信號的強度要求不高，易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號星信號p 采用的是采用的是CDMA（碼分多址）技術（碼分多址）技術p 便于對系統(tǒng)進行控制和管理便于對系統(tǒng)進行控制和管理 15偽距觀測方程偽距觀測方程p 偽距測量觀測方程偽距測量觀測方程：把測距碼信號（：把測距碼信號（C/A碼碼或或P碼）距離延遲作為觀測量的觀測方程。碼）距離延遲作為觀測量的觀測方程。p 建立衛(wèi)星與接收機之間的距離同觀測值之間建立衛(wèi)星與接收機之間的距離同觀測值之間的關系。的關系。()jjjttGPStn衛(wèi)星sj發(fā)射信號時的衛(wèi)星鐘時刻n接收機Ti收到該衛(wèi)星信號時的接收機鐘時刻()iiitt GPSt 16偽距觀測方程的建立偽距觀測

10、方程的建立p 信號從衛(wèi)星傳播到觀測站的時間為信號從衛(wèi)星傳播到觀測站的時間為p 不考慮電離層和對流層折射不考慮電離層和對流層折射時，相應的偽距為時，相應的偽距為p 當衛(wèi)星時鐘與接收機時鐘嚴格同步時，上式確當衛(wèi)星時鐘與接收機時鐘嚴格同步時，上式確定的偽距即為定的偽距即為站星幾何距離站星幾何距離GPSGPSjjjjiiiitttttttjjjjjjiiiiiitccctct jjiic 17偽距觀測方程偽距觀測方程p 考慮電離層、對流層折射影響，考慮電離層、對流層折射影響，碼偽距觀測方程的常碼偽距觀測方程的常用形式用形式:p衛(wèi)星坐標為（衛(wèi)星坐標為（Xi，Yi，Zi）、接收機坐標為（）、接收機坐標為（

11、X，Y，Z），則衛(wèi)星與接收機之間的幾何距離為），則衛(wèi)星與接收機之間的幾何距離為: p偽距方程偽距方程222jiiiiXXYYZZ jjjjjiiiiittc tc tItTt 222jiiiijjjiiitXXYYZZc tc tItTt 18交會定位原理交會定位原理 由于衛(wèi)星坐標可根據(jù)衛(wèi)星導航電文求得，將觀測時刻接收機的由于衛(wèi)星坐標可根據(jù)衛(wèi)星導航電文求得，將觀測時刻接收機的改正值作為一個未知數(shù)，因此在上式中有改正值作為一個未知數(shù)，因此在上式中有4個未知數(shù)。若用戶個未知數(shù)。若用戶同時對四顆衛(wèi)星進行偽距測量，即可解出接收機的位置（同時對四顆衛(wèi)星進行偽距測量，即可解出接收機的位置（X，Y，Z）。）

12、。 19定定 位位 計計 算算 20p 假設用戶的真實位置坐標為 ，其估計位置坐標為 ，則有p將偽距觀測方程在 處進行泰勒級數(shù)展開，并取其一次近似項，則 偽距觀測方程線性化偽距觀測方程線性化esesesZYX,ZYX,esesesZYX,esesesXXxYYyZZz jjjjiesjiiijjjiiitktXltYmtZc tItTt其中 k, l, m 是觀測站至衛(wèi)星的方向余弦。 21定位計算方程定位計算方程111_1_1_11_12222_2_2_2_23333_3_3_3_34_4444_4_4_4esesesesesesiesesesesesesesiesesesesiesesese

13、siesesesesesesesXXYYZZcXXYYZZcXXYYZZcXXYYZZc 11223344iiiiiiiixItTtyItTtzItTttItTtp 如果用戶對如果用戶對4 4顆衛(wèi)星同時觀測，顆衛(wèi)星同時觀測，4 4顆衛(wèi)星與接收機顆衛(wèi)星與接收機鐘差相同，則有定位計算矩陣方程鐘差相同，則有定位計算矩陣方程 22定位計算方程（續(xù)）定位計算方程（續(xù)）p 假設電離層和對流層的誤差可以忽略，則用戶坐假設電離層和對流層的誤差可以忽略，則用戶坐標改正數(shù)為標改正數(shù)為1111_1_1_11_12222_2_2_2333_3_3_3444_4_4_4esesesesesesieseseseseses

14、esiesesesesesesesesesesesesXXYYZZcXXYYZZxcyzXXYYZZctXXYYZZc_23_34_4esiesies 23偽距測量與載波相位測量的比較偽距測量與載波相位測量的比較p偽距測量是以測距碼作為測量信號，測量精度是一個碼偽距測量是以測距碼作為測量信號，測量精度是一個碼元長度的百分之一。元長度的百分之一。p由于測距碼的碼元長度較長，因此測量精度較低（由于測距碼的碼元長度較長，因此測量精度較低（C/A碼碼為為3m，P碼為碼為30cm）。）。p載波的波長要短得多（載波的波長要短得多（L1為為19cm, L2 為為4.4cm），對），對載波進行相位測量，可以達

15、到很高的精度。載波進行相位測量，可以達到很高的精度。p載波相位測量精度一般為載波相位測量精度一般為12mm。載波信號是一種周。載波信號是一種周期性的正弦信號，相位測量只能測定不足一個波長的部期性的正弦信號，相位測量只能測定不足一個波長的部分，因而存在整周不確定性問題，解算復雜。分，因而存在整周不確定性問題，解算復雜。 24載載 波波 重重 建建在進行載波相位測量之前，首先要進行解調(diào)工作，在進行載波相位測量之前，首先要進行解調(diào)工作，設法將調(diào)制在載波上的測距碼和導航電文去掉，重設法將調(diào)制在載波上的測距碼和導航電文去掉，重新獲得載波，即所謂新獲得載波，即所謂載波重建載波重建。由于由于GPSGPS信號

16、中已用相信號中已用相位調(diào)制的方法在載波上位調(diào)制的方法在載波上調(diào)制了測距碼和導航電調(diào)制了測距碼和導航電文，因而接收到的載波文，因而接收到的載波的相位已不再連續(xù)（凡的相位已不再連續(xù)（凡是調(diào)制信號從是調(diào)制信號從0 0變變1 1或從或從1 1變變0 0時，載波的相位均時，載波的相位均要變化要變化180180）。）。 25重建載波方法重建載波方法p碼相關法碼相關法 需要了解碼的結構，可獲得導航電文，可獲得全需要了解碼的結構，可獲得導航電文，可獲得全波長的載波，信號質(zhì)量好波長的載波，信號質(zhì)量好p平方法平方法 無需了解碼的結構，無法獲得導航電文，所獲載無需了解碼的結構，無法獲得導航電文，所獲載波波長為原來波

17、長的一半，信號質(zhì)量較差（信噪波波長為原來波長的一半，信號質(zhì)量較差（信噪比低，降低了比低，降低了30dB） 26重建載波方法（續(xù)）重建載波方法（續(xù)）p 互相關（交叉相關）互相關（交叉相關） 獲取兩個頻率間的偽距差和相位差獲取兩個頻率間的偽距差和相位差無需了解無需了解Y解碼的結構，可獲得導航電文，可獲得全波波解碼的結構，可獲得導航電文，可獲得全波波長的載波，信號質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了長的載波，信號質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了27dB）。p Z跟蹤跟蹤無需了解無需了解Y碼結構，可測定雙頻偽距觀測值，可獲得導航碼結構，可測定雙頻偽距觀測值，可獲得導航電文，可獲得全波波長的載波，信號質(zhì)量較平方法好

18、（電文，可獲得全波波長的載波，信號質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了信噪比降低了14dB）21,/2,1,21,/21()()LL C ALYL YLL C ALLRRRR 27p 假設在某一瞬間，載波信號在衛(wèi)星假設在某一瞬間，載波信號在衛(wèi)星S S處的相位處的相位為為 S S，在接收機處的相位為，在接收機處的相位為 M M。若載波的波長。若載波的波長為為 ，則衛(wèi)星，則衛(wèi)星S S至接收機至接收機M間的距離：間的距離：p 在實際工作中，在實際工作中， S是無法測得的，如何獲得是無法測得的，如何獲得 S ？由接收機的振蕩器產(chǎn)生一個頻率和初相與衛(wèi)由接收機的振蕩器產(chǎn)生一個頻率和初相與衛(wèi)星載波信號完全相同的基準

19、信號，使得在任意一星載波信號完全相同的基準信號，使得在任意一個瞬間，接收機基準信號的相位就等于衛(wèi)星個瞬間，接收機基準信號的相位就等于衛(wèi)星S S的的載波信號相位。載波信號相位。載波相位測量的原理載波相位測量的原理sm 28p當接收機跟蹤上衛(wèi)星信號，并在起始歷元當接收機跟蹤上衛(wèi)星信號，并在起始歷元 瞬間進行瞬間進行首次首次載波相位測量，此時接收機基準載波相位測量，此時接收機基準信號的相位為信號的相位為 ，收到的衛(wèi)星信號的相位，收到的衛(wèi)星信號的相位為為 ，所測得的相位差觀測值為，所測得的相位差觀測值為p 實際不能直接測定，稱為實際不能直接測定，稱為整周未知數(shù)整周未知數(shù)，或，或整周模糊度。整周模糊度。

20、p接收機在接收機在 瞬間所測得的僅僅是不足一整周瞬間所測得的僅僅是不足一整周的相位差的相位差 。整周未知數(shù)整周未知數(shù) 0t0000()( )( )MSNF0()M0( )S0N0t0( )F 29p首次載波相位測量后，首次載波相位測量后， 時刻測得的相位觀測值時刻測得的相位觀測值中包括整周數(shù)中包括整周數(shù) 和不足一整周數(shù)和不足一整周數(shù) ，則在，則在 時刻測得的相位觀測值為：時刻測得的相位觀測值為：p當接收機連續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號時，所測得的每個當接收機連續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號時，所測得的每個相位觀測量含有同一整周未知數(shù)相位觀測量含有同一整周未知數(shù) 。因此，完。因此，完整的載波相位觀測值為：整的載波相位觀測值為

21、：載波相位的實際觀測值載波相位的實際觀測值 it( )In( )Fit( )( )iiInF0N00( )( )iiNNInF 30載波相位觀測值總結載波相位觀測值總結000( )( )( )( )( )iiiiFInFNInF首次觀測值：以后的觀測值：完整的觀測值： 31p與偽距觀測方程相同，測站與衛(wèi)星之間的與偽距觀測方程相同，測站與衛(wèi)星之間的幾何距離也是坐標的非線性函數(shù)。同樣，取幾何距離也是坐標的非線性函數(shù)。同樣，取測站坐標的近似值為測站坐標的近似值為 ，線性化后，線性化后的載波相位觀測方程為的載波相位觀測方程為載波相位測量的觀測方程載波相位測量的觀測方程esesesZYX, 0jjjji

22、esjiiijjjiiitktXltYmtZc tItTtN 0jjjjjiiiiittc tc tItTtN 32GPS測量誤差測量誤差 33GPS定位誤差分類定位誤差分類p與衛(wèi)星有關的誤差與衛(wèi)星有關的誤差p與衛(wèi)星信號傳播有關的誤差與衛(wèi)星信號傳播有關的誤差p與接收機有關的誤差與接收機有關的誤差p其他，如地球潮汐其他，如地球潮汐 34GPS定位誤差定位誤差 35GPS定位精度定位精度p GPS靜態(tài)絕對定位精度取決于兩個因素：靜態(tài)絕對定位精度取決于兩個因素：n碼相關偽距測量的精度、衛(wèi)星星歷精度以及大氣折射影碼相關偽距測量的精度、衛(wèi)星星歷精度以及大氣折射影響等因素（單位權中誤差響等因素（單位權中誤

23、差0）n觀測衛(wèi)星的空間幾何分布（未知參數(shù)的協(xié)因數(shù)矩陣觀測衛(wèi)星的空間幾何分布（未知參數(shù)的協(xié)因數(shù)矩陣 Q）111213141212223243132333441424344TTqqqqqqqqA AqqqqqqqqQ 36幾何精度因子幾何精度因子p幾何精度因子幾何精度因子DOP（Dilution of Precision）：衡）：衡量觀測衛(wèi)星的空間幾何分布對定位精度的影響標量觀測衛(wèi)星的空間幾何分布對定位精度的影響標準。準。p實質(zhì)：實質(zhì)：權系數(shù)陣主對角線元素的函數(shù)權系數(shù)陣主對角線元素的函數(shù)三維位置精度因子三維位置精度因子PDOP(Position DOP)1 21122330()PPDOPqqqmP

24、DOP 37幾何精度因子幾何精度因子鐘差精度因子鐘差精度因子TDOP(Time DOP)1 2112233441 2220()()()GGDOPqqqqPDOPTDOPmGDOP幾何精度因子幾何精度因子GDOP(Geometric DOP) 綜合綜合TDOP和和PDOP，描述空間位置誤差和時間誤差，描述空間位置誤差和時間誤差綜合影響的精度因子綜合影響的精度因子1 2440()TTDOPqmTDOP 38高高 程程 精精 度度垂直分量精度因子垂直分量精度因子VDOP(Vertical DOP) 水平分量精度因子水平分量精度因子HDOP(Horizontal DOP) 1 222()()HDOPP

25、DOPVDOP1 211220()HHDOPqqmHDOP1 2330()VVDOPqmVDOP幾何矩陣幾何矩陣A 39A幾何矩陣幾何矩陣A 40 41GPS相對定位相對定位p相對定位相對定位是利用兩臺是利用兩臺GPS接收機，分別安置在基線的兩端接收機，分別安置在基線的兩端，同步觀測相同的，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點的相對位置或衛(wèi)星，以確定基線端點的相對位置或基線向量。基線向量。p相對定位方法相對定位方法一般可推廣到多臺接收機安置在若干條基線一般可推廣到多臺接收機安置在若干條基線的端點，通過同步觀測的端點，通過同步觀測GPS衛(wèi)星，以確定多條基線向量。衛(wèi)星，以確定多條基線向量。 4

26、2后處理相對定位后處理相對定位 43實時相對定位實時相對定位 44靜態(tài)相對定位的觀測方程靜態(tài)相對定位的觀測方程p 基本觀測量基本觀測量 假設安置在基線端點的接收機假設安置在基線端點的接收機Ti(i=1,2)，對對GPS衛(wèi)星衛(wèi)星sj和和sk，于歷元于歷元t1和和t2進進行了同步觀測，可以得到如下的載波相位觀行了同步觀測，可以得到如下的載波相位觀測量：測量： 45相對定位的觀測量相對定位的觀測量p不同接收機之間、不同衛(wèi)星之間和不同不同接收機之間、不同衛(wèi)星之間和不同觀測歷元之間的觀測量之差。觀測歷元之間的觀測量之差。)()()()()()()()()(1212tttttttttjijijijikii

27、jjj 46相對定位的觀測量相對定位的觀測量p不同接收機之間、不同衛(wèi)星之間和不同不同接收機之間、不同衛(wèi)星之間和不同觀測歷元之間的觀測量之差。觀測歷元之間的觀測量之差。)()()()()()()()()(1212tttttttttjijijijikiijjj 47相對定位的觀測量相對定位的觀測量p不同接收機之間、不同衛(wèi)星之間和不同不同接收機之間、不同衛(wèi)星之間和不同觀測歷元之間的觀測量之差。觀測歷元之間的觀測量之差。)()()()()()()()()(1212tttttttttjijijijikiijjj 48 載波相位的觀測方程載波相位的觀測方程 00( )( )( )jjjiiijjjiiij

28、jjjiiiijjiittc tc tItTtNtfttItTtcf tf tNt 49單差觀測方式單差觀測方式 1111111111021212121220( )( )( )( )jjjjjjjjjjjjfttItTtcf tf tNtfttItTtcf tf tNtp不同接收機，在歷元時刻不同接收機，在歷元時刻t1對相同的衛(wèi)星進行對相同的衛(wèi)星進行觀測。觀測。 50單差觀測方式單差觀測方式p單差（單差（Single-DifferenceSD）: 在不同在不同觀測站，同步觀測觀測站，同步觀測相同衛(wèi)星相同衛(wèi)星所得觀測量之差所得觀測量之差 21212010212121( )( )( )( )( )

29、jjjjjjjjjjjjjttItItTtTtttfcffccfttfNttttNt 51單差觀測方式單差觀測方式p兩個觀測站之間的連線叫兩個觀測站之間的連線叫基線基線(Baseline)，基，基線起點至終點的向量叫基線向量。線起點至終點的向量叫基線向量。p衛(wèi)星鐘差的影響已經(jīng)消除；衛(wèi)星鐘差的影響已經(jīng)消除；p星歷誤差對測距的影響只有原來的千分之一星歷誤差對測距的影響只有原來的千分之一，大大減小衛(wèi)星星歷誤差的影響；，大大減小衛(wèi)星星歷誤差的影響；p 站間距離遠小于星站距離，經(jīng)模型改正后的站間距離遠小于星站距離，經(jīng)模型改正后的電離層和對流層折射殘差也基本消除。大大減電離層和對流層折射殘差也基本消除。大

30、大減少對流層和電離層折射的影響，短距離內(nèi)幾乎少對流層和電離層折射的影響，短距離內(nèi)幾乎可以完全消除影響?？梢酝耆绊?。 52p 星歷誤差對相對定位的影響：星歷誤差對相對定位的影響：11104ddDdDp 當基線向量長度星當基線向量長度星D =5000m，衛(wèi)星到觀測站衛(wèi)星到觀測站的幾何距離的幾何距離=20000km，星歷誤差d =50m?；€誤差：線誤差：1.3mm3mmdD 53雙差觀測方式雙差觀測方式p 雙差（雙差（Double-DifferenceDD）：）：在不同在不同觀測站，同步觀測觀測站，同步觀測同一組衛(wèi)星同一組衛(wèi)星，所得單差之差。，所得單差之差。符號表示為符號表示為 21212

31、010( )( )( )kkkkkftttfttNtNtc 21212010( )( )( )jjjjjftttfttNtNtc 54雙差觀測方式雙差觀測方式p 雙差（雙差（Double-DifferenceDD）：）：在不同在不同觀測站，同步觀測觀測站，同步觀測同一組衛(wèi)星同一組衛(wèi)星，所得單差之差。，所得單差之差。符號表示為符號表示為 212010212010( )( )( )= ( )( )- ( )( )kjkkkkjjjjtttfttNtNtcfttNtNtc p 雙差模型的優(yōu)點：鐘差的影響已經(jīng)消除雙差模型的優(yōu)點：鐘差的影響已經(jīng)消除 55 2222212221220102010( )(

32、)( )( )( )( )(=)-kkjkkjkjjjNtttNtNttNfttcftttc 1112111211120102010( )( )( )( )( )( )(=)-kkjkkjkjjjNtttNtNttNfttcftttc 56三差觀測方式三差觀測方式p三差（三差（Triple-DifferenceTD）：）：于不同歷于不同歷元，同步觀測同一組衛(wèi)星，所得觀測量的雙差之元，同步觀測同一組衛(wèi)星，所得觀測量的雙差之差。表達式為：差。表達式為：)()()()()()()()()()()(111211122122212212tttttttttttjjkkjjkkkkkp三差模型的優(yōu)點：消除整

33、周未知數(shù)。三差模型的優(yōu)點：消除整周未知數(shù)。 57相對定位的優(yōu)缺點相對定位的優(yōu)缺點p載波相位原始觀測量的不同線性組合，都可作載波相位原始觀測量的不同線性組合，都可作為相對定位的相關觀測量為相對定位的相關觀測量p優(yōu)點：優(yōu)點：消除或減弱一些具有系統(tǒng)性誤差的影響消除或減弱一些具有系統(tǒng)性誤差的影響，如衛(wèi)星軌道誤差、鐘差和大氣折射誤差等；，如衛(wèi)星軌道誤差、鐘差和大氣折射誤差等；減少平差計算中未知數(shù)的個數(shù)。減少平差計算中未知數(shù)的個數(shù)。p缺點：缺點：原始獨立觀測量通過求差將引起差分量原始獨立觀測量通過求差將引起差分量之間的相關性之間的相關性 ；平差計算中，差分法將使觀測；平差計算中，差分法將使觀測方程數(shù)明顯減

34、少。方程數(shù)明顯減少。 58差差 分分 GPSp差分差分GPSGPS（DGPS DGPS Differential GPS Differential GPS）: : 利用設置在坐標已知的點（基準站）上測定利用設置在坐標已知的點（基準站）上測定GPS測量定位誤差，用以提高在一定范圍內(nèi)測量定位誤差，用以提高在一定范圍內(nèi)其它其它GPS接收機（流動站）測量定位精度的接收機（流動站）測量定位精度的方法。方法。p單基準站差分、多基準的局部區(qū)域差分、廣單基準站差分、多基準的局部區(qū)域差分、廣域差分域差分p偽距差分、位置差分、載波相位差分偽距差分、位置差分、載波相位差分 59位位 置置 差差 分分p安置在已知點基

35、準站上的安置在已知點基準站上的GPS接收機，經(jīng)過對接收機，經(jīng)過對4顆以上的衛(wèi)星觀測，便可實現(xiàn)定位，求出基準顆以上的衛(wèi)星觀測，便可實現(xiàn)定位，求出基準站的坐標，與站的坐標，與已知坐標已知坐標比較，得到坐標改正數(shù)比較，得到坐標改正數(shù)，基準站利用數(shù)據(jù)鏈將坐標改正數(shù)發(fā)送給用戶，基準站利用數(shù)據(jù)鏈將坐標改正數(shù)發(fā)送給用戶站，用戶站用接收到的坐標改正數(shù)對其坐標進站，用戶站用接收到的坐標改正數(shù)對其坐標進行改正。行改正。p優(yōu)點：優(yōu)點：需傳輸?shù)牟罘指恼龜?shù)少，計算簡單，適需傳輸?shù)牟罘指恼龜?shù)少，計算簡單，適于各種接收機。于各種接收機。p缺點：缺點：基準站與用戶必須觀測同一組衛(wèi)星，在基準站與用戶必須觀測同一組衛(wèi)星，在近距離

36、可以做近距離可以做 到，距離較長時很難滿足。位置到，距離較長時很難滿足。位置差分只適用于差分只適用于100km以內(nèi)。以內(nèi)。 60距離差分距離差分p通過在基準站上利用已通過在基準站上利用已知坐標求出測站至衛(wèi)星知坐標求出測站至衛(wèi)星的距離，并將其與含有的距離，并將其與含有誤差的測量距離比較，誤差的測量距離比較，然后利用一個濾波器將然后利用一個濾波器將此差值濾波并求出其偏此差值濾波并求出其偏差，并將所有衛(wèi)星的測差，并將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用距誤差傳輸給用戶，用戶利用此誤差來改正測戶利用此誤差來改正測量的偽距。最后，用戶量的偽距。最后，用戶利用改正后的利用改正后的偽距偽距求出求出自身的坐標。自

37、身的坐標。應用最廣的一種定位技術，應用最廣的一種定位技術， 61載波相位差分載波相位差分p實時差分實時差分(RTD)：n參考站：參考站：發(fā)送測相偽距差分信號（測相偽距改正數(shù)）發(fā)送測相偽距差分信號（測相偽距改正數(shù)）n流動站：流動站：單頻接收機動態(tài)接收衛(wèi)星的測距碼信號及參單頻接收機動態(tài)接收衛(wèi)星的測距碼信號及參考站的差分信號，利用差分信號削弱電離層和對流層考站的差分信號，利用差分信號削弱電離層和對流層影響。影響。 有效距離有效距離300km。p精度：精度：平面：平面：25m，高程：，高程：37m。p優(yōu)點：優(yōu)點：基準站提供所有衛(wèi)星的改正數(shù)，用戶接收基準站提供所有衛(wèi)星的改正數(shù)，用戶接收機觀測其中任意機觀

38、測其中任意4顆衛(wèi)星，就可完成定位；無需顆衛(wèi)星，就可完成定位；無需進行坐標變換。進行坐標變換。p缺點：缺點：差分精度隨基準站到用戶的距離增加而降差分精度隨基準站到用戶的距離增加而降低。低。 62實時動態(tài)定位技術實時動態(tài)定位技術RTK ：Real Time Kinametic精度：平面精度：平面1-5cm1-5cm，高程，高程2-10cm2-10cm。 63RTK的特點的特點p高精度的高精度的GPS測量必須采用測量必須采用載波相位觀測載波相位觀測值；值；p一種基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位一種基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標技術，它能夠實時地提供測站點在指定

39、坐標系中的三維定位結果，并達到系中的三維定位結果，并達到厘米級厘米級精度；精度；p流動站運動狀態(tài)流動站運動狀態(tài)：靜止或運動狀態(tài)；：靜止或運動狀態(tài)；p初始化：初始化：可在固定點上先進行初始化后再可在固定點上先進行初始化后再進入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機進入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機，并在動態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求，并在動態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解。解。 64p在在RTK作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基

40、準站的數(shù)據(jù)，還要采集站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結果，歷時不足一秒鐘時給出厘米級定位結果，歷時不足一秒鐘。p兩種定位方法：一種兩種定位方法：一種改正法改正法；另一種；另一種求差求差法法。RTK工作原理工作原理 65兩種兩種RTK差分法差分法p改正法：改正法：與偽距差分相同，基準站將載波相位與偽距差分相同，基準站將載波相位的改正量發(fā)送給用戶站，以對用戶站的載波相的改正量發(fā)送給用戶站，以對用戶站的載波相位進行改正實現(xiàn)定位。位進行改正實現(xiàn)定位。p求差法：求差法：將基準站觀測的載波相位觀測值

41、實時將基準站觀測的載波相位觀測值實時地發(fā)送給用戶站，并由用戶站將觀測值求差，地發(fā)送給用戶站，并由用戶站將觀測值求差，獲得諸如靜態(tài)相對定位的單差、雙差、三差求獲得諸如靜態(tài)相對定位的單差、雙差、三差求解模型，并采用與靜態(tài)相對定位類似的求解方解模型，并采用與靜態(tài)相對定位類似的求解方法進行坐標解算。法進行坐標解算。 66RTK技術的關鍵技術的關鍵p參考站校正數(shù)據(jù)的有效作用距離；參考站校正數(shù)據(jù)的有效作用距離；p為了保證定位精度，傳統(tǒng)的單機為了保證定位精度，傳統(tǒng)的單機RTK的作的作業(yè)距離都非常有限，單頻業(yè)距離都非常有限，單頻10km，雙頻，雙頻30km ；p原因：原因：GPS誤差的空間相關性隨參考站和誤差

42、的空間相關性隨參考站和移動站距離的增加而逐漸失去線性；在較長移動站距離的增加而逐漸失去線性；在較長距離下，經(jīng)過差分處理后的用戶數(shù)據(jù)仍然含距離下，經(jīng)過差分處理后的用戶數(shù)據(jù)仍然含有很大的觀測誤差，從而導致定位精度的降有很大的觀測誤差，從而導致定位精度的降低和無法解算載波相位的整周模糊；低和無法解算載波相位的整周模糊； 67單基準站差分單基準站差分GPSp單基準站差分單基準站差分GPS（SRDGPS） 根據(jù)一個基準站所提供的差分改正信息對用戶根據(jù)一個基準站所提供的差分改正信息對用戶站進行改正的差分站進行改正的差分GPS系統(tǒng)。由基準站、無線系統(tǒng)。由基準站、無線電數(shù)據(jù)通訊鏈、用戶站三部分組成。電數(shù)據(jù)通訊鏈、用戶站三部分組成。p優(yōu)點：優(yōu)點：結構和算法都較為簡單結構和算法都較為簡單p缺點：缺點：距離精度、可靠性適用于小范圍距離精度、可靠性適用于小范圍 68局部區(qū)域差分局部區(qū)域差分GPS系統(tǒng)系統(tǒng)p局部區(qū)域差分局部區(qū)域差分GPS系統(tǒng)系統(tǒng)（LADGPS） 多個基準站構成基準站網(wǎng)（包含一個或數(shù)個監(jiān)控站）多個基準站構成基準站網(wǎng)（包含一個或數(shù)個監(jiān)控站）、用戶站、每個基準站與用戶之間均有無線電數(shù)據(jù)、用戶站、每個基準站與用戶之間均有無線電數(shù)據(jù)通信鏈通信鏈p提供改正量的方法提供改正