第四章距離測量與GPS定位4

1、 武漢大學(xué)武漢大學(xué) 測繪學(xué)院測繪學(xué)院 GPSGPS原理及其應(yīng)用課程組原理及其應(yīng)用課程組GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用 ( (十一十一) )GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用第四章第四章 距離測量與距離測量與GPS定位定位4.6單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位4.7相對(duì)定位相對(duì)定位GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用4.6 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用GPS測量定位方法分類測量定位方法分類 定位模式定位模式 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 差分定位差分定位 定位時(shí)接收機(jī)天線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)定位時(shí)接收機(jī)天線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 靜態(tài)定位天線相對(duì)于地固坐標(biāo)系靜止靜態(tài)定位天線相對(duì)于地固坐標(biāo)系靜止

2、動(dòng)態(tài)定位天線相對(duì)于地固坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)定位天線相對(duì)于地固坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng) 獲得定位結(jié)果的時(shí)效獲得定位結(jié)果的時(shí)效 事后定位事后定位 實(shí)時(shí)定位實(shí)時(shí)定位 觀測值類型觀測值類型 偽距測量偽距測量 載波相位測量載波相位測量距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 GPS測量定位方法分類測量定位方法分類GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用單點(diǎn)定位簡介單點(diǎn)定位簡介 定義定義 單獨(dú)利用一臺(tái)接收機(jī)確定待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中絕對(duì)位單獨(dú)利用一臺(tái)接收機(jī)確定待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中絕對(duì)位置的方法置的方法 定位結(jié)果與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的絕對(duì)坐標(biāo)定位結(jié)果與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的絕對(duì)坐標(biāo) 采用廣播星歷時(shí)屬采用廣播星歷時(shí)屬WGS-8

3、4 采用采用IGS International GPS Service精密星歷時(shí)為精密星歷時(shí)為ITRF International Terrestrial Reference Frames 特點(diǎn)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：一臺(tái)接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測簡單，可瞬時(shí)定位優(yōu)點(diǎn)：一臺(tái)接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測簡單，可瞬時(shí)定位 缺點(diǎn)：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低缺點(diǎn)：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 低精度導(dǎo)航、資源普查、軍事、低精度導(dǎo)航、資源普查、軍事、.距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 單點(diǎn)定位簡介單點(diǎn)定位簡介GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用偽距單點(diǎn)定位的誤差方程偽距單點(diǎn)定

4、位的誤差方程 對(duì)于衛(wèi)星對(duì)于衛(wèi)星i，在某一個(gè)歷元的誤差方程為，在某一個(gè)歷元的誤差方程為itropiionitiitiiiiVVVcVcdZndYmdXlVSR)()()(0距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 偽距單點(diǎn)定位的誤差方程偽距單點(diǎn)定位的誤差方程GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用單點(diǎn)定位有單點(diǎn)定位有4個(gè)待定參數(shù)，個(gè)待定參數(shù)，因而至少需因而至少需要同時(shí)觀測要同時(shí)觀測4顆以上的衛(wèi)顆以上的衛(wèi)星，才能同星，才能同時(shí)確定出所時(shí)確定出所有的待定參有的待定參數(shù)。數(shù)。偽距單點(diǎn)定位的誤差方程偽距單點(diǎn)定位的誤差方程 對(duì)在某歷元同時(shí)觀測的對(duì)在某歷元同時(shí)觀測的n顆衛(wèi)星，其誤差方顆衛(wèi)星，其誤差方程及位

5、置解為程及位置解為4)()()()()(.)()()()()()(1.11.)()()(.)()()()()()(2011020222210111122211121022222022221111101111nVVVcVVVcVVVccVdZdYdXnmlnmlnmlVVVVVVcVcdZndYmdXlVVVVcVcdZndYmdXlVVVVcVcdZndYmdXlVnntropnionntntropionttropionttnnnnntropnionntnntnnnntropiontttropionttSSSRSRSRSRVVQDBBQlBBBxlxBVlBxVT0TTT；用矩陣形式表示：距離

6、測量與距離測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 偽距單點(diǎn)定位的誤差方程偽距單點(diǎn)定位的誤差方程GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用DOP值值 DOP（Dilution of Precision） GDOP Geometry Dilution of Precision PDOP Position Dilution of Precision TDOP Time Dilution of Precision HDOP Horizontal Dilution of Precision VDOP Vertical Dilution of Precision,XXXYXZXtYXYYYZYtZXZYZZZttXt

7、YtZttXXYYZZttXXYYZZttNNEEUUqqqqqqqqqqqqqqqqGDOPqqqqPDOPqqqTDOPqHDOPqqVDOPqN E UQ其中：為站心地平坐標(biāo)系下的坐標(biāo)分量。DOP值的定義值的定義距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 DOP值值GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用DOP值值 DOP值與定位精度值與定位精度 DOP值的性質(zhì)值的性質(zhì) DOP值與單點(diǎn)定位時(shí)，所觀測衛(wèi)星的數(shù)量與分值與單點(diǎn)定位時(shí)，所觀測衛(wèi)星的數(shù)量與分布有關(guān)，它所表示的是定位的幾何條件布有關(guān)，它所表示的是定位的幾何條件 DOP值越小，定位的幾何條件越好值越小，定位的幾何條件越好距離測量與距離

8、測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 DOP值值posposmURA PDOPmURA其中：為位置中誤差，為用戶等效距離誤差。GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用DOP值值距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 DOP值值1-sigma 誤差，單位 m 誤差來源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 2.0 0.7 2.1 電離層 4.0 0.5 4.0 對(duì)流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測 0.5 0.2 0.5 用戶等效距離誤差(UERE), rms 5.1 1.4 5.3 濾波后的 UERE，rms 5.1 0

9、.4 5.1 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5 12.8 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 10.2 SPS 誤差模型 無 SA GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用DOP值值距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 DOP值值1-sigma 誤差，單位 m 誤差來源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 2.0 0.7 2.1 電離層 1.0 0.7 1.2 對(duì)流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測 0.5 0.2 0.5 用戶等效距離誤差(UERE), rms 3.3 1.5 3.6 濾波后的 U

10、ERE，rms 3.3 0.4 3.3 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5 8.3 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 6.6 PPS 誤差模型，雙頻，P/Y 碼 GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程 對(duì)于衛(wèi)星對(duì)于衛(wèi)星i，誤差方程為，誤差方程為0()()()RSiiiitiiiiionitropitVl dXmdYndZc VNc VVV 距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程 若

11、在若在k個(gè)歷元里每歷元均觀測了個(gè)歷元里每歷元均觀測了n顆相同的衛(wèi)顆相同的衛(wèi)星，則誤差方程星，則誤差方程kntropknionkntnknnktknknknknntropnionntnnntnnnnntropnionntnntnnnnntropnionntnnntnnnntropionttVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVSRSRSRSRSR)()()(.)()()(.)()()()()()(.)()()(2022222022222111110121111011

12、11110111111距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程；用矩陣形式表示：TnktttknknknnnnnnnnnnknNNNVcVcVcdZdYdXnmlnmlnmlnmlnmlnmlVVVRRR.001.00.000.10.0.00.10.000.01.0.00.010.00.01.212122211122211121xBVlBxV距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程G

13、PS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程nkknVVVcVVVcVVVcVVVcVVVcVVVcknkntropknionkntknnntropnionntnnntropnionntnnntropnionntntropionttropiontSSSSSS3)()(;)()()(.)()()(.)()()()()()(.)()()()()()(201102022221011110202222101111VVQDBBQlBBBxlT0TTT；解為：距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程假定在

14、假定在k個(gè)歷元中連續(xù)個(gè)歷元中連續(xù)對(duì)對(duì)n顆衛(wèi)星進(jìn)行了觀測，顆衛(wèi)星進(jìn)行了觀測，則通常有則通常有3+k+n個(gè)待個(gè)待定參數(shù)（定參數(shù)（3個(gè)位置參數(shù)、個(gè)位置參數(shù)、k個(gè)整周模糊度參數(shù)和個(gè)整周模糊度參數(shù)和n個(gè)接收機(jī)鐘差參數(shù)），個(gè)接收機(jī)鐘差參數(shù)），因而，僅采用載波相因而，僅采用載波相位觀測值無法實(shí)現(xiàn)瞬位觀測值無法實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)單點(diǎn)定位。時(shí)單點(diǎn)定位。GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用單點(diǎn)定位的誤差源及應(yīng)對(duì)方法單點(diǎn)定位的誤差源及應(yīng)對(duì)方法 衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 精密星歷精密星歷 衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差 精密鐘差、地面跟蹤精密鐘差、地面跟蹤 電離層延遲電離層延遲 雙頻改正雙頻改正 對(duì)流層延遲對(duì)流層延遲 模型改正模型改正距離測量與距離測量與

15、GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 單點(diǎn)定位的誤差源及應(yīng)對(duì)方法單點(diǎn)定位的誤差源及應(yīng)對(duì)方法GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用精密單點(diǎn)定位精密單點(diǎn)定位 精密單點(diǎn)定位精密單點(diǎn)定位 PPP Precise Point Positioning 特點(diǎn)特點(diǎn) 主要觀測值為載波相位主要觀測值為載波相位 采用精密的衛(wèi)星軌道和鐘數(shù)據(jù)采用精密的衛(wèi)星軌道和鐘數(shù)據(jù) 采用復(fù)雜的模型采用復(fù)雜的模型 定位精度定位精度 亞分米級(jí)亞分米級(jí) 用途用途 全球高精度測量全球高精度測量 衛(wèi)星定軌衛(wèi)星定軌距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位 精密單點(diǎn)定位精密單點(diǎn)定位GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用4.7 相對(duì)定位相對(duì)定位GPS原理及

16、其應(yīng)用原理及其應(yīng)用概述概述 定義定義 確定進(jìn)行同步觀測的接收機(jī)之間相對(duì)位確定進(jìn)行同步觀測的接收機(jī)之間相對(duì)位置的定位方法，稱為相對(duì)定位。置的定位方法，稱為相對(duì)定位。 定位結(jié)果定位結(jié)果 與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的基線向量與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的基線向量（坐標(biāo)差）及其精度信息（坐標(biāo)差）及其精度信息 采用廣播星歷時(shí)屬采用廣播星歷時(shí)屬WGS-84 采用采用IGS International GPS Service精密星精密星歷時(shí)為歷時(shí)為ITRF International Terrestrial Reference Frame 基線向量中含有：基線向量中含有：2個(gè)方位基準(zhǔn)（一個(gè)個(gè)方位基準(zhǔn)（一個(gè)水平方法，一

17、個(gè)垂直方位）和水平方法，一個(gè)垂直方位）和1個(gè)尺度個(gè)尺度基準(zhǔn)，不含有位置基準(zhǔn)基準(zhǔn)，不含有位置基準(zhǔn)距離測量與距離測量與GPS定位定位 相對(duì)定位相對(duì)定位 概述概述GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用概述概述 特點(diǎn)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：定位精度高優(yōu)點(diǎn)：定位精度高 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 多臺(tái)接收共同作業(yè)，作業(yè)復(fù)雜多臺(tái)接收共同作業(yè)，作業(yè)復(fù)雜 數(shù)據(jù)處理復(fù)雜數(shù)據(jù)處理復(fù)雜 不能直接獲取絕對(duì)坐標(biāo)不能直接獲取絕對(duì)坐標(biāo) 應(yīng)用應(yīng)用 高精度測量定位及導(dǎo)航高精度測量定位及導(dǎo)航相對(duì)定位相對(duì)定位距離測量與距離測量與GPS定位定位 相對(duì)定位相對(duì)定位 概述概述GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用觀測方程觀測方程 非差觀測方程非差觀測方程 單差觀測方程單差觀測方

18、程 雙差觀測方程雙差觀測方程.)()()()()()()()(00kjtropkjionkjktjtkjjkjjkjjkjkjkjkitropkiionkiktitkiikiikiikikikiVVcVcVNdZndYmdXlvVVcVcVNdZndYmdXlvSRSRkjitropkjiionkjijitkjijikjijikjijikjikjikjikikjkikjkikikjkjVVcVNdZndYmdXlvvvvvR,0,)()()()()(lkjitroplkjiionlkjilkjijilkjijilkjijilkjilkjilkjikjikjiljiljiVVNdZndYmdXlvvv,0,)()()()()(kikjkjiOOO,kjiljilkjiOOO,距離測量與距離測量與GPS定位定位 相對(duì)定位相對(duì)定位 觀測方程