第8章GNSS測(cè)量與定位

第8章GNSS測(cè)量與定位2/3/20238.1偽距測(cè)量8.2載波相位測(cè)量8.3定位原理8.4GPS測(cè)量誤差來(lái)源8.5差分GNSS8.6絕對(duì)定位和相對(duì)定位第8章GNSS測(cè)量與定位2/3/20238.1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。2/3/2023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，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。2/3/2023偽距2/3/2023偽距定位觀測(cè)方程偽距觀測(cè)方程：簡(jiǎn)寫(xiě)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2/3/2023GNSS偽距測(cè)量偽距法定位是由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)。2/3/2023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)之間的相位差，通過(guò)相位差來(lái)求解接收機(jī)位置。由于載波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于碼長(zhǎng)，C/A碼碼元寬度293m，P碼碼元寬度29.3m，而L1載波波長(zhǎng)為19.03cm，L2載波波長(zhǎng)為24.42cm，在分辨率相同的情況下，L1載波的觀測(cè)誤差約為2.0mm，L2載波的觀測(cè)誤差約為2.5mm。而C/A碼觀測(cè)精度為2.9m，P碼為0.29m。載波相位觀測(cè)是目前最精確的觀測(cè)方法。7.2載波相位測(cè)量2/3/2023載波相位差對(duì)應(yīng)著距離差載波相位測(cè)量值是GPS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。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2/3/2023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2/3/2023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λ×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)。2/3/2023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（fixedsolution）（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（floatingsolution）2/3/2023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。2/3/2023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)。2/3/2023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。2/3/2023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(jiàn)有關(guān)參考資料。2/3/2023偽距和載波相位是GPS接收機(jī)的兩個(gè)基本距離測(cè)量值，兩者既明顯區(qū)別，又相互補(bǔ)充。偽距與載波相位測(cè)量方法的對(duì)比偽距測(cè)量值至少4顆可見(jiàn)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。VS2/3/2023PN碼測(cè)距與載波相位測(cè)距的精度2/3/20238.3定位原理已知多顆可見(jiàn)衛(wèi)星的坐標(biāo)，和用戶接收機(jī)到衛(wèi)星的偽距測(cè)量值，怎么求解用戶的坐標(biāo)xyz？偽距觀測(cè)量校正誤差后接收機(jī)到衛(wèi)星n的幾何距離：定位原理2/3/2023忽略偽距測(cè)量誤差的影響，可得如下四元非線性方程組：上述方程組稱為偽距定位、定時(shí)方程組。當(dāng)接收機(jī)有四顆或以上的可見(jiàn)衛(wèi)星的偽距測(cè)量值，則上述偽距測(cè)量方程至少由4個(gè)組成，接收機(jī)就可以求解其中的4個(gè)未知量，從而實(shí)現(xiàn)定位、定時(shí)。定位原理2/3/2023功能：定位與定時(shí)GPS定位的基本依據(jù)是三角學(xué)，即通過(guò)測(cè)量接收機(jī)到多顆位置已知衛(wèi)星的距離，在根據(jù)簡(jiǎn)單的三角關(guān)系來(lái)推算接收機(jī)自身的位置。定位原理2/3/2023偽距定位過(guò)程就是求解偽距定位方程組的過(guò)程。方法：利用牛頓迭代法將非線性方程線性化，利用最小二乘法求解每次牛頓迭代循環(huán)中的線性矩陣方程。牛頓迭代法簡(jiǎn)介：偽距定位算法2/3/2023牛頓迭代法簡(jiǎn)介泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)第一步：準(zhǔn)備數(shù)據(jù)與設(shè)置初始解（1）計(jì)算同一時(shí)刻的多顆可見(jiàn)衛(wèi)星的偽距測(cè)量值，并進(jìn)行各種誤差的校正；（2）從導(dǎo)航電文中獲得星歷信息，并計(jì)算衛(wèi)星的空間位置坐標(biāo)。（3）設(shè)置接收機(jī)當(dāng)前位置坐標(biāo)的初始估計(jì)值和接收機(jī)鐘差的初始估計(jì)值。偽距定位算法2/3/2023第二步：非線性方程組的線性化（泰勒展開(kāi)）偽距定位算法2/3/2023用戶位移在衛(wèi)星觀測(cè)反方向上的投影，等于此位移引起的衛(wèi)星和用戶之間的距離變化量。第三步：利用最小二乘法求解線性方程組

也可以采用加權(quán)最小二乘法求解。偽距定位算法2/3/2023第四步：更新非線性方程組的根偽距定位算法2/3/2023第五步：判斷牛頓迭代的收斂性如果牛頓迭代收斂到所需要的精度，牛頓迭代法可以終止循環(huán)計(jì)算，并將最后一次迭代更新值作為接收機(jī)的定位和定時(shí)結(jié)果。否則，k值增加1，返回第二步，進(jìn)入下一次迭代計(jì)算。收斂判決準(zhǔn)則：

是否已經(jīng)小于一個(gè)預(yù)設(shè)門(mén)限偽距定位算法2/3/2023考慮測(cè)量誤差，則定位方程寫(xiě)成：求解得：影響定位誤差的因素：（1）測(cè)量誤差（2）衛(wèi)星的幾何分布（與衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)弱無(wú)關(guān)）定位誤差分析測(cè)量誤差定位誤差衛(wèi)星分布的幾何矩陣（Jacob）2/3/20238.4GPS測(cè)量誤差2/3/2023GPS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(lèi)：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。2/3/2023GPS測(cè)量誤差分類(lèi)及其對(duì)距離影響（單位：m）誤差來(lái)源P碼C/A碼衛(wèi)星星歷與模型誤差鐘差與穩(wěn)定度衛(wèi)星攝動(dòng)相位不確定性其它合計(jì)4.23.01.00.50.95.44.23.01.00.50.95.4信號(hào)傳播電離層折射對(duì)流層折射多路徑效應(yīng)其它合計(jì)2.32.01.20.53.35.0-10.02.01.20.55.5-10.3接收機(jī)接收機(jī)噪聲其它合計(jì)1.00.51.17.50.57.5總計(jì)6.410.8-13.6按誤差性質(zhì)分類(lèi)按誤差性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差兩類(lèi)。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。2/3/20238.4.1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1ms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。2/3/2023（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。2/3/20232/3/2023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=-0.835×10-10f的頻率偏差，根據(jù)廣義相對(duì)論的觀點(diǎn)，又將產(chǎn)生df2=5.284×10-10f的引力頻移，則總的相對(duì)論效應(yīng)影響為df=df1+df2=4.449×10-10f。

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4.449×10-10f，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8.4.2衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差2/3/2023對(duì)于GPS而言，衛(wèi)星的電磁波信號(hào)從信號(hào)發(fā)射天線傳播到地面GPS接收機(jī)天線，其傳播路徑并非真空，而是要穿過(guò)性質(zhì)與狀態(tài)各異、且不穩(wěn)定的大氣層，使其傳播的方向、速度和強(qiáng)度發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為大氣折射。大氣折射對(duì)GPS觀測(cè)結(jié)果的影響，往往超過(guò)GPS精密定位所容許的誤差范圍，因此在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中必須考慮。根據(jù)對(duì)電磁波傳播的不同影響，一般將大氣層分為對(duì)流層和電離層。（1）電離層折射影響：主要取決于信號(hào)頻率和傳播路徑上的電子總量。通常采取的措施：利用雙頻觀測(cè)：電離層影響是信號(hào)頻率的函數(shù)，利用不同頻率電磁波信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，可確定其影響大小，并對(duì)觀測(cè)量加以修正。其有效性不低于95%.利用電離層模型加以修正：對(duì)單頻接收機(jī)，一般采用由導(dǎo)航電文提供的或其它適宜電離層模型對(duì)觀測(cè)量進(jìn)行改正。目前模型改正的有效性約為75%，至今仍在完善中。利用同步觀測(cè)值求差：當(dāng)觀測(cè)站間的距離較近（小于20km）時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)不同觀測(cè)站的路徑相近，通過(guò)同步求差，殘差不超過(guò)10-6。2/3/2023（2）對(duì)流層的影響對(duì)流層折射對(duì)觀測(cè)量的影響可分為干分量和濕分量?jī)刹糠?。干分量主要與大氣溫度和壓力有關(guān);濕分量主要與信號(hào)傳播路徑上的大氣濕度和高度有關(guān)。目前濕分量的影響尚無(wú)法準(zhǔn)確確定。對(duì)流層影響的處理方法：定位精度要求不高時(shí)，忽略不計(jì)。采用對(duì)流層模型加以改正。引入描述對(duì)流層的附加待估參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中求解。觀測(cè)量求差。2/3/2023（3）多徑效應(yīng)：接收機(jī)天線除直接收到衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)外，還可能收到經(jīng)天線周?chē)匚镆淮位蚨啻畏瓷涞男l(wèi)星信號(hào)。兩種信號(hào)迭加，將引起測(cè)量參考點(diǎn)位置變化，使觀測(cè)量產(chǎn)生誤差。在一般反射環(huán)境下，對(duì)測(cè)碼偽距的影響達(dá)米級(jí)，對(duì)測(cè)相偽距影響達(dá)厘米級(jí)。在高反射環(huán)境中，影響顯著增大，且常常導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)失鎖和產(chǎn)生周跳。2/3/20232/3/2023措施：安置接收機(jī)天線的環(huán)境應(yīng)避開(kāi)較強(qiáng)發(fā)射面，如水面、平坦光滑的地面和建筑表面。選擇造型適宜且屏蔽良好的天線如扼流圈天線。適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，削弱周期性影響。改善接收機(jī)的電路設(shè)計(jì)。8.4.3接收設(shè)備有關(guān)的誤差主要包括觀測(cè)誤差、接收機(jī)鐘差、天線相位中心誤差和載波相位觀測(cè)的整周不確定性影響。2/3/2023（1）觀測(cè)誤差包括分辨誤差和接收天線相對(duì)測(cè)站點(diǎn)的安置誤差。分辨誤差一般認(rèn)為約為信號(hào)波長(zhǎng)的1%。安置誤差主要有天線的置平與對(duì)中誤差和量取天線相位中心高度（天線高）誤差。（2）接收機(jī)鐘差GPS接收機(jī)一般設(shè)有高精度的石英鐘，日頻率穩(wěn)定度約為10-11。如果接收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘之間的同步差為1s，則引起的等效距離誤差為300m。處理接收機(jī)鐘差的方法：作為未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中求解。利用觀測(cè)值求差方法，減弱接收機(jī)鐘差影響。定位精度要求較高時(shí)，可采用外接頻標(biāo)，如銣、銫原子鐘，提高接收機(jī)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)精度。2/3/20232/3/2023（3）載波相位觀測(cè)的整周未知數(shù)無(wú)法直接確定載波相位相應(yīng)起始?xì)v元在傳播路徑上變化的整周數(shù)。同時(shí)存在因衛(wèi)星信號(hào)被阻擋和受到干擾，而產(chǎn)生信號(hào)跟蹤中斷和整周變跳。（4）天線相位中心位置偏差GPS定位中，觀測(cè)值都是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)，在理論上，天線相位中心與儀器的幾何中心應(yīng)保持一致。實(shí)際上，隨著信號(hào)輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化，同時(shí)與天線的質(zhì)量有關(guān)，可達(dá)數(shù)毫米至數(shù)厘米。如何減小相位中心的偏移，是天線設(shè)計(jì)的一個(gè)迫切問(wèn)題。2/3/20238.4.4其它誤差來(lái)源地球自轉(zhuǎn)影響衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘震蕩器的隨機(jī)誤差、大氣折射模型和衛(wèi)星軌道攝動(dòng)模型誤差、地球潮汐以及信號(hào)傳播的相對(duì)論效應(yīng)等都會(huì)對(duì)觀測(cè)量產(chǎn)生影響。為提高長(zhǎng)距離相對(duì)定位的精度，滿足地球動(dòng)力學(xué)研究要求，研究這些誤差來(lái)源，并確定它們的影響規(guī)律和改正方法，有重要意義。2/3/2023減小GNSS測(cè)量誤差的有效措施之一是使用差分GNSS。依據(jù)：衛(wèi)星時(shí)鐘誤差、衛(wèi)星星歷誤差、電離層延時(shí)、對(duì)流層延時(shí)等具有空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性。8.5差分GNSS使用兩個(gè)GNSS接收機(jī)：一個(gè)基準(zhǔn)站接收機(jī)和一個(gè)流動(dòng)站接收機(jī)?；鶞?zhǔn)站接收機(jī)的位置是預(yù)先精確知道的，可以獲得衛(wèi)星到基準(zhǔn)站的真實(shí)幾何距離?；鶞?zhǔn)站對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量的距離測(cè)量值與這一真實(shí)幾何距離相比較，其差異就是基準(zhǔn)站對(duì)衛(wèi)星的測(cè)量誤差?；鶞?zhǔn)站將這個(gè)測(cè)量誤差（稱為差分校正量）通過(guò)無(wú)線電臺(tái)廣播出去。流動(dòng)站利用接收到的基準(zhǔn)站的測(cè)量誤差，來(lái)校正流動(dòng)站對(duì)同一個(gè)衛(wèi)星的距離測(cè)量值，從而提高流動(dòng)站的測(cè)量和定位精度。差分GNSS的原理2/3/2023差分GNSS2/3/2023差分校正量——位置差分播發(fā)的差分校正量是位置差2/3/2023差分校正量——偽距差分播發(fā)的差分校正量是偽距差分2/3/2023單點(diǎn)GNSS與差分GNSS的性能比較2/3/2023定位方法分類(lèi)按參考點(diǎn)的不同位置劃分為：（1）絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站相對(duì)地球質(zhì)心的位置。（2）相對(duì)定位：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站與地面某一參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。8.6絕對(duì)定位與相對(duì)定位2/3/2023按用戶接收機(jī)作業(yè)時(shí)所處的狀態(tài)劃分：（1）靜態(tài)定位：在定位過(guò)程中，接收機(jī)位置靜止不動(dòng)，是固定的。靜止?fàn)顟B(tài)只是相對(duì)的，在衛(wèi)星大地測(cè)量中的靜止?fàn)顟B(tài)通常是指待定點(diǎn)的位置相對(duì)其周?chē)c(diǎn)位沒(méi)有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測(cè)期內(nèi)可以忽略。（2）動(dòng)態(tài)定位：在定位過(guò)程中，接收機(jī)天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，又都包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種形式。8.6.1GPS定位方法分類(lèi)2/3/2023絕對(duì)定位也稱單點(diǎn)定位，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)原點(diǎn)（地球質(zhì)心）絕對(duì)坐標(biāo)的一種方法。絕對(duì)定位的基本原理：以GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線之間的距離（或距離差）觀測(cè)量為基礎(chǔ)，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，來(lái)確定接收機(jī)天線所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位，即觀測(cè)站的位置。GPS絕對(duì)定位方法的實(shí)質(zhì)是測(cè)量學(xué)中的空間距離后方交會(huì)。原則上觀測(cè)站位于以3顆衛(wèi)星為球心，相應(yīng)距離為半徑的球與觀測(cè)站所在平面交線的交點(diǎn)上。絕對(duì)定位方法概述2/3/2023GPS相對(duì)定位也叫差分GPS定位，是至少用兩臺(tái)GPS接收機(jī)，同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對(duì)位置（坐標(biāo)差）。相對(duì)定位時(shí)，用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線的兩端，同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)的相對(duì)位置或基線向量。同樣，多臺(tái)接收機(jī)安置在若干條基線的端點(diǎn)，通過(guò)同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星可以確定多條基線向量。在一個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)已知的情況下，可以用基線向量推求另一待定點(diǎn)的坐標(biāo)。相對(duì)定位是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法。相對(duì)定位方法概述2/3/2023絕對(duì)定位可根據(jù)天線所處的狀態(tài)分為動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位和靜態(tài)絕對(duì)定位。無(wú)論動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)，絕對(duì)定位所依據(jù)的觀測(cè)量都是所測(cè)的站星偽距。靜態(tài)絕對(duì)定位可以根據(jù)偽距觀測(cè)量或載波相位觀測(cè)量來(lái)進(jìn)行。8.6.2靜態(tài)定位2/3/2023靜態(tài)絕對(duì)定位利用偽距觀測(cè)量進(jìn)行靜態(tài)絕對(duì)定位時(shí)，通過(guò)連續(xù)地在不同歷元觀測(cè)不同的衛(wèi)星，測(cè)定衛(wèi)星到觀測(cè)站的偽距，獲得充分的多余觀測(cè)量，然后利用偽距測(cè)量的觀測(cè)方程進(jìn)行求解。首先將偽距觀測(cè)方程線性化，展開(kāi)后進(jìn)行解算并求定誤差。利用偽距進(jìn)行靜態(tài)絕對(duì)定位2/3/2023應(yīng)用載波相位進(jìn)行靜態(tài)絕對(duì)定位，其精度高于用偽距進(jìn)行靜態(tài)絕對(duì)定位。在載波相位靜態(tài)絕對(duì)定位中，應(yīng)注意對(duì)觀測(cè)值加入電離層、對(duì)流層等各項(xiàng)改正，防止和修復(fù)整周跳變，以提高定位精度。整周未知數(shù)解算后，不再為整數(shù)，可將其調(diào)整為整數(shù)，解算出的觀測(cè)站坐標(biāo)稱為固定解，否則稱為實(shí)數(shù)解。載波相位靜態(tài)絕對(duì)定位解算的結(jié)果可以為相對(duì)定位的參考站（或基準(zhǔn)站）提供較為精密的起始坐標(biāo)。利用載波相位觀測(cè)量進(jìn)行靜態(tài)絕對(duì)定位靜態(tài)絕對(duì)定位2/3/2023為了評(píng)價(jià)定位結(jié)果，一般采用精度因子DOP（DilutionOfPrecision）的概念。在實(shí)踐中，根據(jù)不同要求，可選用不同的精度評(píng)價(jià)模型和相應(yīng)的精度因子，通常有：※平面位置精度因子HDOP(horizontalDOP)※高程精度因子VDOP(VerticalDOP)※空間位置精度因子PDOP(PositionDOP)※接收機(jī)鐘差精度因子TDOP(TimeDOP)※幾何精度因子GDOP(GeometricDOP)，描述空間位置誤差和時(shí)間誤差綜合影響的精度因子定位精度的評(píng)價(jià)2/3/2023相對(duì)定位也分靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。安置在基線端點(diǎn)的接收機(jī)固定不動(dòng)，通過(guò)連續(xù)觀測(cè)，取得充分的多余觀測(cè)數(shù)據(jù)，改善定位精度。靜態(tài)相對(duì)定位一般均采用載波相位觀測(cè)值（或測(cè)相偽距）為基本觀測(cè)量。靜態(tài)相對(duì)定位T1T2S1S2S3S42/3/2023在兩個(gè)觀測(cè)站或多個(gè)觀測(cè)站同步觀測(cè)相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層的折射誤差等對(duì)觀測(cè)量的影響具有一定的相關(guān)性，利用這些觀測(cè)量的不同組合（求差）進(jìn)行相對(duì)定位，可有效地消除或減弱相關(guān)誤差地影響，從而提高相對(duì)定位的精度。靜態(tài)相對(duì)定位靜態(tài)相對(duì)定位2/3/2023GPS載波相位觀測(cè)值可以在衛(wèi)星間求差，在接收機(jī)間求差，也可以在不同歷元之間求差。各種求差法都是觀測(cè)值的線性組合。將觀測(cè)值直接相減的過(guò)程叫做求一次差，所得結(jié)果稱單差。對(duì)一次差繼續(xù)求差，所得結(jié)果稱為雙差，同樣還有三差。這些差分觀測(cè)值模型能夠有效地消除各種偏差項(xiàng)。求解過(guò)程也是首先將觀測(cè)方程線性化后求解并確定誤差。靜態(tài)相對(duì)定位靜態(tài)相對(duì)定位2/3/20232/3/2023GPS導(dǎo)航是一種廣義的GPS動(dòng)態(tài)定位，從目前的應(yīng)用看來(lái)，主要分為以下幾種方法：（1）單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位（2）實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)