GPS第五章修改課件

CUG

第五章

GPS定位基本原理本章提示2.測碼偽距觀測方程（重點）3.測相偽距觀測方程（重點）4.觀測方程的解算1.GPS定位方式、觀測量

5.1GPS定位方式、觀測量和觀測方程

一、

GPS定位方式及其分類

根據(jù)定位所采用的觀測值

偽距定位

觀測值：C/A碼偽距、P碼偽距優(yōu)點:數(shù)據(jù)處理簡單，對定位條件的要求低，不存在整周模糊度的問題，容易實現(xiàn)實時定位；缺點:觀測值精度低，C/A碼偽距觀測值精度一般為3米，P碼偽距觀測值精度一般為30個厘米。載波相位定位

觀測值：載波相位觀測值，（L1、L2或線性組合）定位的優(yōu)點：觀測值的精度高，一般優(yōu)于2個毫米；缺點：數(shù)據(jù)處理過程復雜，存在整周模糊度。

GPS定位方式及其分類根據(jù)獲取定位結果的時間

實時定位

實時定位：根據(jù)接收機觀測到的數(shù)據(jù)，實時解算出接收機天線所在的位置。非實時定位

非實時定位（后處理定位）：通過對接收機接收到的數(shù)據(jù)進行后處理以進行定位。根據(jù)定位時接收機的運動狀態(tài)

動態(tài)定位：在進行GPS定位時，接收機的天線在整個觀測過程中的位置變化。在數(shù)據(jù)處理時，將接收機天線的位置作為一個隨時間的改變而改變的量。GPS定位方式及其分類靜態(tài)定位：在進行GPS定位時，接收機的天線在整個觀測過程中的位置保持不變。在數(shù)據(jù)處理時，將接收機天線的位置作為一個不隨時間的改變而改變的量。GPS定位共有四種基本的觀測方式：動態(tài)絕對定位、靜態(tài)絕對定位、動態(tài)相對定位和靜態(tài)相對定位。除此之外，還有準動態(tài)相對定位、快速靜態(tài)相對定位等新觀測方法。需解決兩個關鍵問題如何確定衛(wèi)星的位置如何測量出站星距離GPS定位的基本原理衛(wèi)星作為“動態(tài)”已知控制點，測量出測站點至三顆以上GPS衛(wèi)星的距離，利用空間距離后方交會法解算出測站P的位置。測距方法雙程測距

用于電磁波測距儀

GPS偽距測量測距碼C/A碼（測距時有模糊度）P碼5.1GPS定位方式、觀測量和觀測方程載波相位測量（CarrierBeatPhaseMeasurements）：比較接收機產(chǎn)生的參考載波信號與接收到的來自衛(wèi)星的載波信號之間的相位差GPS定位的常用觀測量

調(diào)制在L1上的C/A碼偽距調(diào)制在L1上的P碼偽距調(diào)制在L2上的P碼偽距L1載波相位觀測值L2載波相位觀測值L1上的多普勒頻移L2上的多普勒頻移

5.1GPS定位方式、觀測量和觀測方程

衛(wèi)星信號的發(fā)射瞬間（歷元）與接收瞬間（歷元）分別由衛(wèi)星時鐘和接收機時鐘給出。當這兩個時鐘與GPS時間保持嚴格同步，所獲得的距離延遲接近于真實的站星之間幾何距離。

但實際上偽距測量（載波相位測量），所獲得的距離都不可避免地包含接收機鐘和衛(wèi)星鐘不同步的誤差，偽距：含有鐘差影響的距離值測碼偽距：偽距測量所獲得的偽距觀測量測相偽距：載波相位測量所獲得的偽距觀測量

5.2GPS觀測方程的列立

5.2.1偽距測量觀測方程

偽距測量觀測方程（偽距觀測方程）（pseudorangeobservationequation)：把測距碼信號（C/A碼和P碼）距離延遲作為觀測量的觀測方程。

假設衛(wèi)星j發(fā)射信號時的衛(wèi)星鐘時刻和接收機i收到信號時的接收機鐘時刻分別為

則信號傳播時間為

考慮到大氣折射影響衛(wèi)星鐘的改正數(shù)接收機鐘的改正數(shù)電離層折射延遲改正對流層折射延遲改正偽距幾何距離5.2.2載波相位觀測方程一、信號傳播時間衛(wèi)星發(fā)射的載波信號相位理想的GPS時間為接收機接收的信號相位為相位差為如果用f0、fj和

fi分別表示載波標準頻率、衛(wèi)星信號頻率和接收機振蕩器頻率，理想狀況下則有5.2.2載波相位觀測方程根據(jù)電磁波的有關理論，任意時刻衛(wèi)星發(fā)射信號相位與接收機接收信號相位可以寫成可得

其中是理想的衛(wèi)星信號傳播時間，如果設為站星間幾何距離，不考慮到大氣折射的影響，則有5.2.2載波相位觀測方程忽略二階及以上微分項，結合考慮加入接收機鐘差影響，在ti時刻繼續(xù)進行泰勒級數(shù)展開，并取至一階項采用迭代算法，由于

所以上式收斂很快，取一次迭代并略去高階項

5.2.2載波相位觀測方程則有由此，可以進一步得出觀測得到的載波信號相位差展開并考慮大氣折射影響因為5.2.2載波相位觀測方程

載波相位觀測量與整周未知數(shù)

上式所給出的不是載波相位的“觀測量”。因為GPS載波信號相位差的整周部分不能直接測定假設t0為起始觀測歷元，載波信號相位差分為小數(shù)部分和整數(shù)部分，則相對于起始歷元t0有

當衛(wèi)星在t0歷元被跟蹤（信號鎖定）以后，在任意觀測歷元t，載波信號相位差可以分為三個部分。

5.2.2載波相位觀測方程

載波相位觀測方程的構成結合以上推導，載波相位觀測方程可以表示為

將一階導數(shù)項忽略，則載波相位觀測方程進一步簡化為

或者可以表達為5.3GPS觀測方程的解算

觀測方程的解算與一般平差計算類似。也是從觀測方程到誤差方程，再到法方程。GPS測量的主要目的之一就是確定測站點的三維坐標。偽距觀測方程和載波相位觀測方程都含有測站點三維坐標（Xi、Yi、Zi），即站星之間幾何距離

下面以偽距觀測方程的解算為例。將上式帶入偽距觀測方程可得為了構成誤差方程。需要將觀測值與觀測值改正數(shù)、未知參數(shù)近似值與未知參數(shù)改正數(shù)相分離，并對將未知參數(shù)系數(shù)項線性化。5.3