GPS测量原理与应用2定位原理.ppt
GPS 测量原理与应用测量原理与应用 2008年3月22日pGPSGPS观测量观测量pGPSGPS定位误差定位误差pGPSGPS观测方程观测方程pGPSGPS绝对定位绝对定位pGPSGPS差分定位差分定位pGPSGPS观测网与基线观测网与基线p广义意义下的差分定位广义意义下的差分定位提提 纲纲第二章、第二章、GPS定位原理定位原理2.1 GPS2.1 GPS观测量观测量码与伪距观测码与伪距观测码：即数据，二进制表示数据流卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得到的量测距离。C/A码长1023bit,脉冲频率1.023MHz,码元宽1/1.023MHz=0.97752us（293.1m)，周期1msP码长2.35*1014bit，码元宽度0.097752us(29.3m),周期267天GPS卫星的基准频率 f0由卫星上的原子钟直接产生基准频率为10.23MHz卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频第二章、第二章、GPS定位原理定位原理第二章、第二章、GPS定位原理定位原理导航电文导航电文包含卫星星历、工作状态、时间系统、卫星钟差改正，大气折射改正的数据码（D码，二进制码），按帧依序发射，具体格式可参阅ICD-200标准。电文解码后的参数用于计算卫星位置和卫星钟差第二章、第二章、GPS定位原理定位原理载波与载波相位观测载波与载波相位观测码（数据）需要调试到载波上才能发送到接收机上，由接收机解调恢复，接收机同时进行载波相位观测（与接收机参考载波的相位差）。接收机只能量测出起始时刻某一周上的相位小数部分额，并DSP的TIC（一般为0.1s）进行整周数计数。观测时刻t的总相位差颗表示为：N(t-t0)为TIC计数，N(t0)为未知数，整周模糊度，习惯上将载波相直接写为第二章、第二章、GPS定位原理定位原理伪距与载波相位的关系伪距与载波相位的关系不考虑误差的影响，理论上存在关系式该式是相位平滑的理论基础第二章、第二章、GPS定位原理定位原理2.2 GPS2.2 GPS定位误差定位误差l与卫星有关的误差 卫星钟差 轨道误差 相位偏心l与传播路径有关的误差 电离层误差 对流层误差 多路径误差l与设备有关的误差 接收机钟差 相位偏心 观测误差（偶然误差）周跳（粗差）l其它误差 地球自转的影响 相对论影响第二章、第二章、GPS定位原理定位原理2.3 GPS2.3 GPS观测方程观测方程l伪距观测方程伪距观测方程l载波相位观测方程载波相位观测方程设i为测站下标，k为卫星上标第二章、第二章、GPS定位原理定位原理2.4 GPS2.4 GPS绝对定位绝对定位l伪距观测方程（仅考虑接收机钟差）伪距观测方程（仅考虑接收机钟差）l观测方程线性化观测方程线性化（l,m,n)为测站至卫星的方向余弦，为测站至卫星的方向余弦，0 0为测站近似值计算的站星距，近似值可以是（为测站近似值计算的站星距，近似值可以是（0 0，0 0，0 0）l矩阵形式矩阵形式第二章、第二章、GPS定位原理定位原理l绝对定位的解（最小二乘法，绝对定位的解（最小二乘法，vtpv=min)协因数阵未知数的中误差 伪距测量中误差 第二章、第二章、GPS定位原理定位原理l精度因子精度因子平面位置精度因子HDOP(horizontal DOP)及其相应的平面位置精度 高程精度因子VDOP(Vertical DOP)及其相应的高程精度 第二章、第二章、GPS定位原理定位原理l精度因子精度因子空间位置精度因子PDOP(Position DOP)及其相应的三维定位精度接收机钟差精度因子TDOP(Time DOP)及其钟差精度几何精度因子GDOP(Geometric DOP)及其相应的中误差第二章、第二章、GPS定位原理定位原理2.5 GPS2.5 GPS差分定位差分定位可消除或削弱相关误差可消除或削弱相关误差l位置差分位置差分l伪距差分伪距差分(单差，单差，算子，算子，消除卫星钟差，可用于时间同步消除卫星钟差，可用于时间同步)两站坐标相减，当观测卫星数相同时，与伪距差分精度相当与绝对定位的系数阵相同，算法没有本质上的区别l星间差分（星差，星间差分（星差，算子，消除接收机钟误差，可用于算子，消除接收机钟误差，可用于PPP）l双差（双差（算子，消除接收机钟和卫星钟误差，广泛意义上的差分定位）算子，消除接收机钟和卫星钟误差，广泛意义上的差分定位）l三差（三差（算子，消除接收机钟、卫星钟误差、模糊度，短时间内严重相关）算子，消除接收机钟、卫星钟误差、模糊度，短时间内严重相关）第二章、第二章、GPS定位原理定位原理2.6 2.6 相位差分定位相位差分定位l双差双差l非差非差l差分基准差分基准未知数大于观测方程的个数，秩亏（即使采用多历元）1）选择参考站，与该站的坐标未知数为零（不列入观测方程），或取先验权为无穷大；2）使用单差模糊度作为未知数,并选择参考卫星(与该卫星有关的模糊度不列入观测方程），或给定整数（先验权为无穷大）。第二章、第二章、GPS定位原理定位原理2.7 GPS2.7 GPS网与基线网与基线坐标及方差结果以坐标差坐标及方差结果以坐标差(x,x,y,z)的形式给出的形式给出大部分商用大部分商用GPS处理软件都是处理软件都是以单基线建立观测方程的，需以单基线建立观测方程的，需要考虑独立基线和网平差，可要考虑独立基线和网平差，可用重复边精度和闭合环检测粗用重复边精度和闭合环检测粗差，网平差与水准网类似；差，网平差与水准网类似；无论是单基线处理模式还是网无论是单基线处理模式还是网处理模式，实质上是先解算出处理模式，实质上是先解算出坐标，再计算基线，坐标，再计算基线，GAMIT软软件（网处理模式），件（网处理模式），Bernese软件。软件。RTK为单基线模式。为单基线模式。图图2.1 GPS观测网的独立基线观测网的独立基线表表2.1 2.1 独立基独立基线线搜索步搜索步骤骤 基基线线测测站站12231334101121201222300122400001全部组合有全部组合有 n(n-1)/2基线基线独立基线数：独立基线数：n-1n个测站的个测站的GPS观测网：观测网：1）最短距离）最短距离(最有效地削弱系统误差最有效地削弱系统误差)2）不构成闭合环）不构成闭合环由短到长顺序排列：由短到长顺序排列：12,23,13,34,24,14两条准则：两条准则：GPS网的独立基线网的独立基线第二章、第二章、GPS定位原理定位原理2.7 2.7 广义意义下的差分定位广义意义下的差分定位lWAAS（大范围）（大范围）l网络网络RTK(VRS技术，局部城市技术，局部城市)l星际差分（高精度动态星际差分（高精度动态PPP，全球，全球，NAVCO公司）公司）将电离层误差，卫星轨道误差作为改正数发布，采用星间差分消除接收机误差第二章、第二章、GPS定位原理定位原理l频率之间的组合频率之间的组合Melbourne-Wbbena组合：测相伪距
