GPS技术与应用GPS静态定位原理.pptx

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1、GPS静态定位原理静态定位原理 主要内容主要内容:概述概述 GPS定位类型定位类型 伪距法定位伪距法定位 载波相位测量载波相位测量整周跳变的探测与修复整周跳变的探测与修复整周模糊度的确定整周模糊度的确定第四章第四章 GPS静态定位原理静态定位原理 第1页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 概述概述4.1 4.1 概述概述GPS的定位原理的定位原理GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置D1D2D3准确位置准确位置第2页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 概述概述4.1 4.1 概述概述GPS的定位过程的定位过程

2、GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户用GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上的GPS卫星信号，测量出测站点P至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站P的位置。第3页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 概述概述4.1 4.1 概述概述GPS的定位过程的定位过程第4页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 概述概述4.1 4.1 概述概述GPS定位的基本观测量（距离定位的基本观测量（距离测定方法）测定方法）l利用测距码测距（伪距测量）l利用载波测距（载波相位测量）l由积分多普勒计数得出的伪距差l由卫星射电干涉

3、测量得出的伪距差第5页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 GPS定位类型定位类型4.2 4.2 GPS定位类型定位类型GPS定位分类定位分类根据定位模式：根据定位模式：单点定位（绝单点定位（绝对定位）对定位）相对定位相对定位差分定位差分定位根据定位时接收根据定位时接收机天线的运动状机天线的运动状态：态：静态定位静态定位动态定位动态定位根据定位时效：根据定位时效：实时定位实时定位事后定位事后定位根据观测值类型：根据观测值类型：伪距测量伪距测量载波相位测量载波相位测量第6页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 GPS定位类型定位类型4.2 4.2 GPS定位类型定位类型静态定位和动态定位

4、静态定位和动态定位静态定位：在定位过程中，接收机的位置是固定的，处于静止状态。特点：观测的时间较长，有大量的重复观测，其定位的可靠性强、精度高。主要应用于测定板块运动、监测地壳形变、大地测量、精密工程测量、地球动力学及地震监测等领域。动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。特点：可以实时地测得运动载体的位置，多余观测量少，定位精度低。目前广泛应用于飞机、船舶、车辆的导航中。第7页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 GPS定位类型定位类型4.2 4.2 GPS定位类型定位类型绝对定位与相对定位绝对定位与相对定位绝对定位（单点定位）绝对定位（单点定位）：是以地球质心为参照点，在是以地

5、球质心为参照点，在一个测站上只需一台接收机，独立确定待定点在一个测站上只需一台接收机，独立确定待定点在WGS-84坐标系中的绝对位置坐标系中的绝对位置。特点：特点：只需一台接收机作业，只需一台接收机作业，组织实施简单；但定位精度较低。组织实施简单；但定位精度较低。该定位模式在船舶、飞机的导航，地质矿产勘探，暗该定位模式在船舶、飞机的导航，地质矿产勘探，暗礁定位，建立浮标，海洋捕鱼及低精度测量领域应用广礁定位，建立浮标，海洋捕鱼及低精度测量领域应用广泛。泛。绝对定位又可分为绝对定位又可分为静态绝对定位静态绝对定位和和动态绝对定位动态绝对定位。第8页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 GPS

6、定位类型定位类型4.2 4.2 GPS定位类型定位类型绝对定位与相对定位绝对定位与相对定位相对定位：以地面某固定点为参考点，利用两台以上接收机，同时观测同一组卫星，确定各观测站在WGS-84系中的相对位置或基线向量优点：由于各站同步观测同一组卫星，误差对各站观测量的影响相同或大体相同，对各站求差（线性组合）可以消除或减弱这些误差的影响，从而提高了相对定位的精度。缺点：内外业组织实施较复杂。应用：大地测量、工程测量、地壳形变监测等领域 。第9页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 GPS定位类型定位类型4.2 4.2 GPS定位类型定位类型相对定位相对定位未知站参考站第10页/共68页GPS

7、静态定位原理静态定位原理 GPS定位类型定位类型4.2 4.2 GPS定位类型定位类型绝对定位与相对定位绝对定位与相对定位在绝对定位和相对定位中，又都分别包含静态定位和在绝对定位和相对定位中，又都分别包含静态定位和动态定位两种方式。为缩短观测时间，提供作业效率，动态定位两种方式。为缩短观测时间，提供作业效率，近年来发展了一些快速定位方法，如近年来发展了一些快速定位方法，如准动态相对定位法准动态相对定位法和和快速静态相对定位快速静态相对定位等。等。在动态相对定位中当前应用较广的有：在动态相对定位中当前应用较广的有：差分差分GPSGPS（DGPSDGPS）:以测距码为根据的实时动态相对以测距码为根

8、据的实时动态相对定位，精度低；定位，精度低；RTK:RTK:以载波为根据的实时动态相对定位，可获得厘以载波为根据的实时动态相对定位，可获得厘米级精度。米级精度。第11页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位GPS定位定位w需解决的两个关键问题n如何确定卫星的位置n如何测量出站星距离第12页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位测距方法测距方法w双程测距用于电磁波测距仪w单程测距用于GPS第13页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距

9、法定位伪距法定位伪距方法伪距方法定位原理定位原理w距离测定的基本思路w信号（测距码）传播时间的测定信号传播时间第14页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距方法伪距方法定位原理定位原理 卫星根据自己的星载时钟发出含有测距码的调制信号，经过 t t时间的传播后到达接收机，此时接收机的伪随机噪声码发生器在本机时钟的控制下，又产生一个与卫星发射的测距码结构完全相同的“复制码”。通过机内的可调延时器将复制码延迟时间 ，使得复制码与接收到的测距码“对齐”。在理想情况下，时延 就等于卫星信号的传播时间 t t ，将传播速度c c乘以时延 ，就

10、可以求得卫星至接收机的距离。第15页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距方法伪距方法定位原理定位原理第16页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位延延迟迟时时间间确确定定第17页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距方法伪距方法定位原理定位原理 上述码相关法测量伪距时，有一个基本假设，即卫星钟和接收机钟是完全同步的。但实际上这两台钟之间总是有差异的。因而求得的时延就不严格等于卫星信号的传播时间 t t ，它

11、包含了两台钟不同步的影响；此外，由于信号并不是完全在真空中传播，因而观测值中也包含了电离层和对流层延迟误差。第18页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距伪距由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出的量测距离。伪距法定位伪距法定位由GPS接收机在某一时刻测出的到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。第19页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的观测方程伪距法定位的观测方程设在某一瞬间

12、卫星发出一个信号，该瞬间卫星钟的读数为 ，正确的标准时应为 ，该信号在正确的标准时刻 到达接收机，根据接收机钟读得的时间为 。伪距测量中测得的时延=（1）设发射时刻卫星钟的改正数为 ，接收时刻接收机钟的改正数为 ，则有 ，=（2）第20页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的观测方程伪距法定位的观测方程将（2 2）代入（1 1），得 则 （3 3）式中：为将时钟化为标准时间的站星间距离。但信号不是在真空中传播，而要经过电离层和对流层，这样传播速度将要发生变化，故必须加上二者的折射改正，才能求得站星间真正的几何距离，即：（4

13、 4）(4)(4)代入(3)(3)得：(5)(5)第21页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的观测方程伪距法定位的观测方程将 写成站星坐标的函数：卫星坐标为（x，y，z）,接收机坐标为（X,Y,Z）则 (6)将（6）代入（5），得 （7）上式即为伪距定位法的数学模型（观测方程）。第22页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的观测方程伪距法定位的观测方程 式中X、Y、Z(接收机天线位置)为未知数,而接收机钟差 也要作为未知数求解，这是因为数以万计的接收

14、机只能安装石英钟（非原子钟），其稳定度差，必须要求出任一瞬间的时钟改正数。这样，任一观测时刻，用户至少要测定4颗卫星的距离，以解算出4个未知数；当卫星数4时，用最小二乘求解未知数的最或然值。第23页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的计算伪距法定位的计算在公式（7）中：如令已知值部分为 ；而令 则（7）可写为 （8）假定测站的未知数向量及改正数向量分别为 ；将上式代入（8）式并用台劳级数展开：第24页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的计算伪距法定

15、位的计算将上式化简并移项：式中：如观测4颗卫星（i1，2，3，4），将上式写成矩阵形式：即解得：第25页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的计算伪距法定位的计算如观测的卫星数4，则用最小二乘平差求解：，（迭代计算）精度评定 测站未知数各分量中误差：式中 伪距测量中误差；权系数阵 中的主对角线元素:第26页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法伪距法定位的特点定位的特点必要条件必须了解测距码的结构优点无模糊度缺点精度低用途：用于导航（动态）及精度要求不高的测

16、量中；对大地测量（静态相对定位），个别点需要较高的精度，可进行较长时间的静态定位。第27页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量第28页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的优缺点载波相位测量的优缺点信号信号码元宽码元宽量测精度量测精度测距测距码码C/A码码293.1m3mP码码29.3m0.3m载波载波L119.03cm2mmL224.42cm2mm优点：可达到很高的精度；优点：可达到很高的精度；缺点：数据处理复杂缺点：数据处理复杂载波是一种周

17、期性的正弦载波是一种周期性的正弦波，相位测量只能测量不波，相位测量只能测量不足一周的小数部分，存在足一周的小数部分，存在整周不确定性问题；同时整周不确定性问题；同时在观测过程中，由于某些在观测过程中，由于某些原因尚发生整周丢失（整原因尚发生整周丢失（整周跳变）现象。周跳变）现象。载波相位和测距码量测精度比较第29页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量关键技术重建载波关键技术重建载波n重建载波重建载波:将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。载波调制了电文之后载波调制了电文之后变成了非连

18、续的波变成了非连续的波伪距测量与载波相位测量伪距测量与载波相位测量第30页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量关键技术重建载波关键技术重建载波w码相关法码相关法n方法方法l将所接收到的调制信号（卫星信号）将所接收到的调制信号（卫星信号）与接收机产生的复制码相乘。与接收机产生的复制码相乘。n技术要点技术要点l卫星信号（弱）与接收机信号（强）相乘。卫星信号（弱）与接收机信号（强）相乘。n特点特点l限制：需要了解码的结构。限制：需要了解码的结构。l优点：可获得导航电文，可获得全波长的载优点：可获得导航电文，可获得全波长的载波，信号

19、质量好（信噪比高）波，信号质量好（信噪比高）码相关法第31页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量关键技术重建载波关键技术重建载波w平方法平方法n方法方法l将所接收到的调制信号自乘。将所接收到的调制信号自乘。n技术要点技术要点l卫星信号（弱）自乘。卫星信号（弱）自乘。n特点特点l优点：无需了解码的结构优点：无需了解码的结构l缺点：无法获得导航电文，所获载缺点：无法获得导航电文，所获载波波长为原来波长的一半，信号质波波长为原来波长的一半，信号质量较差（信噪比低，降低了量较差（信噪比低，降低了30dB）平方法第32页/共68页GP

20、S静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量关键技术重建载波关键技术重建载波w互相关（交叉相关）互相关（交叉相关）n方法方法l在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个频率间的伪距差和相位差频率间的伪距差和相位差n技术要点技术要点l不同频率的卫星信号（弱）进行相关。不同频率的卫星信号（弱）进行相关。n特点特点l优点：无需了优点：无需了Y解码的结构，可获得导航电文，可获得全波波长解码的结构，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好的载波，信号质量较平方法好第33页/共

21、68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量关键技术重建载波关键技术重建载波wZ跟踪跟踪n方法：将卫星信号在一个方法：将卫星信号在一个W码码元内与接收机码码元内与接收机复制出的复制出的P码进行相关处理。码进行相关处理。n在一个在一个W码码元内进行卫星信号（弱）与复制码码元内进行卫星信号（弱）与复制信号（强）进行相关。信号（强）进行相关。n特点特点l优点：无需了解优点：无需了解Y码结构，可测定双频伪距观测值，码结构，可测定双频伪距观测值，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好

22、。较平方法好。第34页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波测距载波测距第35页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量GPS载波相位测量的基本原理载波相位测量的基本原理理想情况实际情况第36页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位观测值载波相位观测值w如果接收机的震荡器能产生一个频率与初相和卫星载波信号完全相同的基准信号，问题即可解决，这样任何一时刻在接收机处的基准信号的相位就等于

23、卫星处载波信号的相位。w故某一瞬间的载波相位测量值指的是该瞬间接收机所产生的基准信号的相位 和接收到的来自卫星的载波信号的相位 之差，即w因此，根据某一瞬间的载波相位测量值可求出该瞬间从卫星到接收机的距离。第37页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位观测值载波相位观测值w观测值观测值w整周未知数（整周模糊度）整周未知数（整周模糊度）w整周计数整周计数载波相位观测值第38页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的特点载波相位测量的特点w优点

24、优点n精度高，测距精度可达精度高，测距精度可达0.1mm量级量级w难点难点n整周未知数问题整周未知数问题n整周跳变问题整周跳变问题 如果由于某种原因，计数器无法连续计数，当信号如果由于某种原因，计数器无法连续计数，当信号被重新跟踪后，整周计数中将丢失某一量而变得不被重新跟踪后，整周计数中将丢失某一量而变得不正确。这种现象称整周跳变（简称周跳）。正确。这种现象称整周跳变（简称周跳）。第39页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的观测方程载波相位测量的观测方程设在标准时间为设在标准时间为 a，卫星钟读数为，卫星钟读数

25、为ta的瞬间，卫星发出的瞬间，卫星发出的载波信号的相位为的载波信号的相位为 。该信号在标准时间。该信号在标准时间 b到到达接收机。根据波动方程，其相位应保持不变。即在达接收机。根据波动方程，其相位应保持不变。即在标准时间标准时间 b接收机接收到的来自卫星的载波信号的相接收机接收到的来自卫星的载波信号的相位为位为 。设该瞬间接收机钟的读数为。设该瞬间接收机钟的读数为tb，由接收机，由接收机所产生的基准信号的相位为所产生的基准信号的相位为 。于是得：。于是得：（1）其中：其中：，第40页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相

26、位测量的观测方程载波相位测量的观测方程对于稳定度较好的震荡器，当时间有微小的增量t，该震荡器产生的信号的相位满足下列关系式：(t+t)=(t)+f t 与上类似，则（1）式中：（2）将（2）代（1）：即 （3）对上式考虑钟差及大气改正，则为：即 （4）上式即为载波相位测量的基本观测方程。第41页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的观测方程载波相位测量的观测方程如果将上式两边均乘上如果将上式两边均乘上=c/f，则有，则有进行比较可以看出，在载波相位测量的观测方程中，进行比较可以看出，在载波相位测量的观测方程中，除

27、增加了整周未知数除增加了整周未知数N0外，和伪距测量方程是完全外，和伪距测量方程是完全相同的。相同的。第42页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的线性组合载波相位测量的线性组合差分观测值的定义差分观测值的定义将相同频率的将相同频率的GPS载波相位观测值依据某种方式求差所获载波相位观测值依据某种方式求差所获得的新的组合观测值（虚拟观测值）得的新的组合观测值（虚拟观测值）差分观测值的特点差分观测值的特点可以消去某些不重要的参数，或将某些对确定待定参数有可以消去某些不重要的参数，或将某些对确定待定参数有较大负面影响的

28、因素消去或消弱其影响较大负面影响的因素消去或消弱其影响求差方式求差方式 差分次数：差分次数：站间求差站间求差 一次差一次差卫星间求差卫星间求差 二次差二次差历元间求差历元间求差 三次差三次差第43页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的线性组合载波相位测量的线性组合与卫星无关与接收机无关空间相关性强空间相关性强不随时间变化第44页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量站间求差（站间差分）站间求差（站间差分）w求差方式求差方式n同步观测值在接收机间

29、求差同步观测值在接收机间求差w数学形式数学形式w特点特点n消除了卫星钟差影响消除了卫星钟差影响n削弱了电离层折射影响削弱了电离层折射影响n削弱了对流层折射影响削弱了对流层折射影响n削弱了卫星轨道误差的影响削弱了卫星轨道误差的影响第45页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量星间求差（星间差分）星间求差（星间差分）w求差方式求差方式n同步观测值在卫星间求差同步观测值在卫星间求差w数学形式数学形式w特点特点n消除了接收机钟差的影响消除了接收机钟差的影响第46页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4

30、 4.4 载波相位测量载波相位测量历元间求差（历元间差分）历元间求差（历元间差分）w差分方式差分方式 n观测值在历元间求差观测值在历元间求差w数学形式数学形式w特点特点n消去了整周未知数参数消去了整周未知数参数第47页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量w单差：站间一次差分单差：站间一次差分w双差：站间、星间各求一次差（共两次差）双差：站间、星间各求一次差（共两次差）w三差：站间、星间和历元间各求一次差（三次差）三差：站间、星间和历元间各求一次差（三次差）单差双差三差单差、双差和三差单差、双差和三差第48页/共68页GPS静

31、态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量采用差分观测值的缺陷采用差分观测值的缺陷w数据利用率低数据利用率低 -只有同步数据才能进行差分只有同步数据才能进行差分w引入基线矢量替代了位置矢量引入基线矢量替代了位置矢量w差分观测值间具有了相关性，使处理问题复差分观测值间具有了相关性，使处理问题复杂化杂化w某些参数无法求出某些参数无法求出 -某些信息在差分观测值中被消除某些信息在差分观测值中被消除第49页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 周跳的探测与修复周跳的探测与修复4.54.5整周跳变的探测与修复整周跳变的探测与修复整周跳变整周跳变 如果由于

32、某种原因，计数器无法连续计数，如果由于某种原因，计数器无法连续计数，当信号被重新跟踪后，整周计数中将丢失某一当信号被重新跟踪后，整周计数中将丢失某一量而变得不正确。这种现象称整周跳变（简称量而变得不正确。这种现象称整周跳变（简称周跳）（只要振荡器在工作，不足周跳）（只要振荡器在工作，不足 一周的小数部分仍是正确的）一周的小数部分仍是正确的）周跳T周跳特点周跳特点只影响整周计数只影响整周计数；将影响从周跳发生时刻将影响从周跳发生时刻（历元）之后的所有观测值（历元）之后的所有观测值第50页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 周跳的探测与修复周跳的探测与修复4.54.5整周跳变的探测与修复整周

33、跳变的探测与修复周跳的探测与修复周跳的探测与修复如能探测出何时发生周跳及丢失的整周数，就如能探测出何时发生周跳及丢失的整周数，就有可能对中断后的计数进行改正，将其恢复为有可能对中断后的计数进行改正，将其恢复为正确计数，则观测值仍可应用。这一工作称为正确计数，则观测值仍可应用。这一工作称为周跳的探测与修复。周跳的探测与修复。周跳产生原因周跳产生原因信号受阻（如树下观测）；信号受阻（如树下观测）；仪器线路故障，无法正确计数；仪器线路故障，无法正确计数；外界条件恶劣，无法锁定信号（失锁）。外界条件恶劣，无法锁定信号（失锁）。第51页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 周跳的探测与修复周跳的探测

34、与修复4.54.5整周跳变的探测与修复整周跳变的探测与修复常用方法常用方法屏幕扫描法屏幕扫描法高次差高次差多项式拟和法多项式拟和法在卫星间求差法在卫星间求差法 根据平差后的残差发现和修复整周跳变根据平差后的残差发现和修复整周跳变第52页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 周跳的探测与修复周跳的探测与修复4.54.5整周跳变的探测与修复整周跳变的探测与修复常用方法常用方法屏幕扫描法屏幕扫描法根据卫星的根据卫星的相位观测值相位观测值变化率图像变化率图像的连续性进的连续性进行手动修复。行手动修复。第53页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 周跳的探测与修复周跳的探测与修复4.54.5整周

35、跳变的探测与修复整周跳变的探测与修复常用方法常用方法高次差法高次差法基本思想：基本思想：由于站星间距离在不断变化，载波相位由于站星间距离在不断变化，载波相位观测值也在不断变化，但这种变化是有规律的、平观测值也在不断变化，但这种变化是有规律的、平滑的，周跳将破坏这种规律性。按这一特性使用高滑的，周跳将破坏这种规律性。按这一特性使用高次差法可把大的周跳探测出来次差法可把大的周跳探测出来举例：举例：表表4-14-1（无周跳）：取（无周跳）：取4 45 5次差后，距离变化对整周次差后，距离变化对整周数的影响可忽略，这时差值主要是接收机振荡器的数的影响可忽略，这时差值主要是接收机振荡器的随机误差引起的。

36、随机误差引起的。表表4-24-2（有周跳）：高次差的随机特性被破坏。（有周跳）：高次差的随机特性被破坏。第54页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 周跳的探测与修复周跳的探测与修复4.54.5整周跳变的探测与修复整周跳变的探测与修复表表4-1无无周周跳跳观测历元观测历元原始相位观测值原始相位观测值 一次差一次差二次差二次差三次差三次差四次差四次差 t1475833.225111608.7533 t2487441.9784399.813812008.56712.5074 t3499450.5455402.3212-0.579712410.88831.9277 t4511861.433840

37、4.24890.963912815.13722.8916 t5524676.5710407.1405-0.272113222.2777 t6537898.84872.6195409.7600-0.421913632.0377 t7551530.88642.1976411.957614043.9953 t8565574.8817第55页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 周跳的探测与修复周跳的探测与修复4.54.5整周跳变的探测与修复整周跳变的探测与修复表表4-2有有周周跳跳观测历元观测历元原始相位观测值原始相位观测值 一次差一次差二次差二次差三次差三次差四次差四次差 t1475833.2

38、25111608.7533 t2487441.9784399.813812008.56712.5074 t3499450.5455402.3212100.579712410.8883-98.0723 t4511861.4338304.2489300.963912715.1372202.8916 t5524576.5710507.1405300.272113222.2777 t6537798.8487-97.3805409.760099.578113632.0377 t7551430.88642.1976411.957614043.9953 t8565474.8817第56页/共68页GPS静态

39、定位原理静态定位原理 周跳的探测与修复周跳的探测与修复4.54.5整周跳变的探测与修复整周跳变的探测与修复常用方法常用方法多项式拟和法多项式拟和法基本思想：基本思想：首先用时间多项式拟合观测值序列，然首先用时间多项式拟合观测值序列，然后分析拟合残差发现周跳并确定周跳的大小。后分析拟合残差发现周跳并确定周跳的大小。适用范围：适用范围：多项式拟合可以用于原始相位观测值，多项式拟合可以用于原始相位观测值，也可以用于相位观测值的线性组合。实践中，常用也可以用于相位观测值的线性组合。实践中，常用单差相位拟合和双差相位拟合。不过一般而言，由单差相位拟合和双差相位拟合。不过一般而言，由于双差观测值可以消除接

40、收机和卫星的钟差的影响，于双差观测值可以消除接收机和卫星的钟差的影响，双差相位拟合法在相对定位中用得更广泛。双差相位拟合法在相对定位中用得更广泛。第57页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 周跳的探测与修复周跳的探测与修复4.54.5整周跳变的探测与修复整周跳变的探测与修复常用方法常用方法在卫星间求差法在卫星间求差法 基本思想：基本思想：同一时刻，载波相位观测值所受接收机同一时刻，载波相位观测值所受接收机振荡器随机误差影响相同，在卫星间求差后即可消振荡器随机误差影响相同，在卫星间求差后即可消除此项误差的影响（如无：求差后很小；否则较大）。除此项误差的影响（如无：求差后很小；否则较大）。第

41、58页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 周跳的探测与修复周跳的探测与修复4.54.5整周跳变的探测与修复整周跳变的探测与修复常用方法常用方法根据平差后的残差发现和修复整周跳变根据平差后的残差发现和修复整周跳变经上述处理后仍可能存在小周跳，可从残差分析中经上述处理后仍可能存在小周跳，可从残差分析中发现。发现。基本思想基本思想：用改正后的双差用改正后的双差进行平差计算，进行平差计算，求得双差之残差求得双差之残差，观察所有残差，观察所有残差有无尖峰或突变。有无尖峰或突变。第59页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 整周模糊度的确定整周模糊度的确定 4.64.6整周模糊度的确定整周模糊度

42、的确定整周模糊度整周模糊度N N0 0（Ambiguity）第60页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 整周模糊度的确定整周模糊度的确定 4.64.6整周模糊度的确定整周模糊度的确定整周未知数整周未知数N N0 0的确定方法的确定方法伪距法伪距法将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值(化为化为以距离为单位以距离为单位)后即可得到后即可得到NN0 0 。待定参数法待定参数法-经典方法经典方法建立双差观测方程，将其作为基线向量平差中的待建立双差观测方程，将其作为基线向量平差中的待定参数，与其他参数一并求解。按基线长度不同，定参数，与其他参数一并求解。

43、按基线长度不同，一般采取两种取值方法：一般采取两种取值方法：1)1)整数解整数解 短基线测量短基线测量2)2)实数解实数解 长基线测量长基线测量 第61页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 整周模糊度的确定整周模糊度的确定 4.64.6整周模糊度的确定整周模糊度的确定整周未知数整周未知数N N0 0的确定方法的确定方法待定参数法待定参数法-经典方法经典方法1)1)整数解整数解 （固定解）（固定解）由于各种误差的影响，平差求得的整周未知数往往由于各种误差的影响，平差求得的整周未知数往往不是整数，而是实数。不是整数，而是实数。对于短对于短基线（基线（30km），测站间误差的相关性强，），测站

44、间误差的相关性强，求差后可使误差大大削弱；同时较长时间的静态观求差后可使误差大大削弱；同时较长时间的静态观测，观测卫星的几何分布会产生较大的变化，因此测，观测卫星的几何分布会产生较大的变化，因此能以较高的精度求定整周未知数能以较高的精度求定整周未知数确定办法是将其四舍五入，凑整为最接近的整数。确定办法是将其四舍五入，凑整为最接近的整数。第62页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 整周模糊度的确定整周模糊度的确定 4.64.6整周模糊度的确定整周模糊度的确定整周未知数整周未知数N N0 0的确定方法的确定方法待定参数法待定参数法-经典方法经典方法2)2)实数解（浮动解）实数解（浮动解）当基

45、线较长（当基线较长（30km）时，由于测站间各种误差的）时，由于测站间各种误差的相关性差，求差后，误差消除得不完善，解算的基相关性差，求差后，误差消除得不完善，解算的基线向量和整周未知数的精度低，此时再将整周未知线向量和整周未知数的精度低，此时再将整周未知数固定为整数无实际意义，只是徒劳而已，所以通数固定为整数无实际意义，只是徒劳而已，所以通常将实数解作为最终解，也称为浮动解。常将实数解作为最终解，也称为浮动解。第63页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 整周模糊度的确定整周模糊度的确定 4.64.6整周模糊度的确定整周模糊度的确定快速定位中常用的方法快速定位中常用的方法确定整周未知数的

46、方法：确定整周未知数的方法：走走停停法走走停停法（Stop and Go）已知基线法已知基线法交换天线法交换天线法快速静态定位法快速静态定位法快速模糊度解算法（快速模糊度解算法（FARA）第64页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 重点回顾重点回顾 本节课重点内容回顾本节课重点内容回顾 重点内容重点内容:GPS定位类型定位类型熟悉熟悉GPSGPS定位基本知识定位基本知识GPS定位原理定位原理熟练掌握伪距法定位、载波相位测量；熟练掌握伪距法定位、载波相位测量；掌握周跳的探测与修复、整周模糊度掌握周跳的探测与修复、整周模糊度的确定；的确定；了解载波测量的线性组合了解载波测量的线性组合第65页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 作业作业作业作业 简述简述GPS定位的分类。定位的分类。推导伪距法定位观测方程。推导伪距法定位观测方程。什么是周跳？周跳的探测和修什么是周跳？周跳的探测和修复方法有哪些？复方法有哪些？第66页/共68页GPS静态定位原理静态定位原理 预习预习下节课预习内容下节课预习内容 GPS动态定位原理动态定位原理 实时定位方法实时定位方法 差分差分GPS定位定位 单基准站单基准站 局部区域局部区域 广域差分广域差分第67页/共68页感谢您的观看。第68页/共68页