武大GPS定位原理概要学习教案.pptx

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1、会计学 1武大GPS定位原理(yunl)概要第一页，共69 页。2 1.GPS定位测量概述 2.伪距测量 3.载波相位测量 4.差分GPS定位测量 5.周跳探测 6.整周模糊(m hu)度的确定内容(nirng)概述第1 页/共69 页第二页，共69 页。3GPS GPS定位测量的分类 定位测量的分类（1 1）静态定位与动态）静态定位与动态(dngti)(dngti)定 定位 位（2 2）单点定位和相对定位）单点定位和相对定位（3 3）主动式测距和被动式测距）主动式测距和被动式测距（4 4）用）用GPS GPS定位的基本方法 定位的基本方法1.GPS定位测量(cling)概述第2 页/共69

2、页第三页，共69 页。4 GPS的定位实质：把卫星视为“动态”的控制点，在已知其瞬时坐标的条件下，进行空间(kngjin)距离 后方交会，确定用户接收机天线所处 的位置。第3 页/共69 页第四页，共69 页。5定位方式：按接收机天线所处(su ch)的状态不同（1）静态定位（2）动态定位按参考点位置的不同（1）单点定位（2）相对定位。第4 页/共69 页第五页，共69 页。6静态 静态(jngti)(jngti)定位 定位 GPS GPS接收机在进行定位时，接收机在进行定位时，待定点待定点的位置的位置(wi zhi)(wi zhi)相对其周围的点相对其周围的点位没有发生变化，其天线位置位没有

3、发生变化，其天线位置(wi zhi)(wi zhi)处于固定不动的静止状处于固定不动的静止状态。态。第5 页/共69 页第六页，共69 页。7 在定位过程中，接收机位于运动着的 在定位过程中，接收机位于运动着的载体 载体(zit)(zit)，天线也处于运动状态的定，天线也处于运动状态的定位。位。动态 动态(dngti)(dngti)定位 定位按照 按照(nzho)(nzho)接收机载体的运动速度 接收机载体的运动速度（1 1）低动态（几十米）低动态（几十米/秒）秒）（2 2）中等动态（几百米）中等动态（几百米/秒）秒）（3 3）高动态（几千米）高动态（几千米/秒）秒）第6 页/共69 页第七页

4、，共69 页。8（1）静态(jngti)定位与动态定位静态定位 静态定位(dngwi)(dngwi)与动态定位 与动态定位(dngwi)(dngwi)的不同点 的不同点静态 静态(jngti)(jngti)定位 定位 可靠性强，定位精度高，在大地测量、工程测量中得到了广泛的应用，是精密定位中的基本模式。动态定位 动态定位 可测定一个动点的实时位置、运动载体的状态参数。如速度、时间和方位等。第7 页/共69 页第八页，共69 页。9（2）单点定位(dngwi)与相对定位(dngwi)在一个测站上同步 在一个测站上同步(tngb)(tngb)观测 观测4 4个伪距观测值，求解出 个伪距观测值，求解

5、出4 4个未知参数 个未知参数（3 3个点位坐标分量和 个点位坐标分量和1 1个钟差系数）。个钟差系数）。单点定位 单点定位(dngwi)(dngwi)第8 页/共69 页第九页，共69 页。10 采用两台以上的接收(jishu)机同步观测相同的GPS卫星，以确定接收(jishu)机天线间的相互位置关系的一种方法。（2）单点定位(dngwi)与相对定位(dngwi)相对定位 相对定位(dngwi)(dngwi)（差分定位（差分定位(dngwi)(dngwi)）优点：优点：获得较高的精度 获得较高的精度缺点：缺点：增加了外业组织和实施难度 增加了外业组织和实施难度第9 页/共69 页第十页，共6

6、9 页。11（3）主动式测距与被动式测距主动式测距（双程测距）主动式测距（双程测距）用电磁波测距仪发射测距信号，通过反射器反射回来，再由测距仪接收。根据测距信号的传播时间求解(qi ji)距离。第10 页/共69 页第十一页，共69 页。12 只要求仪器钟自身能在信号(xnho)往、返时间段中保持稳定，不影响测距精度。（3）主动式测距与被动式测距主动式测距的优点 主动式测距的优点(yudin)(yudin)主动式测距的缺点 主动式测距的缺点(qudin)(qudin)用户须发射信号，因而难以隐蔽自己。对军事用户十分不利。第11 页/共69 页第十二页，共69 页。13（3）主动式测距与被动式测

7、距被动式测距（单程 被动式测距（单程(dnchng)(dnchng)测距）测距）发射站在规定时刻内准确发出信号，用户根据自己(zj)的时钟记录信号到达时间，根据时差t 求解距离。第12 页/共69 页第十三页，共69 页。14（3）主动式测距与被动式测距 用户无需发射信号，便于隐蔽自己；所需装置(zhungzh)也较简单，仅接收设备即可。被动式测距的优点 被动式测距的优点(yudin)(yudin)被动式测距的缺点 被动式测距的缺点(qudin)(qudin)接收机钟和各卫星钟不能与GPS时间系统保持绝对同步，由此所引起的钟差对测距带来了影响。第13 页/共69 页第十四页，共69 页。15（

8、4）GPS定位(dngwi)的基本方法 卫星射电干涉测量 多普勒定位法 伪距定位法 载波(zib)相位测量第14 页/共69 页第十五页，共69 页。16卫星(wixng)射电干涉测量 利用GPS卫星射电信号具有白噪声的特性，由两个(lin)测站同时观测一颗GPS卫星，通过测量这颗卫星的射电信号到达两个(lin)测站的时间差，可以求得站间距离。射电，即射电天文学，是通过观测天体的无线电波(wxin dinb)来研究天文现象的一门学科。由于地球大气的阻拦，从天体来的无线电波(wxin dinb)只有波长约 1毫米到30米左右的才能到达地面，迄今为止，绝大部分的射电天文研究都是在这个波段内进行的。

9、射电天文学以无线电接收技术为观测手段，观测的对象遍及所有天体：从近处的太阳系天体到银河系中的各种对象，直到极其遥远的银河系以外的目标。白噪声是指在较宽的频率范围内，各等带宽的频带所含的噪声能量相等的噪声。第15 页/共69 页第十六页，共69 页。17卫星射电干涉卫星射电干涉(gnsh)(gnsh)测量测量 GPS GPS 卫星的信号强度比类星体的信号强度大 卫星的信号强度比类星体的信号强度大10 10 万倍，利用 万倍，利用GPS GPS卫星射电信号具有白噪声的特性，由两个测站同时观测一颗 卫星射电信号具有白噪声的特性，由两个测站同时观测一颗GPS GPS卫星，通过测量 卫星，通过测量 这颗

10、卫星的射电信号到达两个测站的时间差，这颗卫星的射电信号到达两个测站的时间差，可以求得站间距离。由于在进行干涉测量时，只把 可以求得站间距离。由于在进行干涉测量时，只把GPS GPS 卫星信号 卫星信号当作噪声信号来使用，因而无需了解信号的结构，所以这种方 当作噪声信号来使用，因而无需了解信号的结构，所以这种方法 法(fngf(fngf)对于无法获得 对于无法获得P P 码的用户是很有引引力的。其模型与在 码的用户是很有引引力的。其模型与在接收机间求一次差的载波相位测量定位模型十分相似。接收机间求一次差的载波相位测量定位模型十分相似。第16 页/共69 页第十七页，共69 页。18多普勒定位(d

11、ngwi)法 多普勒效应是1942 年奥地利物理学家多普勒首先发现的。它的具体内容是：当波源与观测者做相对运动时，观测者接收到的信号频率与波源发射的信号频率不相同。这种由于波源相对与观测者运动而引起的信号频率的移动称为多普勒频移，其现象(xinxing)称为多普勒效应。根据多普勒效应原理，利用GPS 卫星较高的发射频率，由积分多普勒记数得出伪距差。当采用积分多普勒记数法进行测量时，所需观测时间一般较常（数小时），同时，在观测过程中接收机的震荡器要求保持高度稳定。第17 页/共69 页第十八页，共69 页。19 伪距定位(dngwi)法 在某一瞬间利用GPS接收机同时测定至少四颗卫星(wixng

12、)的伪距，根据已知的卫星(wixng)位置和伪距观测值，采用距离交会法求出接收机的三维坐标和时钟改正数。基本原理 基本原理第18 页/共69 页第十九页，共69 页。20伪距定位 伪距定位(dngwi)(dngwi)法的优点 法的优点一次位的精度并不高，但定位(dngwi)速度快，经几小时的定位(dngwi)也可达米级。若再增加观测时间，精度还可以提高。（3）伪距定位(dngwi)法第19 页/共69 页第二十页，共69 页。21载波(zib)相位测量 把载波作为量测信号，对载波进行相位测量可以达到(d do)很高的精度。通过测量载波的相位而求得接收机到GPS卫星的距离。第20 页/共69 页

13、第二十一页，共69 页。222.伪距法定位(dngwi)导航定位 导航定位(dngwi)(dngwi)的最基本方法 的最基本方法优越性 优越性v速度快、无多值性问题，利用增加v 观测时间可以提高定位精度v虽然测量定位精度低，但足以满足(mnz)v 部分用户的需要。第21 页/共69 页第二十二页，共69 页。23（1）伪距测量概述（2）测定伪距的方法(fngf)（3）伪距法定位的原理（4）伪距法定位的计算（5）伪距定位法的应用 2.伪距法定位(dngwi)第22 页/共69 页第二十三页，共69 页。24（1 1）GPS GPS伪距测量 伪距测量(cling)(cling)概述 概述 GPS

14、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。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 用户用GPS GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上 接收机在某一时刻同时接收三颗以上(y(y shng)shng)的 的GPS GPS卫星信 卫星信号，测量出测站点（接收机天线中心）至三颗以上 号，测量出测站点（接收机天线中心）至三颗以上(y(y shng)GPS shng)GPS卫星的距 卫星的距离并解算出该时刻 离并解算出该时刻GPS GPS卫星的空间坐标，利用距离交会解算出 卫星的空间坐标，利用距离交会解算出P P点位置。点位置。第23 页/共69 页第二十

15、四页，共69 页。25（2）测定(cdng)伪距的方法将测距码和数据 将测距码和数据(shj)(shj)码调制到载波 码调制到载波上 上由卫星发射机将调制信号 由卫星发射机将调制信号(xnho)(xnho)发 发出 出接收机收到测距码 接收机收到测距码接 接收 收机 机产 产生 生复 复制 制码 码测距码和复制码作相关处理 测距码和复制码作相关处理第24 页/共69 页第二十五页，共69 页。26 由时延器 由时延器测定 测定(cdng)(cdng)出两信号间的 出两信号间的时间延迟。时间延迟。（2）测定(cdng)伪距的方法 在理想的情况 在理想的情况(qngkung)(qngkung)下，

16、时间延 下，时间延迟 迟 等于卫星信号的传播时间。将 等于卫星信号的传播时间。将 乘以光 乘以光速 速c c，就可以求得卫星至接收机的距离，就可以求得卫星至接收机的距离。第25 页/共69 页第二十六页，共69 页。27（2）测定(cdng)伪距的方法卫星 卫星(wixng)(wixng)钟和接收机钟不完全同步 钟和接收机钟不完全同步 自相关系数最大条件下求得的时延和真空中光速c的乘积含有(hn yu)误差，这个乘积就称为伪距 伪距以伪距作基本观测量定位的方法 以伪距作基本观测量定位的方法伪距法定位 伪距法定位第26 页/共69 页第二十七页，共69 页。28（3）伪距法定位(dngwi)的原

17、理列出实际(shj)距离与卫星坐标和接收机 坐标的关系（x、y、z）（X、Y、Z）卫星(wixng)坐标接收机坐标 第27 页/共69 页第二十八页，共69 页。29（3）伪距法定位(dngwi)的原理 卫星坐标可以根据收到的卫星电文求得，再对三颗卫星同时进行伪距测量(cling)，可以求出接收机的位置。第28 页/共69 页第二十九页，共69 页。30对流层折射延迟改正电离层折射延迟改正接收机钟的改正数卫星钟的改正数信号离开卫星的时刻（由卫星钟测定）信号到达接收机的时刻（由接收机钟测定）第29 页/共69 页第三十页，共69 页。31实际应用中将(zhngjing)接收机的钟差vta也视作未

18、知数，建立数学模型。当方程式的个数大于4时，可用最小二乘法求解(qi ji)（X，Y，Z）和vta的最或是值。（3）伪距法定位(dngwi)的原理第30 页/共69 页第三十一页，共69 页。32伪距测量伪距测量(cling)(cling)的误差方程的误差方程第31 页/共69 页第三十二页，共69 页。33（4）伪距法定位(dngwi)的计算由伪距表达式写出误差(wch)方程根据(gnj)最小二乘原理求解得 给出测站坐标初始值，进行迭代计算，可获得满意结果。第32 页/共69 页第三十三页，共69 页。343.3.载波 载波(zib)(zib)相位测量 相位测量 伪距以测距码作为量测信号，因

19、测距码的波长较长，难 伪距以测距码作为量测信号，因测距码的波长较长，难以达到较高的精度。而载波相位测量不使用测距码信号，不 以达到较高的精度。而载波相位测量不使用测距码信号，不受测距码控制，属于非测距码测量系统。受测距码控制，属于非测距码测量系统。载波信号是一种周期性的正弦信号，相位测量只能测定 载波信号是一种周期性的正弦信号，相位测量只能测定起不足一个波长的小数部分，无法 起不足一个波长的小数部分，无法(wf(wf)测定起正波长个数。测定起正波长个数。因而存在着整周数的不确定性问题，使得解算过程复杂化。因而存在着整周数的不确定性问题，使得解算过程复杂化。第33 页/共69 页第三十四页，共6

20、9 页。353.3.载波相位载波相位(xingwi)(xingwi)测量测量将测距码和数据码调制 将测距码和数据码调制(tiozh)(tiozh)到载波 到载波上 上由卫星发射机将调制 由卫星发射机将调制(tiozh)(tiozh)信号发出 信号发出接收机解调出纯净的载波信号 接收机解调出纯净的载波信号接 接收 收机 机产 产生 生基 基准 准信 信号 号载波信号和基准信号求相位差 载波信号和基准信号求相位差第34 页/共69 页第三十五页，共69 页。363.3.载波相位载波相位(xingwi)(xingwi)测量测量载波(zib)相位测量的关键技术重建载波(zib)n n 重建载波n n

21、将非连续的载波信号(xnho)恢复成连续的载波信号(xnho)。载波调制了电文之后变成了非连续的波伪距测量与载波相位测量第35 页/共69 页第三十六页，共69 页。373.3.载波相位载波相位(xingwi)(xingwi)测量测量载波(zib)相位测量的关键技术重建载波(zib)码相关(xinggun)法n n 码相关法n n 方法：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。n n 技术要点n n 卫星信号（弱）与接 卫星信号（弱）与接收机信号（强）相乘。收机信号（强）相乘。n n 特点n n 限制：需要了解码的 限制：需要了解码的结构。结构。n n 优点：可获得导航电 优

22、点：可获得导航电文，可获得全波长的 文，可获得全波长的载波，信号质量好 载波，信号质量好（信噪比高）（信噪比高）第36 页/共69 页第三十七页，共69 页。383.3.载波相位 载波相位(xingwi)(xingwi)测量 测量载波(zib)相位测量的关键技术重建载波(zib)n n 平方法(fngf)n n 方法(fngf)：将所接收到的调制信号（卫星信号）自乘。n n 技术要点n n 卫星信号（弱）自乘。n n 特点n n 优点：无需了解码的结构n n 缺点：无法获得导航电文，所获载波波长为原来波长的一半，信号质量较差（信噪比低，降低了30dB）平方法第37 页/共69 页第三十八页，共

23、69 页。393.3.载波载波(zib)(zib)相位测量相位测量载波相位(xingwi)测量的关键技术重建载波n n 互相关（交叉相关）n n 方法n n 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n n 技术要点n n 不同频率的卫星信号（弱）进行相关。n n 特点n n 优点(yudin)：无需了Y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（信噪比降低了27dB）第38 页/共69 页第三十九页，共69 页。40载波(zib)相位测量的关键技术重建载波(zib)n n Z跟踪n n 方法：将卫星信号在一个W码码元内与接收机复制出

24、的P码进行相关处理。n n 在一个W码码元内进行卫星信号（弱）与复制信号（强）进行相关。n n 特点n n 优点：无需了解Y码结构，可测定双频伪距观测值，可获得导航电文(dinwn)，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了14dB）3.3.载波载波(zib)(zib)相位测量相位测量第39 页/共69 页第四十页，共69 页。413.3.载波载波(zib)(zib)相位测量相位测量理想(lxing)情况实际(shj)情况第40 页/共69 页第四十一页，共69 页。423.3.载波载波(zib)(zib)相位测量相位测量载波相位(xingwi)观测值n n 观测(gunc)值n

25、 n 整周计数n n 整周未知数（整周模糊度）载波相位观测值第41 页/共69 页第四十二页，共69 页。433.载波相位(xingwi)测量载波相位测量(cling)的观测方程原始(yunsh)形式：线性化后：误差方程为：第42 页/共69 页第四十三页，共69 页。443.3.载波相位载波相位(xingwi)(xingwi)测量测量载波(zib)相位测量的特点n n 优点n n 精度高，测距精度可达0.1mm量级n n 难点(ndin)n n 整周未知数问题n n 整周跳变问题第43 页/共69 页第四十四页，共69 页。454.4.差分 差分(ch fn)GPS(ch fn)GPS定位测

26、量 定位测量 作为已知量的卫星位置，其误差远比相位观测值误差大，加之大气延迟改正的精度也难 作为已知量的卫星位置，其误差远比相位观测值误差大，加之大气延迟改正的精度也难以与相位观测的精度匹配 以与相位观测的精度匹配(p(p pi)pi)，所以在相对定位中常采用差分法解决这些问题。，所以在相对定位中常采用差分法解决这些问题。n 按差分方式可分为:n 站间差分n 星间差分n 历元间差分n 按差分次数(csh)可分为：n 一次差n 二次差n 三次差第44 页/共69 页第四十五页，共69 页。464.4.差分 差分(ch fn)GPS(ch fn)GPS定位测量 定位测量n n 差分观测值的定义 差

27、分观测值的定义(dngy)(dngy)n n 将相同频率的 将相同频率的GPS 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）n n 差分观测值的特点 差分观测值的特点n n 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n n 求差方式 求差方式n n 站间求差 站间求差n n 卫星间求差 卫星间求差n n 历元间求差 历元间求差第45 页/共69 页第四十六页，共69 页。

28、474.4.差分 差分GPS GPS定位 定位(dngwi)(dngwi)测量 测量与接收机无关与卫星无关空间相关性强空间相关性强不随时间变化原始(yunsh)载波相位观测值第46 页/共69 页第四十七页，共69 页。484.4.差分 差分(ch fn)GPS(ch fn)GPS定位测量 定位测量站间求差（站间差分(chfn)）n n 求差方式n n 同步观测(gunc)值在接收机间求差n n 数学形式n n 特点n n 消除了卫星钟差影响n n 削弱了电离层折射影响n n 削弱了对流层折射影响n n 削弱了卫星轨道误差的影响第47 页/共69 页第四十八页，共69 页。494.4.差分 差

29、分GPS GPS定位 定位(dngwi)(dngwi)测量 测量星间求差（星间差分(chfn)）n n 求差方式n n 同步观测值在卫星间求差n n 数学形式n n 特点(tdin)n n 消除了接收机钟差的影响第48 页/共69 页第四十九页，共69 页。504.4.差分 差分(ch fn)GPS(ch fn)GPS定位测量 定位测量历元(l yun)间求差（历元(l yun)间差分）n n 差分方式 n n 观测值在间历元求差n n 数学形式n n 特点n n 消去(xio q)了整周未知数参数第49 页/共69 页第五十页，共69 页。514.4.差分 差分(ch fn)GPS(ch f

30、n)GPS定位测量 定位测量单差、双差和三差n n 单差：站间一次差分 单差：站间一次差分n n 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）n n 三差：站间、星间和历元 三差：站间、星间和历元(l yun)(l yun)间各求一次差（三 间各求一次差（三次差）次差）单差双差三差第50 页/共69 页第五十一页，共69 页。524.4.差分 差分GPS GPS定位 定位(dngwi)(dngwi)测量 测量采用差分(chfn)观测值的缺陷（求差法的缺陷）n n 数据利用率低 数据利用率低n n 只有同步数据才能进行差分 只有同步数据才能进行差分n n 引入基线

31、矢量替代了位置矢量 引入基线矢量替代了位置矢量n n 差分观测 差分观测(gunc)(gunc)值间具有了相关性，使处理问 值间具有了相关性，使处理问题复杂化 题复杂化n n 参数估计时，观测 参数估计时，观测(gunc)(gunc)值的权阵 值的权阵n n 某些参数无法求出 某些参数无法求出n n 某些信息在差分观测 某些信息在差分观测(gunc)(gunc)值中被消除 值中被消除第51 页/共69 页第五十二页，共69 页。535.5.整周模糊 整周模糊(m hu)(m hu)度的确定和周跳探测 度的确定和周跳探测（1）整周跳变(tio bin)（周跳 Cycle Slips）n n在某一

32、特定时刻的载波相位观测值为 在某一特定时刻的载波相位观测值为n n如果在观测过程接收机保持对卫星 如果在观测过程接收机保持对卫星(wixng)(wixng)信号的连续跟 信号的连续跟踪，则整周模糊度 踪，则整周模糊度 将保持不变，整周计数 将保持不变，整周计数 也将保持 也将保持连续，但当由于某种原因使接收机无法保持对卫星 连续，但当由于某种原因使接收机无法保持对卫星(wixng)(wixng)信号的连续跟踪时，在卫星 信号的连续跟踪时，在卫星(wixng)(wixng)信号重新被锁定后，信号重新被锁定后，将发生变化，而 将发生变化，而 也不会与前面的值保持连续，这一现 也不会与前面的值保持连

33、续，这一现象称为整周跳变。象称为整周跳变。周跳T第52 页/共69 页第五十三页，共69 页。54产生(chnshng)周跳的原因n n 信号被遮挡，导致卫星信号无法被跟踪 信号被遮挡，导致卫星信号无法被跟踪n n 仪器故障 仪器故障(gzhng)(gzhng)，导致差频信号无法产生，导致差频信号无法产生n n 卫星信号信噪比过低，导致整周计数错误 卫星信号信噪比过低，导致整周计数错误n n 接收机在高速动态的环境下进行观测，导致接收机无法正确跟 接收机在高速动态的环境下进行观测，导致接收机无法正确跟踪卫星信号 踪卫星信号n n 卫星瞬时故障 卫星瞬时故障(gzhng)(gzhng)，无法产生

34、信号，无法产生信号第53 页/共69 页第五十四页，共69 页。55周跳的特点 周跳的特点(tdin)(tdin)n n 只影响整周计数 只影响整周计数(j sh)(j sh)周跳为波长的整数倍 周跳为波长的整数倍n n 将影响从周跳发生时刻（历元）之后的所有观测值 将影响从周跳发生时刻（历元）之后的所有观测值周跳T周跳将使周跳发生后的所有(suyu)观测值包含相同的整周计数错误第54 页/共69 页第五十五页，共69 页。56解决(jiju)周跳问题的方法n n 探测与修复(xif)n n 设法找出周跳发生的时间和大小n n 参数法n n 将周跳标记出来，引入周跳参数，进行解算第55 页/共

35、69 页第五十六页，共69 页。57周跳的探测(tnc)、修复方法屏幕扫描法方法：人工在屏幕上观察观测(gunc)值曲线的变化是否连续。特点费时、只能发现大周跳。由于原始的载波观测(gunc)值变化很快，通常观察的是某种观测(gunc)值的组合，如。第56 页/共69 页第五十七页，共69 页。58周跳的探测、修复(xif)方法高次差法由于卫星和接收机间的距离在不断变化，因而载波相位测量的观测值N0+Int()+Fr()也随时间在不断变化。但这种变化应是有规律的，平滑的。周跳将破坏这种规律性。对于GPS卫星而言，当求至四次差时，其值已趋向于零。残留的四次差主要(zhyo)是由接收机的钟误差等因

36、素引起的。第57 页/共69 页第五十八页，共69 页。59n n 高次差法的问题n n 即使发现相位观测值中存在数周的不规则变化(binhu)，也很难判断是否存在周跳。n n 所以双差观测值被广泛采用。周跳的探测(tnc)、修复方法第58 页/共69 页第五十九页，共69 页。60周跳的探测 周跳的探测(tnc)(tnc)、修复方法、修复方法多项式拟合(n h)法：为了便于用计算机计算，常采用多项式拟合(n h)的方法。即根据n个相位测量观测值拟合(n h)一个n阶多项式，据此多项式来预估下一个观测值并与实测值比较，从而来发现周跳并修正整周计数。这种方法实质上和上面介绍的高次差法是相像的，但

37、便于计算。第59 页/共69 页第六十页，共69 页。61周跳的探测、修复 周跳的探测、修复(xif)(xif)方法 方法n n 多项式拟合法的应用特点n n 由于四次差或五次差一般巳呈偶然误差特性，无法再用函数来加以拟合，所以用多项式拟合时通常也只需取至45阶即可。n n 观测值可以是真正(zhnzhng)的（非差）相位观测值，也可以是经线性组合后的虚拟观测值：单差观测值和双差观测值。第60 页/共69 页第六十一页，共69 页。62周跳的探测、修复 周跳的探测、修复(xif)(xif)方法 方法MW观测(gunc)值法第61 页/共69 页第六十二页，共69 页。63周跳的探测、修复 周跳

38、的探测、修复(xif)(xif)方法 方法残差法方法根据(gnj)平差后的残差，进行周跳的探测与修复特点可以发现小周跳载波(zib)相位双差观测值的残差图第62 页/共69 页第六十三页，共69 页。646.6.整周模糊 整周模糊(m hu)(m hu)度的确定 度的确定整周未知数（整周模糊(m hu)度 Ambiguity）第63 页/共69 页第六十四页，共69 页。656.6.整周模糊 整周模糊(m hu)(m hu)度的确定 度的确定（1 1）伪距法）伪距法 在进行载波相位测量的同时又进行了伪距测量，在进行载波相位测量的同时又进行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值（化

39、 将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值（化为以距离为单位）即可得 为以距离为单位）即可得*N0.*N0.但由于伪距测量精度 但由于伪距测量精度(jn d)(jn d)较低，所以有较多 较低，所以有较多*N0*N0，取平均值后才能获得正确整波段数。，取平均值后才能获得正确整波段数。第64 页/共69 页第六十五页，共69 页。666.6.整周模糊 整周模糊(m hu)(m hu)度的确定 度的确定（2 2）把整周未知数当做平差中的待定参数）把整周未知数当做平差中的待定参数 把整周未知数当做平差计算中的待定参数加以估计 把整周未知数当做平差计算中的待定参数加以估计(gj)(gj)和确定有两种方

40、法。和确定有两种方法。整数解 整数解 整周未知数理论上讲是一个整数，利用这一特性能 整周未知数理论上讲是一个整数，利用这一特性能提高解得精度。短基线一般采用这种方法。提高解得精度。短基线一般采用这种方法。根据卫星位置和修复了周跳后的相位观测值进行平 根据卫星位置和修复了周跳后的相位观测值进行平差计算，求得基线向量和整周未知数。差计算，求得基线向量和整周未知数。由于各种误差的影响，求得整周未知数一般不是整 由于各种误差的影响，求得整周未知数一般不是整数，称为实数解，将其固定为整数（四舍五入），重 数，称为实数解，将其固定为整数（四舍五入），重新进行平差计算，本次计算中整周未知数采用整周值 新进行

41、平差计算，本次计算中整周未知数采用整周值并视为已知数，以求得基线向量的最后值。并视为已知数，以求得基线向量的最后值。第65 页/共69 页第六十六页，共69 页。676.6.整周模糊 整周模糊(m hu)(m hu)度的确定 度的确定（2 2）把整周未知数当做平差中的待定参数）把整周未知数当做平差中的待定参数 实数解 实数解 基线较长时，误差相关性降低，许多误差消除得 基线较长时，误差相关性降低，许多误差消除得不够完善。不够完善。此时求得整周未知数不再固定为一个整数。实数 此时求得整周未知数不再固定为一个整数。实数解就是 解就是(jish)(jish)最后解。最后解。利用该法解算整周未知数时，

42、为正确求得参数，利用该法解算整周未知数时，为正确求得参数，往往需要一个小时甚至更长时间，影响作业效率，往往需要一个小时甚至更长时间，影响作业效率，只有在高精度领域中才应用。只有在高精度领域中才应用。第66 页/共69 页第六十七页，共69 页。686.6.整周模糊 整周模糊(m hu)(m hu)度的确定 度的确定（3 3）多普勒法（三差法）多普勒法（三差法）连续跟踪的所有载波相位测量观测值中含有相同的 连续跟踪的所有载波相位测量观测值中含有相同的整周未知数，将相邻两个观测历元的载波相位相减，整周未知数，将相邻两个观测历元的载波相位相减，就消去未知参数，从而直接解出坐标值。就消去未知参数，从而

43、直接解出坐标值。两个历元之间的载波相位观测值之差受到此期间接 两个历元之间的载波相位观测值之差受到此期间接收机及卫星钟差的随机性影响，精度不太好，往往用 收机及卫星钟差的随机性影响，精度不太好，往往用来解算未知参数的初始值。来解算未知参数的初始值。（4 4）快速确定整周未知数法）快速确定整周未知数法 1990 1990年 年E.Frei E.Frei和 和G.Beutler G.Beutler提出了利用 提出了利用(lyng)(lyng)快 快速模糊度（整周未知数）解算法进行快速定位的方法。速模糊度（整周未知数）解算法进行快速定位的方法。利用 利用(lyng)(lyng)该法进行短基线定位时，

44、利用 该法进行短基线定位时，利用(lyng)(lyng)双频接收机只需观测一分钟即可成功确定整 双频接收机只需观测一分钟即可成功确定整周未知数。周未知数。第67 页/共69 页第六十八页，共69 页。696.6.整周模糊 整周模糊(m hu)(m hu)度的确定 度的确定其基本思想是：其基本思想是：利用初始平差的解向量（接收机点的坐标及整周 利用初始平差的解向量（接收机点的坐标及整周未知数的实数解）及其精度信息（单位权中误差和 未知数的实数解）及其精度信息（单位权中误差和协方差阵），以数理统计理论的参数估计和统计假 协方差阵），以数理统计理论的参数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置信区间整

45、周未知数可 设检验为基础，确定在某一置信区间整周未知数可能整数解的组合，依次将整周未知数的每一组合作 能整数解的组合，依次将整周未知数的每一组合作为 为(zuwi)(zuwi)已知值，重复进行平差计算，最后使估 已知值，重复进行平差计算，最后使估值的验后方差或方差和最小的一组整周未知数，即 值的验后方差或方差和最小的一组整周未知数，即为整周未知数的最佳估值。为整周未知数的最佳估值。在基线长度小于 在基线长度小于15km 15km时，根据数分钟的观测结果，时，根据数分钟的观测结果，便可精确确定整周未知数的最佳估值，使相对定位 便可精确确定整周未知数的最佳估值，使相对定位精度达到厘米级。精度达到厘米级。第68 页/共69 页第六十九页，共69 页。