动态绝对定位原理概要.doc

动态绝对定位原理GPS绝对定位又叫单点定位，即以GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值为基础，并根据卫星星历确定的卫星瞬时坐标，直接确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对于坐标原点（地球质心）的绝对位置。根据用户接收机天线所处的状态不同，绝对定位又可分为动态绝对定位和静态绝对定位。因为受到卫星轨道误差、钟差以及信号传播误差等因素的影响，静态绝对定位的精度约为米级，而动态绝对定位的精度约为1040m。因此静态绝对定位主要用于大地测量，而动态绝对定位只能用于一般性的导航定位中。将GPS用户接收机安装在载体上，并处于动态情况下，确定载体的瞬时绝对位置的定位方法，称为动态绝对定位。一般，动态绝对定位只能获得很少或者没有多余观测量的实时解，因而定位精度不是很高，主要被广泛应用于飞机、船舶、陆地车辆等运动载体的导航。另外在航空物探和卫星遥感领域也有着广阔的应用前景。定位解算中，根据采用的距离观测原理的不同，可以分为测码伪距动态绝对定位和测相伪距动态绝对定位。一、测码伪距动态绝对定位 测码伪距观测方程 （1）为了推导方便，取： （2） 则测码伪距观测方程可写为 （3）式中的电离层和对流层延迟改正数可从卫星发射的导航电文中获得，而卫星在地球协议坐标系中的坐标也可从卫星星历中得到。显然，式中在某个历元只有测站在协议地球坐标系中的坐标向量和接收机钟的钟差这4个未知参数，正是我们需要求解的。为此，至少需要建立4个类似的方程。所以，用户至少需要同步观测4颗卫星以便获得4个以上测码伪距观测方程。在动态绝对定位的情况下，由于测站是运动的，所以获得的伪距观测量很少。但为了获得实时定位结果，必须至少同步观测4颗卫星。假设GPS接收机在测站于某一历元同步观测j颗卫星（），则由（3）式可得： （4其误差方程为： （5）当同时跟踪卫星数刚好为4颗（即）时，无多余观测量，此时上式中 （6）直接解此方程组得唯一定位解： （7）很明显，当同时观测卫星数多于4颗时，则观测量的个数超过待求参数的个数，此时要利用最小二乘法平差求解误差方程（5），得： （8）解的精度为： （9）式中 为解的中误差；为伪距测量中误差；为权系数阵主对角线的相应元素，。上述测码伪距绝对定位模型（7）、（8），已被广泛应用于实时动态单点定位。因为通过卫星星历中获得的卫星瞬时坐标是WGS-84坐标，因此解求得到的接收机位置坐标也是WGS-84坐标系中的坐标。实际应用中，有时给定的近似坐标偏差较大，而且线性化过程中略去二次及二次以上项对平差结果也有影响，在解算过程中往往一次平差不能达到理想的解算结果，因此常常采用迭代法。顺便要指出，这里在解算载体位置时，不是直接求出它的三维坐标，而是求各个坐标分量的修正分量，也就是给定用户的三维坐标初始值，而求解三维坐标的改正数。在解算运动载体的实时点位时，前一个点的点位坐标可作为后续点位的初始坐标值。二、测相伪距动态绝对定位载波相位方程（或测相伪距方程）的线性化形式： （10）令 （11）代入（10）式，则测相伪距观测方程可写为 （12）由于测相伪距法中引入了另外的未知参数整周未知数，因此，若和测码伪距法一样，观测4颗卫星无法解算出测站的三维坐标。假设GPS接收机在测站于某一历元同步观测n颗以上卫星（），则由（5-28）式可得误差方程组为 （13）可见，误差方程中的未知参数有：三个测站点坐标，一个接收机钟差，n个整周未知数。这样误差方程中总未知参数为4+n个，而观测方程的总数只有n个，如此则不可能实时求解。如果在载体运动之前，GPS接收机在时刻锁定卫星后，先保持载体静止，求出整周模糊度，（）。据前述分析，只要在初始历元之后的后续时间里没有发生卫星失锁现象，它们仍然是只与初始历元有关的常数，在载体运动过程中当成常数来处理。 则（13）式可写为 （14） 这样，就与（5）式在形式上完全一致。此时，同步观测4颗以上卫星，就可得到（8）是完全一样的实时解，只是解方程过程中采用的是测相伪距观测值，因此定位解的精度较之测码伪距法要高。值得注意的是，采用测相伪距动态绝对定位时，载体上的GPS接收机在运动之前必须初始化，而且运动过程中不能发生信号失锁，否则就无法实现实时定位。然而载体在运动过程