第五章 GPS定位计算

1、 1 GPS定位计算 主要内容主要内容 p GPSGPS定位类型定位类型 p 伪距法测量伪距法测量 p 伪距观测方程与定位计算伪距观测方程与定位计算 p 载波相位观测方程载波相位观测方程 p GPSGPS定位精度定位精度 p GPSGPS相对定位相对定位 p 差分差分GPSGPS 2 GPS定位类型定位类型 p依定位时接收机天线的运动状态依定位时接收机天线的运动状态 u静态定位静态定位 u动态定位动态定位 p依定位模式依定位模式 u绝对定位（单点定位）绝对定位（单点定位） u相对定位相对定位 u差分定位差分定位 3 GPS定位类型定位类型(续续) p依观测值类型依观测值类型 u伪距测量（伪距法

2、定位）伪距测量（伪距法定位） u载波相位测量载波相位测量 p依定位时效依定位时效 u实时定位实时定位 u事后定位事后定位 4 p在定位过程中，接收机的在定位过程中，接收机的 位置是固定的，处于静止位置是固定的，处于静止 状态。状态。 p静止状态：静止状态：通常是指待定通常是指待定 点的位置，相对其周围的点的位置，相对其周围的 点位没有发生变化，或变化极其缓慢，以致在观测点位没有发生变化，或变化极其缓慢，以致在观测 期内（数天或数星期）可以忽略。期内（数天或数星期）可以忽略。 p主要应用于测定板块运动、监测地壳形变、大地测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

3、及地震监测等领域量、精密工程测量、地球动力学及地震监测等领域 静态定位静态定位 5 动态定位动态定位 p 在定位过程中，接收机天线处在定位过程中，接收机天线处 于运动状态。于运动状态。 p 运动状态：运动状态：通常是指待定点通常是指待定点 的位置，相对其周围的点位发生的位置，相对其周围的点位发生 显著的变化，或针对所研究的问显著的变化，或针对所研究的问 题来说，其状态在观测期内不能题来说，其状态在观测期内不能 认为是静止的可以忽略。认为是静止的可以忽略。 p 应用于飞机、船舶和陆地车辆应用于飞机、船舶和陆地车辆 等运动载体的导航。等运动载体的导航。 6 动态定位的特点动态定位的特点 p用户多样

4、性：用户多样性：地面行驶的车辆、水中航行的地面行驶的车辆、水中航行的 舰船和空中飞行的航空航天器。舰船和空中飞行的航空航天器。 p速度多异性：速度多异性：低中高三种定位形式低中高三种定位形式 n低动态定位：几米低动态定位：几米/秒到几十米秒到几十米/秒；秒； n中等动态定位：中等动态定位：100m/s1000m/s； n高动态定位：高动态定位：1km/s以上。以上。 p定位的实时性：定位的实时性：如监测卫星准确入轨。如监测卫星准确入轨。 p数据短时性：数据短时性：如导弹飞行中的弹道测量。如导弹飞行中的弹道测量。 7 绝对定位绝对定位 p绝对定位：绝对定位：又称单点定位，独立确定待定点又称单点定

5、位，独立确定待定点 在坐标系中的绝对位置。由于目前在坐标系中的绝对位置。由于目前GPS系统系统 采用采用WGS-84系统，因而单点定位的结果也系统，因而单点定位的结果也 属于该坐标系统。属于该坐标系统。 p一台接收机即可独立定位，定位精度较差。一台接收机即可独立定位，定位精度较差。 p船舶、飞机的导航，地质矿产勘探，暗礁定船舶、飞机的导航，地质矿产勘探，暗礁定 位，建立浮标，海洋捕鱼等中低精度测量领位，建立浮标，海洋捕鱼等中低精度测量领 域。域。 8 相对定位相对定位 p 采用若干台接收机同步跟采用若干台接收机同步跟 踪同一组踪同一组GPS卫星的发射卫星的发射 信号，从而确定信号，从而确定GP

6、S接收接收 机之间的相对位置的方法机之间的相对位置的方法 。 p 可消除许多相同或相近的可消除许多相同或相近的 误差（如卫星钟、卫星星误差（如卫星钟、卫星星 历、卫星信号传播误差等历、卫星信号传播误差等 ），定位精度较高。但组），定位精度较高。但组 织实施较困难，数据处理织实施较困难，数据处理 更烦琐。更烦琐。 p 大地测量、工程测量、地大地测量、工程测量、地 壳形变监测等精密定位领壳形变监测等精密定位领 域。域。 9 定位方式的发展定位方式的发展 p在绝对定位和相对定位中，又都包含静态定在绝对定位和相对定位中，又都包含静态定 位和动态定位两种方式。因此形成了位和动态定位两种方式。因此形成了动

7、态绝动态绝 对定位对定位和和静态绝对定位静态绝对定位，动态相对定位动态相对定位和和静静 态相对定位态相对定位。 p为缩短观测时间，提高作业效率，近年来发为缩短观测时间，提高作业效率，近年来发 展了一些快速定位方法，如准动态相对定位展了一些快速定位方法，如准动态相对定位 法和快速静态相对定位法等。法和快速静态相对定位法等。 10 差分定位差分定位 p 差分定位：差分定位：在一个观测站对在一个观测站对 两个目标的观测量或两个观两个目标的观测量或两个观 测站对一个目标的两次观测测站对一个目标的两次观测 量之间进行求差。量之间进行求差。 p 目的：目的：消除公共项，包括公消除公共项，包括公 共误差和公

8、共参数。共误差和公共参数。 p 差分定位采用单点定位的数学模型，具有相对定位的特差分定位采用单点定位的数学模型，具有相对定位的特 性（使用多台接收机、基准站与流动站同步观测）。性（使用多台接收机、基准站与流动站同步观测）。 p 差分差分GPS定位分为三类，位置差分、伪距差分和相位差定位分为三类，位置差分、伪距差分和相位差 分。分。 11 伪距法测量伪距法测量 p 利用测距码进行测距的原理利用测距码进行测距的原理 p 伪距的测定方法伪距的测定方法 1 ()() T Ru Ttu Tdt T 相关系数： 12 伪距测定的原理图伪距测定的原理图 13 伪距测定的原理图伪距测定的原理图 1 ( )()

9、 () T Ra ta ttdt T 14 伪码测距的特点伪码测距的特点 p 无模糊度（多值性）问题无模糊度（多值性）问题 p 定位速度快，实时定位定位速度快，实时定位 p 可提高测距精度可提高测距精度 p 对信号的强度要求不高，易于捕获微弱的卫对信号的强度要求不高，易于捕获微弱的卫 星信号星信号 p 采用的是采用的是CDMA（码分多址）技术（码分多址）技术 p 便于对系统进行控制和管理便于对系统进行控制和管理 15 伪距观测方程伪距观测方程 p 伪距测量观测方程伪距测量观测方程：把测距码信号（：把测距码信号（C/A码码 或或P码）距离延迟作为观测量的观测方程。码）距离延迟作为观测量的观测方程

10、。 p 建立卫星与接收机之间的距离同观测值之建立卫星与接收机之间的距离同观测值之 间的关系。间的关系。 () jjj ttGPStn卫星sj发射信号时的卫星钟时刻 n接收机Ti收到该卫星信号时的接收机钟时刻 () iii tt GPSt 16 伪距观测方程的建立伪距观测方程的建立 p 信号从卫星传播到观测站的时间为信号从卫星传播到观测站的时间为 p 不考虑电离层和对流层折射不考虑电离层和对流层折射时，相应的伪距为时，相应的伪距为 p 当卫星时钟与接收机时钟严格同步时，上式确当卫星时钟与接收机时钟严格同步时，上式确 定的伪距即为定的伪距即为站星几何距离站星几何距离 GPSGPS jjjj iii

11、i ttttttt jjjjjj iiiiii tccctct jj ii c 17 伪距观测方程伪距观测方程 p 考虑电离层、对流层折射影响，考虑电离层、对流层折射影响，码伪距观测方程的常码伪距观测方程的常 用形式用形式: p卫星坐标为（卫星坐标为（Xi，Yi，Zi）、接收机坐标为（）、接收机坐标为（X，Y，Z ），则卫星与接收机之间的几何距离为），则卫星与接收机之间的几何距离为: p伪距方程伪距方程 222 j iiii XXYYZZ jjjjj iiiii ttc tc tItTt 222 j iiii jjj iii tXXYYZZ c tc tItTt 18 交会定位原理交会定位原理

12、 由于卫星坐标可根据卫星导航电文求得，将观测时刻接收机的由于卫星坐标可根据卫星导航电文求得，将观测时刻接收机的 改正值作为一个未知数，因此在上式中有改正值作为一个未知数，因此在上式中有4个未知数。若用户个未知数。若用户 同时对四颗卫星进行伪距测量，即可解出接收机的位置（同时对四颗卫星进行伪距测量，即可解出接收机的位置（X， Y，Z）。）。 19 定定 位位 计计 算算 20 p 假设用户的真实位置坐标为 ，其估计 位置坐标为 ，则有 p将伪距观测方程在 处进行泰勒级数展 开，并取其一次近似项，则 伪距观测方程线性化伪距观测方程线性化 eseses ZYX, ZYX, eseses ZYX, e

13、s es es XXx YYy ZZz jjjj iesjiii jjj iii tktXltYmtZ c tItTt 其中 k, l, m 是观测站至卫星的方向余弦。 21 定位计算方程定位计算方程 111 _1_1_1 1 _1 222 2 _2_2_2 _2 3 333 _3 _3_3_3 4 _4 444 _4_4_4 eseses eseses ies eseses eseses ies eseses ies eseses ies eseses eseses XXYYZZ c XXYYZZ c XXYYZZ c XXYYZZ c 11 22 33 44 ii ii ii ii xIt

14、Tt yItTt zItTt tItTt p 如果用户对如果用户对4 4颗卫星同时观测，颗卫星同时观测，4 4颗卫星与接收机颗卫星与接收机 钟差相同，则有定位计算矩阵方程钟差相同，则有定位计算矩阵方程 22 定位计算方程（续）定位计算方程（续） p 假设电离层和对流层的误差可以忽略，则用户坐假设电离层和对流层的误差可以忽略，则用户坐 标改正数为标改正数为 1 111 _1_1_1 1 _1 222 2 _2_2_2 333 _3_3_3 444 _4_4_4 eseses eseses ies eseses eseses i eseses eseses eseses eseses XXYYZZ

15、 c XXYYZZ x c y zXXYYZZ c t XXYYZZ c _2 3 _3 4 _4 es ies ies 23 伪距测量与载波相位测量的比较伪距测量与载波相位测量的比较 p 伪距测量是以测距码作为测量信号，测量精度是一个码伪距测量是以测距码作为测量信号，测量精度是一个码 元长度的百分之一。元长度的百分之一。 p 由于测距码的码元长度较长，因此测量精度较低（由于测距码的码元长度较长，因此测量精度较低（C/A码码 为为3m，P码为码为30cm）。）。 p 载波的波长要短得多（载波的波长要短得多（L1为为19cm, L2 为为4.4cm），对），对 载波进行相位测量，可以达到很高的精

16、度。载波进行相位测量，可以达到很高的精度。 p 载波相位测量精度一般为载波相位测量精度一般为12mm。载波信号是一种周。载波信号是一种周 期性的正弦信号，相位测量只能测定不足一个波长的部期性的正弦信号，相位测量只能测定不足一个波长的部 分，因而存在整周不确定性问题，解算复杂。分，因而存在整周不确定性问题，解算复杂。 24 载载 波波 重重 建建 在进行载波相位测量之前，首先要进行解调工作，在进行载波相位测量之前，首先要进行解调工作， 设法将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重设法将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重 新获得载波，即所谓新获得载波，即所谓载波重建载波重建。 由于由于GPSG

17、PS信号中已用相信号中已用相 位调制的方法在载波上位调制的方法在载波上 调制了测距码和导航电调制了测距码和导航电 文，因而接收到的载波文，因而接收到的载波 的相位已不再连续（凡的相位已不再连续（凡 是调制信号从是调制信号从0 0变变1 1或从或从 1 1变变0 0时，载波的相位均时，载波的相位均 要变化要变化180180）。）。 25 重建载波方法重建载波方法 p 码相关法码相关法 需要了解码的结构，可获得导航电文，可获得全需要了解码的结构，可获得导航电文，可获得全 波长的载波，信号质量好波长的载波，信号质量好 p 平方法平方法 无需了解码的结构，无法获得导航电文，所获载无需了解码的结构，无法

18、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（信噪波波长为原来波长的一半，信号质量较差（信噪 比低，降低了比低，降低了30dB） 26 重建载波方法（续）重建载波方法（续） p 互相关（交叉相关）互相关（交叉相关） 获取两个频率间的伪距差和相位差获取两个频率间的伪距差和相位差 无需了解无需了解Y解码的结构，可获得导航电文，可获得全波波解码的结构，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（信噪比降低了长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了27dB） 。 p Z跟踪跟踪 无需了解无需了解Y码结构，可测定双频伪距观测值，可获得导航码结构，可测定双频伪距观测值，可获

19、得导航 电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好（电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好（ 信噪比降低了信噪比降低了14dB） 21,/2,1, 21,/21 () () LL C ALYL Y LL C ALL RRRR 27 p 假设在某一瞬间，载波信号在卫星假设在某一瞬间，载波信号在卫星S S处的相位处的相位 为为 S S，在接收机处的相位为，在接收机处的相位为 M M。若载波的波长。若载波的波长 为为 ，则卫星，则卫星S S至接收机至接收机M间的距离：间的距离： p 在实际工作中，在实际工作中， S是无法测得的，如何获得是无法测得的，如何获得 S ？由接收机的振荡器产生一

20、个频率和初相与卫由接收机的振荡器产生一个频率和初相与卫 星载波信号完全相同的基准信号，使得在任意一星载波信号完全相同的基准信号，使得在任意一 个瞬间，接收机基准信号的相位就等于卫星个瞬间，接收机基准信号的相位就等于卫星S S的的 载波信号相位。载波信号相位。 载波相位测量的原理载波相位测量的原理 sm 28 p当接收机跟踪上卫星信号，并在起始历元当接收机跟踪上卫星信号，并在起始历元 瞬间进行瞬间进行首次首次载波相位测量，此时接收机基准载波相位测量，此时接收机基准 信号的相位为信号的相位为 ，收到的卫星信号的相位，收到的卫星信号的相位 为为 ，所测得的相位差观测值为，所测得的相位差观测值为 p

21、实际不能直接测定，称为实际不能直接测定，称为整周未知数整周未知数，或，或 整周模糊度。整周模糊度。 p接收机在接收机在 瞬间所测得的仅仅是不足一整周瞬间所测得的仅仅是不足一整周 的相位差的相位差 。 整周未知数整周未知数 0 t 000 0 ()( )( )MSNF 0 ()M 0 ( )S 0 N 0 t 0 ( )F 29 p首次载波相位测量后，首次载波相位测量后， 时刻测得的相位观测值时刻测得的相位观测值 中包括整周数中包括整周数 和不足一整周数和不足一整周数 ，则在，则在 时刻测得的相位观测值为：时刻测得的相位观测值为： p当接收机连续跟踪卫星信号时，所测得的每个当接收机连续跟踪卫星信

22、号时，所测得的每个 相位观测量含有同一整周未知数相位观测量含有同一整周未知数 。因此，完。因此，完 整的载波相位观测值为：整的载波相位观测值为： 载波相位的实际观测值载波相位的实际观测值 i t ( )In( )F i t ( )( ) ii InF 0 N 00 ( )( ) ii NNInF 30 载波相位观测值总结载波相位观测值总结 0 0 0 ( ) ( )( ) ( )( ) ii ii F InF NInF 首次观测值： 以后的观测值： 完整的观测值： 31 p与伪距观测方程相同，测站与卫星之间的与伪距观测方程相同，测站与卫星之间的 几何距离也是坐标的非线性函数。同样，取几何距离也

23、是坐标的非线性函数。同样，取 测站坐标的近似值为测站坐标的近似值为 ，线性化后，线性化后 的载波相位观测方程为的载波相位观测方程为 载波相位测量的观测方程载波相位测量的观测方程 eseses ZYX, 0 jjjj iesjiii jjj iii tktXltYmtZ c tItTtN 0 jjjjj iiiii ttc tc tItTtN 32 GPS测量误差测量误差 33 GPS定位误差分类定位误差分类 p与卫星有关的误差与卫星有关的误差 p与卫星信号传播有关的误差与卫星信号传播有关的误差 p与接收机有关的误差与接收机有关的误差 p其他，如地球潮汐其他，如地球潮汐 34 GPS定位误差定位

24、误差 35 GPS定位精度定位精度 p GPS静态绝对定位精度取决于两个因素：静态绝对定位精度取决于两个因素： n码相关伪距测量的精度、卫星星历精度以及大气折射影码相关伪距测量的精度、卫星星历精度以及大气折射影 响等因素（单位权中误差响等因素（单位权中误差0） n观测卫星的空间几何分布（未知参数的协因数矩阵观测卫星的空间几何分布（未知参数的协因数矩阵 Q） 11121314 1 21222324 31323334 41424344 T T qqqq qqqq A A qqqq qqqq Q 36 几何精度因子几何精度因子 p几何精度因子几何精度因子DOP（Dilution of Precisi

25、on）：）： 衡量观测卫星的空间几何分布对定位精度的影响衡量观测卫星的空间几何分布对定位精度的影响 标准。标准。 p实质：实质：权系数阵主对角线元素的函数权系数阵主对角线元素的函数 三维位置精度因子三维位置精度因子PDOP(Position DOP) 1 2 112233 0 () P PDOPqqq mPDOP 37 几何精度因子几何精度因子 钟差精度因子钟差精度因子TDOP(Time DOP) 1 2 11223344 1 2 22 0 () ()() G GDOPqqqq PDOPTDOP mGDOP 几何精度因子几何精度因子GDOP(Geometric DOP) 综合综合TDOP和和P

26、DOP，描述空间位置误差和时间误差，描述空间位置误差和时间误差 综合影响的精度因子综合影响的精度因子 1 2 44 0 () T TDOPq mTDOP 38 高高 程程 精精 度度 垂直分量精度因子垂直分量精度因子VDOP(Vertical DOP) 水平分量精度因子水平分量精度因子HDOP(Horizontal DOP) 1 2 22 ()()HDOPPDOPVDOP 1 2 1122 0 () H HDOPqq mHDOP 1 2 33 0 () V VDOPq mVDOP 几何矩阵几何矩阵A 39 A 几何矩阵几何矩阵A 40 41 GPS相对定位相对定位 p相对定位相对定位是利用两台

27、是利用两台GPS接收机，分别安置在基线的两端接收机，分别安置在基线的两端 ，同步观测相同的，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或卫星，以确定基线端点的相对位置或 基线向量。基线向量。 p相对定位方法相对定位方法一般可推广到多台接收机安置在若干条基线一般可推广到多台接收机安置在若干条基线 的端点，通过同步观测的端点，通过同步观测GPS卫星，以确定多条基线向量。卫星，以确定多条基线向量。 42 后处理相对定位后处理相对定位 43 实时相对定位实时相对定位 44 静态相对定位的观测方程静态相对定位的观测方程 p 基本观测量基本观测量 假设安置在基线端点的接收机假设安置在基线端点的接收

28、机 Ti(i=1,2)，对对GPS卫星卫星sj和和sk，于历元于历元t1和和t2进进 行了同步观测，可以得到如下的载波相位观行了同步观测，可以得到如下的载波相位观 测量：测量： 45 相对定位的观测量相对定位的观测量 p不同接收机之间、不同卫星之间和不同不同接收机之间、不同卫星之间和不同 观测历元之间的观测量之差。观测历元之间的观测量之差。 )()()( )()()( )()()( 12 12 ttt ttt ttt j i j i j i j i k ii jjj 46 相对定位的观测量相对定位的观测量 p不同接收机之间、不同卫星之间和不同不同接收机之间、不同卫星之间和不同 观测历元之间的观

29、测量之差。观测历元之间的观测量之差。 )()()( )()()( )()()( 12 12 ttt ttt ttt j i j i j i j i k ii jjj 47 相对定位的观测量相对定位的观测量 p不同接收机之间、不同卫星之间和不同不同接收机之间、不同卫星之间和不同 观测历元之间的观测量之差。观测历元之间的观测量之差。 )()()( )()()( )()()( 12 12 ttt ttt ttt j i j i j i j i k ii jjj 48 载波相位的观测方程载波相位的观测方程 0 0 ( ) ( ) ( ) jjj iii jjj iii jjjj iiii jj ii

30、ttc tc t ItTtNt f ttItTt c f tf tNt 49 单差观测方式单差观测方式 11111111 110 21212121 220 ( ) ( ) ( ) ( ) jjjj jj jjjj jj f ttItTt c f tf tNt f ttItTt c f tf tNt p不同接收机，在历元时刻不同接收机，在历元时刻t1对相同的卫星进行对相同的卫星进行 观测。观测。 50 单差观测方式单差观测方式 p单差（单差（Single-DifferenceSD）: 在不在不 同观测站，同步观测同观测站，同步观测相同卫星相同卫星所得观测量之差所得观测量之差 21 21 2010

31、 21 2121 ( )( )( ) ( )( ) jj j jjj jjj j jj j tt ItItTtT ttt f c ff cc fttf Nt t t tN t 51 单差观测方式单差观测方式 p两个观测站之间的连线叫两个观测站之间的连线叫基线基线(Baseline)， 基线起点至终点的向量叫基线向量。基线起点至终点的向量叫基线向量。 p卫星钟差的影响已经消除；卫星钟差的影响已经消除； p星历误差对测距的影响只有原来的千分之一星历误差对测距的影响只有原来的千分之一 ，大大减小卫星星历误差的影响；，大大减小卫星星历误差的影响； p 站间距离远小于星站距离，经模型改正后站间距离远小于

32、星站距离，经模型改正后 的电离层和对流层折射残差也基本消除。大大的电离层和对流层折射残差也基本消除。大大 减少对流层和电离层折射的影响，短距离内几减少对流层和电离层折射的影响，短距离内几 乎可以完全消除影响。乎可以完全消除影响。 52 p 星历误差对相对定位的影响：星历误差对相对定位的影响： 11 104 ddDd D p 当基线向量长度星当基线向量长度星D =5000m，卫星到观测站卫星到观测站 的几何距离的几何距离=20000km，星历误差d =50m。基基 线误差：线误差： 1.3mm3mmdD 53 双差观测方式双差观测方式 p 双差（双差（Double-DifferenceDD）：）

33、：在不同在不同 观测站，同步观测观测站，同步观测同一组卫星同一组卫星，所得单差之差。，所得单差之差。 符号表示为符号表示为 21212010 ( )( )( ) kkkkk f tttfttNtNt c 21212010 ( )( )( ) jjjjj f tttfttNtNt c 54 双差观测方式双差观测方式 p 双差（双差（Double-DifferenceDD）：）：在不同在不同 观测站，同步观测观测站，同步观测同一组卫星同一组卫星，所得单差之差。，所得单差之差。 符号表示为符号表示为 212010 212010 ( )( )( ) = ( )( ) - ( )( ) kj kkkk

34、jjjj ttt f ttNtNt c f ttNtNt c p 双差模型的优点：钟差的影响已经消除双差模型的优点：钟差的影响已经消除 55 222 2212 2212 2010 2010 ( ) ( )( ) ( )( ) ( )( = ) - k kj kk j k jjj Nt tt Nt Nt t N f tt c f ttt c 111 2111 2111 2010 2010 ( ) ( )( ) ( )( ) ( )( = ) - k kj kk j k jjj Nt tt Nt Nt t N f tt c f ttt c 56 三差观测方式三差观测方式 p三差（三差（Triple

35、-DifferenceTD）：）：于不同历于不同历 元，同步观测同一组卫星，所得观测量的双差之元，同步观测同一组卫星，所得观测量的双差之 差。表达式为：差。表达式为： )()()()( )()()()( )()()( 11121112 21222122 12 tttt tttt ttt jjkk jjkk kkk p三差模型的优点：消除整周未知数。三差模型的优点：消除整周未知数。 57 相对定位的优缺点相对定位的优缺点 p载波相位原始观测量的不同线性组合，都可作载波相位原始观测量的不同线性组合，都可作 为相对定位的相关观测量为相对定位的相关观测量 p优点：优点：消除或减弱一些具有系统性误差的影

36、响消除或减弱一些具有系统性误差的影响 ，如卫星轨道误差、钟差和大气折射误差等；，如卫星轨道误差、钟差和大气折射误差等； 减少平差计算中未知数的个数。减少平差计算中未知数的个数。 p缺点：缺点：原始独立观测量通过求差将引起差分量原始独立观测量通过求差将引起差分量 之间的相关性之间的相关性 ；平差计算中，差分法将使观测；平差计算中，差分法将使观测 方程数明显减少。方程数明显减少。 58 差差 分分 GPS p差分差分GPSGPS（DGPS DGPS Differential GPS Differential GPS）: : 利用设置在坐标已知的点（基准站）上测定利用设置在坐标已知的点（基准站）上测

37、定 GPS测量定位误差，用以提高在一定范围内测量定位误差，用以提高在一定范围内 其它其它GPS接收机（流动站）测量定位精度的接收机（流动站）测量定位精度的 方法。方法。 p单基准站差分、多基准的局部区域差分、广单基准站差分、多基准的局部区域差分、广 域差分域差分 p伪距差分、位置差分、载波相位差分伪距差分、位置差分、载波相位差分 59 位位 置置 差差 分分 p安置在已知点基准站上的安置在已知点基准站上的GPS接收机，经过对接收机，经过对4 颗以上的卫星观测，便可实现定位，求出基准颗以上的卫星观测，便可实现定位，求出基准 站的坐标，与站的坐标，与已知坐标已知坐标比较，得到坐标改正数比较，得到坐

38、标改正数 ，基准站利用数据链将坐标改正数发送给用户，基准站利用数据链将坐标改正数发送给用户 站，用户站用接收到的坐标改正数对其坐标进站，用户站用接收到的坐标改正数对其坐标进 行改正。行改正。 p优点：优点：需传输的差分改正数少，计算简单，适需传输的差分改正数少，计算简单，适 于各种接收机。于各种接收机。 p缺点：缺点：基准站与用户必须观测同一组卫星，在基准站与用户必须观测同一组卫星，在 近距离可以做近距离可以做 到，距离较长时很难满足。位置到，距离较长时很难满足。位置 差分只适用于差分只适用于100km以内。以内。 60 距离差分距离差分 p通过在基准站上利用已通过在基准站上利用已 知坐标求出

39、测站至卫星知坐标求出测站至卫星 的距离，并将其与含有的距离，并将其与含有 误差的测量距离比较，误差的测量距离比较， 然后利用一个滤波器将然后利用一个滤波器将 此差值滤波并求出其偏此差值滤波并求出其偏 差，并将所有卫星的测差，并将所有卫星的测 距误差传输给用户，用距误差传输给用户，用 户利用此误差来改正测户利用此误差来改正测 量的伪距。最后，用户量的伪距。最后，用户 利用改正后的利用改正后的伪距伪距求出求出 自身的坐标。自身的坐标。 应用最广的一种定位技术，应用最广的一种定位技术， 61 载波相位差分载波相位差分 p实时差分实时差分(RTD)： n参考站：参考站：发送测相伪距差分信号（测相伪距改

40、正数）发送测相伪距差分信号（测相伪距改正数） n流动站：流动站：单频接收机动态接收卫星的测距码信号及参单频接收机动态接收卫星的测距码信号及参 考站的差分信号，利用差分信号削弱电离层和对流层考站的差分信号，利用差分信号削弱电离层和对流层 影响。影响。 有效距离有效距离300km。 p精度：精度：平面：平面：25m，高程：，高程：37m。 p优点：优点：基准站提供所有卫星的改正数，用户接收基准站提供所有卫星的改正数，用户接收 机观测其中任意机观测其中任意4颗卫星，就可完成定位；无需颗卫星，就可完成定位；无需 进行坐标变换。进行坐标变换。 p缺点：缺点：差分精度随基准站到用户的距离增加而降差分精度随

41、基准站到用户的距离增加而降 低。低。 62 实时动态定位技术实时动态定位技术 RTK ：Real Time Kinametic 精度：平面精度：平面1-5cm1-5cm，高程，高程2-10cm2-10cm。 63 RTK的特点的特点 p高精度的高精度的GPS测量必须采用测量必须采用载波相位观测载波相位观测 值；值； p一种基于载波相位观测值的实时动态定位一种基于载波相位观测值的实时动态定位 技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标 系中的三维定位结果，并达到系中的三维定位结果，并达到厘米级厘米级精度；精度； p流动站运动状态流动站运动状态：静止或运动状态；：

42、静止或运动状态； p初始化：初始化：可在固定点上先进行初始化后再可在固定点上先进行初始化后再 进入动态作业，也可在动态条件下直接开机进入动态作业，也可在动态条件下直接开机 ，并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求，并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求 解。解。 64 p在在RTK作业模式下，基准站通过数据链将作业模式下，基准站通过数据链将 其观测值和测站坐标信息一起传送给流动其观测值和测站坐标信息一起传送给流动 站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站。流动站不仅通过数据链接收来自基准 站的数据，还要采集站的数据，还要采集GPS观测数据，并在观测数据，并在 系统内组成差分观测值进行实时处理，同系统

43、内组成差分观测值进行实时处理，同 时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟 。 p两种定位方法：一种两种定位方法：一种改正法改正法；另一种；另一种求差求差 法法。 RTK工作原理工作原理 65 两种两种RTK差分法差分法 p改正法：改正法：与伪距差分相同，基准站将载波相位与伪距差分相同，基准站将载波相位 的改正量发送给用户站，以对用户站的载波相的改正量发送给用户站，以对用户站的载波相 位进行改正实现定位。位进行改正实现定位。 p求差法：求差法：将基准站观测的载波相位观测值实时将基准站观测的载波相位观测值实时 地发送给用户站，并由用户站将观测值求差，地发送给用户站

44、，并由用户站将观测值求差， 获得诸如静态相对定位的单差、双差、三差求获得诸如静态相对定位的单差、双差、三差求 解模型，并采用与静态相对定位类似的求解方解模型，并采用与静态相对定位类似的求解方 法进行坐标解算。法进行坐标解算。 66 RTK技术的关键技术的关键 p参考站校正数据的有效作用距离；参考站校正数据的有效作用距离； p为了保证定位精度，传统的单机为了保证定位精度，传统的单机RTK的作的作 业距离都非常有限，单频业距离都非常有限，单频10km，双频，双频 30km ； p原因：原因：GPS误差的空间相关性随参考站和误差的空间相关性随参考站和 移动站距离的增加而逐渐失去线性；在较长移动站距离

45、的增加而逐渐失去线性；在较长 距离下，经过差分处理后的用户数据仍然含距离下，经过差分处理后的用户数据仍然含 有很大的观测误差，从而导致定位精度的降有很大的观测误差，从而导致定位精度的降 低和无法解算载波相位的整周模糊；低和无法解算载波相位的整周模糊； 67 单基准站差分单基准站差分GPS p单基准站差分单基准站差分GPS（SRDGPS） 根据一个基准站所提供的差分改正信息对用户根据一个基准站所提供的差分改正信息对用户 站进行改正的差分站进行改正的差分GPS系统。由基准站、无线系统。由基准站、无线 电数据通讯链、用户站三部分组成。电数据通讯链、用户站三部分组成。 p优点：优点：结构和算法都较为简单结构和算法都较为简单 p缺点：缺点：距离精度、可靠性适用于小范围距离精度、可靠性适用于小范围 68 局部区域差分局部区域差分GPS系统系统 p局部区域差分局部区域差分GPS系统系统（LADGPS） 多个基准站构成基准站网（包含一个或数个监控站）多个基准站构成基准站网（包含一个或数个监控站） 、用户站