GPS测量原理与应用2定位原理ppt课件

1、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tc2.1 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=0.97752us293.1m)，周期1msP码长2.35*1014bit，码元宽度0.097752us(29.3m),周期2

2、67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1012020001541575.42MHz;19.03cm1201227.60MHz;24.42cm/101.023MHz;10.23MHz;2046000050LLLLffffC AfPffHz码码率码码率卫星（导航）电文码率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 )()()(00tNttNtt载波与载波相位

3、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N)(NR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2.2 GPS2.2 GPS定位误差定位误差l与卫星有关的误差l 卫星钟差l 轨道误差l 相位偏心l与传播路径有关的误差l 电离层误差l 对流层误差

4、l 多路径误差l与设备有关的误差l 接收机钟差l 相位偏心l 观测误差偶然误差）l 周跳粗差）l其它误差l 地球自转的影响l 相对论影响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RkikikiikikikkiDtropDiontctczzyyxxR222)()()(l载波相位观测方程载波相位观测方程kikikikiikikikkiDtropDiontctcNzzyyxx222)()()(设i为测站下标，k为卫星上标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）iikikikkitczzyyxxVR222)(

5、)()(l观测方程线性化观测方程线性化)()()()(00000kikiriklikiikirkiikiikikiikikiikkikiRtznymxltRzzzyyyxxxV（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）l矩阵形式矩阵形式LXAVl绝对定位的解最小二乘法，绝对定位的解最小二乘法，vtpv=min)LAAAXTT1)(1)(iTixAAQiixqM0协因数阵未知数的中误差 伪距测量中误差 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

6、平面位置精度 高程精度因子VDOP(Vertical DOP) 及其相应的高程精度 02211HDOPMqqHDOPH033VDOPMqVDOPVl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0332211PDOPMqqqPDOPP044TDOPMqTDOPT02244332211)()(GDOPMTDOPPDOPqqqqGDOPG2.5 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

7、置差分)(00kjkjkikiijiklikiikikijRRtznymxlVl伪距差分伪距差分(单差，单差， 算子，消除卫星钟差，可用于时间同步算子，消除卫星钟差，可用于时间同步)LXAV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）LXAVl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）LXAVl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

8、接收机钟、卫星钟误差、模糊度，短时间内严重相关）LXAV2.6 2.6 相位差分定位相位差分定位l双差双差kikikikiiklikiikikikikikiikikikkiDtropDiontctcNznymxlDtropDiontctcNzzyyxx222)()()(l非差非差mjkjjkmjjkmjjkmjmikiikmlikmiikmikmijNNznymxlNNznymxll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

9、），或给定整数先验权为无穷大）。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, 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），B

10、ernese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 独立基线搜索步骤独立基线搜索步骤 基线基线测站测站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l频率之间