第四章 距离测量与GPS定位4

1、 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 GPSGPS原理及其应用课程组原理及其应用课程组GPS原理及其应用原理及其应用 ( (十一十一) )GPS原理及其应用原理及其应用第四章第四章 距离测量与距离测量与GPS定位定位4.6单点定位单点定位4.7相对定位相对定位GPS原理及其应用原理及其应用4.6 单点定位单点定位GPS原理及其应用原理及其应用GPS测量定位方法分类测量定位方法分类 定位模式定位模式 绝对定位（单点定位）绝对定位（单点定位） 相对定位相对定位 差分定位差分定位 定位时接收机天线的运动状态定位时接收机天线的运动状态 静态定位天线相对于地固坐标系静止静态定位天线相对于地固坐标系静止

2、动态定位天线相对于地固坐标系运动动态定位天线相对于地固坐标系运动 获得定位结果的时效获得定位结果的时效 事后定位事后定位 实时定位实时定位 观测值类型观测值类型 伪距测量伪距测量 载波相位测量载波相位测量距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 GPS测量定位方法分类测量定位方法分类GPS原理及其应用原理及其应用单点定位简介单点定位简介 定义定义 单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法置的方法 定位结果与所用星历同属一坐标系的绝对坐标定位结果与所用星历同属一坐标系的绝对坐标 采用广播星历时属采用广播星历时属WGS-8

3、4 采用采用IGS International GPS Service精密星历时为精密星历时为ITRF International Terrestrial Reference Frames 特点特点 优点：一台接收机单独定位，观测简单，可瞬时定位优点：一台接收机单独定位，观测简单，可瞬时定位 缺点：精度主要受系统性偏差的影响，定位精度低缺点：精度主要受系统性偏差的影响，定位精度低 应用领域应用领域 低精度导航、资源普查、军事、低精度导航、资源普查、军事、.距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 单点定位简介单点定位简介GPS原理及其应用原理及其应用伪距单点定位的误差方程伪距单点定

4、位的误差方程 对于卫星对于卫星i，在某一个历元的误差方程为，在某一个历元的误差方程为itropiionitiitiiiiVVVcVcdZndYmdXlVSR)()()(0距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 伪距单点定位的误差方程伪距单点定位的误差方程GPS原理及其应用原理及其应用单点定位有单点定位有4个待定参数，个待定参数，因而至少需因而至少需要同时观测要同时观测4颗以上的卫颗以上的卫星，才能同星，才能同时确定出所时确定出所有的待定参有的待定参数。数。伪距单点定位的误差方程伪距单点定位的误差方程 对在某历元同时观测的对在某历元同时观测的n颗卫星，其误差方颗卫星，其误差方程及位

5、置解为程及位置解为4)()()()()(.)()()()()()(1.11.)()()(.)()()()()()(2011020222210111122211121022222022221111101111nVVVcVVVcVVVccVdZdYdXnmlnmlnmlVVVVVVcVcdZndYmdXlVVVVcVcdZndYmdXlVVVVcVcdZndYmdXlVnntropnionntntropionttropionttnnnnntropnionntnntnnnntropiontttropionttSSSRSRSRSRVVQDBBQlBBBxlxBVlBxVT0TTT；用矩阵形式表示：距离

6、测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 伪距单点定位的误差方程伪距单点定位的误差方程GPS原理及其应用原理及其应用DOP值值 DOP（Dilution of Precision） GDOP Geometry Dilution of Precision PDOP Position Dilution of Precision TDOP Time Dilution of Precision HDOP Horizontal Dilution of Precision VDOP Vertical Dilution of Precision,XXXYXZXtYXYYYZYtZXZYZZZttXt

7、YtZttXXYYZZttXXYYZZttNNEEUUqqqqqqqqqqqqqqqqGDOPqqqqPDOPqqqTDOPqHDOPqqVDOPqN E UQ其中：为站心地平坐标系下的坐标分量。DOP值的定义值的定义距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 DOP值值GPS原理及其应用原理及其应用DOP值值 DOP值与定位精度值与定位精度 DOP值的性质值的性质 DOP值与单点定位时，所观测卫星的数量与分值与单点定位时，所观测卫星的数量与分布有关，它所表示的是定位的几何条件布有关，它所表示的是定位的几何条件 DOP值越小，定位的几何条件越好值越小，定位的几何条件越好距离测量与距离

8、测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 DOP值值posposmURA PDOPmURA其中：为位置中误差，为用户等效距离误差。GPS原理及其应用原理及其应用DOP值值距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 DOP值值1-sigma 误差，单位 m 误差来源 偏差 随机误差 总误差 星历数据 2 .1 0.0 2.1 卫星钟 2.0 0.7 2.1 电离层 4.0 0.5 4.0 对流层 0.5 0.5 0.7 多路径 1.0 1.0 1.4 接收机观测 0.5 0.2 0.5 用户等效距离误差(UERE), rms 5.1 1.4 5.3 滤波后的 UERE，rms 5.1 0

9、.4 5.1 1-sigma 垂直误差VDOP = 2.5 12.8 1-sigma 水平误差HDOP = 2.0 10.2 SPS 误差模型 无 SA GPS原理及其应用原理及其应用DOP值值距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 DOP值值1-sigma 误差，单位 m 误差来源 偏差 随机误差 总误差 星历数据 2 .1 0.0 2.1 卫星钟 2.0 0.7 2.1 电离层 1.0 0.7 1.2 对流层 0.5 0.5 0.7 多路径 1.0 1.0 1.4 接收机观测 0.5 0.2 0.5 用户等效距离误差(UERE), rms 3.3 1.5 3.6 滤波后的 U

10、ERE，rms 3.3 0.4 3.3 1-sigma 垂直误差VDOP = 2.5 8.3 1-sigma 水平误差HDOP = 2.0 6.6 PPS 误差模型，双频，P/Y 码 GPS原理及其应用原理及其应用载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程 对于卫星对于卫星i，误差方程为，误差方程为0()()()RSiiiitiiiiionitropitVl dXmdYndZc VNc VVV 距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程GPS原理及其应用原理及其应用载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程 若

11、在若在k个历元里每历元均观测了个历元里每历元均观测了n颗相同的卫颗相同的卫星，则误差方程星，则误差方程kntropknionkntnknnktknknknknntropnionntnnntnnnnntropnionntnntnnnnntropnionntnnntnnnntropionttVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVSRSRSRSRSR)()()(.)()()(.)()()()()()(.)()()(2022222022222111110121111011

12、11110111111距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程GPS原理及其应用原理及其应用载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程；用矩阵形式表示：TnktttknknknnnnnnnnnnknNNNVcVcVcdZdYdXnmlnmlnmlnmlnmlnmlVVVRRR.001.00.000.10.0.00.10.000.01.0.00.010.00.01.212122211122211121xBVlBxV距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程G

13、PS原理及其应用原理及其应用载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程nkknVVVcVVVcVVVcVVVcVVVcVVVcknkntropknionkntknnntropnionntnnntropnionntnnntropnionntntropionttropiontSSSSSS3)()(;)()()(.)()()(.)()()()()()(.)()()()()()(201102022221011110202222101111VVQDBBQlBBBxlT0TTT；解为：距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程假定在

14、假定在k个历元中连续个历元中连续对对n颗卫星进行了观测，颗卫星进行了观测，则通常有则通常有3+k+n个待个待定参数（定参数（3个位置参数、个位置参数、k个整周模糊度参数和个整周模糊度参数和n个接收机钟差参数），个接收机钟差参数），因而，仅采用载波相因而，仅采用载波相位观测值无法实现瞬位观测值无法实现瞬时单点定位。时单点定位。GPS原理及其应用原理及其应用单点定位的误差源及应对方法单点定位的误差源及应对方法 卫星星历卫星星历 精密星历精密星历 卫星钟差卫星钟差 精密钟差、地面跟踪精密钟差、地面跟踪 电离层延迟电离层延迟 双频改正双频改正 对流层延迟对流层延迟 模型改正模型改正距离测量与距离测量与

15、GPS定位定位 单点定位单点定位 单点定位的误差源及应对方法单点定位的误差源及应对方法GPS原理及其应用原理及其应用精密单点定位精密单点定位 精密单点定位精密单点定位 PPP Precise Point Positioning 特点特点 主要观测值为载波相位主要观测值为载波相位 采用精密的卫星轨道和钟数据采用精密的卫星轨道和钟数据 采用复杂的模型采用复杂的模型 定位精度定位精度 亚分米级亚分米级 用途用途 全球高精度测量全球高精度测量 卫星定轨卫星定轨距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 精密单点定位精密单点定位GPS原理及其应用原理及其应用4.7 相对定位相对定位GPS原理及

16、其应用原理及其应用概述概述 定义定义 确定进行同步观测的接收机之间相对位确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法，称为相对定位。置的定位方法，称为相对定位。 定位结果定位结果 与所用星历同属一坐标系的基线向量与所用星历同属一坐标系的基线向量（坐标差）及其精度信息（坐标差）及其精度信息 采用广播星历时属采用广播星历时属WGS-84 采用采用IGS International GPS Service精密星精密星历时为历时为ITRF International Terrestrial Reference Frame 基线向量中含有：基线向量中含有：2个方位基准（一个个方位基准（一个水平方法，一

17、个垂直方位）和水平方法，一个垂直方位）和1个尺度个尺度基准，不含有位置基准基准，不含有位置基准距离测量与距离测量与GPS定位定位 相对定位相对定位 概述概述GPS原理及其应用原理及其应用概述概述 特点特点 优点：定位精度高优点：定位精度高 缺点：缺点： 多台接收共同作业，作业复杂多台接收共同作业，作业复杂 数据处理复杂数据处理复杂 不能直接获取绝对坐标不能直接获取绝对坐标 应用应用 高精度测量定位及导航高精度测量定位及导航相对定位相对定位距离测量与距离测量与GPS定位定位 相对定位相对定位 概述概述GPS原理及其应用原理及其应用观测方程观测方程 非差观测方程非差观测方程 单差观测方程单差观测方

18、程 双差观测方程双差观测方程.)()()()()()()()(00kjtropkjionkjktjtkjjkjjkjjkjkjkjkitropkiionkiktitkiikiikiikikikiVVcVcVNdZndYmdXlvVVcVcVNdZndYmdXlvSRSRkjitropkjiionkjijitkjijikjijikjijikjikjikjikikjkikjkikikjkjVVcVNdZndYmdXlvvvvvR,0,)()()()()(lkjitroplkjiionlkjilkjijilkjijilkjijilkjilkjilkjikjikjiljiljiVVNdZndYmdXlvvv,0,)()()()()(kikjkjiOOO,kjiljilkjiOOO,距离测量与距离测量与GPS定位定位 相对定位相对定位 观测方程