单点定位及相对定位

1、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 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

2、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定位技术名称精度(m)作用距离(km)响应时间单点定位10 20m全球实时局域差分1.05.0150实时广域差分/WAAS1.05.01500/全球实时RTK0.010.2015实时VRS0.010.20 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位的误差方程 对于卫星对于卫星i，在某一个历元的误

3、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，其误差方程及位置解为程及位置解为4)()()()()(.)()(

4、)()()()(1.11.)()()(.)()()()()()(2011020222210111122211121022222022221111101111nVVVcVVVcVVVccVdZdYdXnmlnmlnmlVVVVVVcVcdZndYmdXlVVVVcVcdZndYmdXlVVVVcVcdZndYmdXlVnntropnionntntropionttropionttnnnnntropnionntnntnnnntropiontttropionttSSSRSRSRSRVVQDBBQlBBBxlxBVlBxVT0TTT；用矩阵形式表示：距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位

5、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,XXXYXZXtYXYYYZYtZXZYZZZttXtYtZttXXYYZZttXXYYZZttNNEE

6、UUqqqqqqqqqqqqqqqqGDOPqqqqPDOPqqqTDOPqHDOPqqVDOPqN 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测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 DOP值值

7、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 0.4 5.1 1-sigma 垂直误差VDOP =

8、 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 UERE，rms 3.3 0.4 3.3 1-sig

9、ma 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

10、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)()()(.)()()(.)()()()()()(.)()()(202222202222211111012111101111110111111距离测量与距离测量与GPS定

11、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GPS原理及其应用原理及其应用载波相位单点定位的误差

12、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

13、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GPS定位定位 单点定位单点定位 单点定位的误差源

14、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原理及其应用原理及其应用概述概述 定义定义 确定进行同步

15、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，一个垂直方位）和水平方法，一个垂直方位）和1个尺度个

16、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相对定位的类型相对定位的类型 静态定位静态定位 普通静态定位普通静态定位 快速静态定位快速静态定位 Go and S

17、top 快速确定整周未知数快速确定整周未知数 动态定位动态定位 动态定位中整周未知数的确定动态定位中整周未知数的确定 静态初始化静态初始化 动态初始化（动态初始化（OTF） 实时动态定位（实时动态定位（RTK Real Time Kinematic） 单基准站单基准站RTK 多基准站多基准站RTK（网络（网络RTK）测量定位原理测量定位原理 相对定位相对定位 相对定位的类型相对定位的类型GPS原理及其应用原理及其应用快速静态相对定位模式快速静态相对定位模式示意图示意图 基准站基准站 观测基观测基线线 迁站路迁站路线线 流动站流动站 w作业方法作业方法w在测区的中部选择一个基准站在测区的中部选择

18、一个基准站(或参考站或参考站)，并安置一台接收机，连续，并安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星；跟踪所有可见卫星；w另一台接收机，依次到各点流动设站，静止观测数分钟，如图所示。另一台接收机，依次到各点流动设站，静止观测数分钟，如图所示。w在观测中至少跟踪在观测中至少跟踪4颗卫星，同时流动站与基准站相距不超过颗卫星，同时流动站与基准站相距不超过15km。l定位精度定位精度l流动站相对基准站的基线中误差，可达（流动站相对基准站的基线中误差，可达（510）mm+1ppmDl特点特点l接收机在流动站之间移动时，不必保持对所测卫星的连续跟踪，因而接收机在流动站之间移动时，不必保持对所测卫星的连续跟踪，因

19、而可关闭电源以降低能耗。可关闭电源以降低能耗。l该模式作业速度快，精度高。该模式作业速度快，精度高。l缺点是，在采用两台接收机作业时，缺点是，在采用两台接收机作业时，直接观测边不构成闭合图形。直接观测边不构成闭合图形。l适用范围：适用范围：l小范围的控制测量及其加密；小范围的控制测量及其加密；l工程测量、边界测量；工程测量、边界测量；l地籍测量及碎部测量等。地籍测量及碎部测量等。 测量定位原理测量定位原理 相对定位相对定位 快速静态相对定位快速静态相对定位GPS原理及其应用原理及其应用w作业方法作业方法w在测区选一基准站，在其安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星；在测区选一基准站，在其安置一台

20、接收机，连续跟踪所有可见卫星；w置另一台流动的接收机于起始点（如图中置另一台流动的接收机于起始点（如图中1号点）观测数分钟；号点）观测数分钟；w在保持对所测卫星连续跟踪的情况下，流动的接收机依次迁到在保持对所测卫星连续跟踪的情况下，流动的接收机依次迁到2，3号流动点各观测数分钟。号流动点各观测数分钟。 w该作业模式要求：作业时必须同时观测该作业模式要求：作业时必须同时观测4颗卫星；在观测过程中，流颗卫星；在观测过程中，流动接收机对所测卫星信号不能失锁；一旦发生失锁现象，应在失锁后动接收机对所测卫星信号不能失锁；一旦发生失锁现象，应在失锁后的流动点上，将观测时间延长至数分钟；流动点与基准站相距，

21、目前的流动点上，将观测时间延长至数分钟；流动点与基准站相距，目前一般应不超过一般应不超过15km。l定位精度：定位精度：l中误差（中误差（1020）mm+1ppmD。l特点：特点：l该作业模式效率高。该作业模式效率高。l 应用范围：应用范围：l开阔地区的加密测量；开阔地区的加密测量；l工程定位及碎部测量；工程定位及碎部测量；l剖面测量和路线测量；剖面测量和路线测量；l地籍测量等。地籍测量等。 准动态相对定位模式示意图准动态相对定位模式示意图 基准站基准站 1 234567891012131 1测量定位原理测量定位原理 相对定位相对定位 准动态相对定位准动态相对定位GPS原理及其应用原理及其应用

22、 w建立一个基准站，并在其上安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星；建立一个基准站，并在其上安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星；w另一台接收机，安置在运动的载体上另一台接收机，安置在运动的载体上(如如图图)，在出发点按快速静态相对定，在出发点按快速静态相对定位法，静止观测数分钟，以进行初始化；位法，静止观测数分钟，以进行初始化；w运动的接收机从出发点开始，在运动过程中按预定的采样间隔自动观测。运动的接收机从出发点开始，在运动过程中按预定的采样间隔自动观测。w该作业模式要求：至少同步观测至少该作业模式要求：至少同步观测至少4颗卫星，并在运动过程中保持连续颗卫星，并在运动过程中保持连续跟踪；同时，

23、运动点与基准站的距离，目前应不超过跟踪；同时，运动点与基准站的距离，目前应不超过15km。 l可达可达(1-2)cm+1ppmD.l特点特点:l速度快，精度高，连续实时定位。速度快，精度高，连续实时定位。 l精密测定载体的运动轨迹；精密测定载体的运动轨迹；l道路中心测量；道路中心测量；l航道测量；航道测量；l开阔地区剖面测量和水文测量等。开阔地区剖面测量和水文测量等。动态相对定位模式示意图动态相对定位模式示意图基准站基准站 912341178651012 测量定位原理测量定位原理 相对定位相对定位 动态相对定位动态相对定位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程 双差观测方程双差观测方程.)()()()()()()()(00kjtropkjionkjktjtkjjkjjkjjkjkjkjkitropkiionkiktitkiikiikiikikikiVVcVcVNdZndYmdXlvVVcVcVNdZndYmdXlvSRSRkjitropkjiionkjijitkjijikjijikjijikjikjikjikikjkikjkikik