GPS第五章修改课件

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第五章

GPS定位基本原理本章提示2.测码伪距观测方程（重点）3.测相伪距观测方程（重点）4.观测方程的解算1.GPS定位方式、观测量

5.1GPS定位方式、观测量和观测方程

一、

GPS定位方式及其分类

根据定位所采用的观测值

伪距定位

观测值：C/A码伪距、P码伪距优点:数据处理简单，对定位条件的要求低，不存在整周模糊度的问题，容易实现实时定位；缺点:观测值精度低，C/A码伪距观测值精度一般为3米，P码伪距观测值精度一般为30个厘米。载波相位定位

观测值：载波相位观测值，（L1、L2或线性组合）定位的优点：观测值的精度高，一般优于2个毫米；缺点：数据处理过程复杂，存在整周模糊度。

GPS定位方式及其分类根据获取定位结果的时间

实时定位

实时定位：根据接收机观测到的数据，实时解算出接收机天线所在的位置。非实时定位

非实时定位（后处理定位）：通过对接收机接收到的数据进行后处理以进行定位。根据定位时接收机的运动状态

动态定位：在进行GPS定位时，接收机的天线在整个观测过程中的位置变化。在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个随时间的改变而改变的量。GPS定位方式及其分类静态定位：在进行GPS定位时，接收机的天线在整个观测过程中的位置保持不变。在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。GPS定位共有四种基本的观测方式：动态绝对定位、静态绝对定位、动态相对定位和静态相对定位。除此之外，还有准动态相对定位、快速静态相对定位等新观测方法。需解决两个关键问题如何确定卫星的位置如何测量出站星距离GPS定位的基本原理卫星作为“动态”已知控制点，测量出测站点至三颗以上GPS卫星的距离，利用空间距离后方交会法解算出测站P的位置。测距方法双程测距

用于电磁波测距仪

GPS伪距测量测距码C/A码（测距时有模糊度）P码5.1GPS定位方式、观测量和观测方程载波相位测量（CarrierBeatPhaseMeasurements）：比较接收机产生的参考载波信号与接收到的来自卫星的载波信号之间的相位差GPS定位的常用观测量

调制在L1上的C/A码伪距调制在L1上的P码伪距调制在L2上的P码伪距L1载波相位观测值L2载波相位观测值L1上的多普勒频移L2上的多普勒频移

5.1GPS定位方式、观测量和观测方程

卫星信号的发射瞬间（历元）与接收瞬间（历元）分别由卫星时钟和接收机时钟给出。当这两个时钟与GPS时间保持严格同步，所获得的距离延迟接近于真实的站星之间几何距离。

但实际上伪距测量（载波相位测量），所获得的距离都不可避免地包含接收机钟和卫星钟不同步的误差，伪距：含有钟差影响的距离值测码伪距：伪距测量所获得的伪距观测量测相伪距：载波相位测量所获得的伪距观测量

5.2GPS观测方程的列立

5.2.1伪距测量观测方程

伪距测量观测方程（伪距观测方程）（pseudorangeobservationequation)：把测距码信号（C/A码和P码）距离延迟作为观测量的观测方程。

假设卫星j发射信号时的卫星钟时刻和接收机i收到信号时的接收机钟时刻分别为

则信号传播时间为

考虑到大气折射影响卫星钟的改正数接收机钟的改正数电离层折射延迟改正对流层折射延迟改正伪距几何距离5.2.2载波相位观测方程一、信号传播时间卫星发射的载波信号相位理想的GPS时间为接收机接收的信号相位为相位差为如果用f0、fj和

fi分别表示载波标准频率、卫星信号频率和接收机振荡器频率，理想状况下则有5.2.2载波相位观测方程根据电磁波的有关理论，任意时刻卫星发射信号相位与接收机接收信号相位可以写成可得

其中是理想的卫星信号传播时间，如果设为站星间几何距离，不考虑到大气折射的影响，则有5.2.2载波相位观测方程忽略二阶及以上微分项，结合考虑加入接收机钟差影响，在ti时刻继续进行泰勒级数展开，并取至一阶项采用迭代算法，由于

所以上式收敛很快，取一次迭代并略去高阶项

5.2.2载波相位观测方程则有由此，可以进一步得出观测得到的载波信号相位差展开并考虑大气折射影响因为5.2.2载波相位观测方程

载波相位观测量与整周未知数

上式所给出的不是载波相位的“观测量”。因为GPS载波信号相位差的整周部分不能直接测定假设t0为起始观测历元，载波信号相位差分为小数部分和整数部分，则相对于起始历元t0有

当卫星在t0历元被跟踪（信号锁定）以后，在任意观测历元t，载波信号相位差可以分为三个部分。

5.2.2载波相位观测方程

载波相位观测方程的构成结合以上推导，载波相位观测方程可以表示为

将一阶导数项忽略，则载波相位观测方程进一步简化为

或者可以表达为5.3GPS观测方程的解算

观测方程的解算与一般平差计算类似。也是从观测方程到误差方程，再到法方程。GPS测量的主要目的之一就是确定测站点的三维坐标。伪距观测方程和载波相位观测方程都含有测站点三维坐标（Xi、Yi、Zi），即站星之间几何距离

下面以伪距观测方程的解算为例。将上式带入伪距观测方程可得为了构成误差方程。需要将观测值与观测值改正数、未知参数近似值与未知参数改正数相分离，并对将未知参数系数项线性化。5.3