GS测量原理与数据处理2

第五章GPS定位基本原理概述伪距测量载波相位测量整周跳变的修复GPS绝对定位与相对定位美国的GPS政策差分GPS定位原理(一)GPS定位方法分类1、定位方法分类按参考点的不同位置划分为：（1）绝对定位（单点定位）：在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置。（2）相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。2、按用户接收机作业时所处的状态划分：（1）静态定位：在定位过程中，接收机位置静止不动，是固定的。静止状态只是相对的，在卫星大地测量中的静止状态通常是指待定点的位置相对其周围点位没有发生变化，或变化极其缓慢，以致在观测期内可以忽略。（2）动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。GPS定位方法分类GPS定位方法分类绝对定位静态定位动态定位相对定位静态定位动态定位定位方式基本频率10.23MHzL1载波1575.42MHzL2载波1227.60MHzC/A码1.023MHzP码10.23MHzP码10.23MHz数据码50BPS数据码50BPS15412010204600GPS卫星信号包含三种信号分量：载波、测距码和数据码。信号分量的产生都是在同一个基本频率f0=10.23MHz的控制下产生，GPS卫星信号示意图如下GPS基本观测量（回忆）（二）GPS观测量的基本概念伪距观测值载波相位观测值C/A码，码元宽293M，精度2.9MP码，码元宽29.3M，精度0.29ML1载波，波长19cm，精度0.19cmL2载波，波长24cm，精度0.24cm原始观测量载波相位观测值优点：观测值精度高，用精密定位存在问题整周不确定（模糊度解算）整周跳变现象1、GPS观测量的基本概念码相位观测伪距载波相位观测伪距卫星r

是已知值P是测量值R是未知值对于某颗卫星：什么叫伪距？所测伪距就是由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出的量测距离。用C/A码进行测量的伪距为C/A码伪距，用P码测量的伪距为P码伪距。伪距概念（二）GPS观测量的基本概念（续）

目前广泛应用的基本观测量主要有码相位观测量和载波相位观测量。

码相位观测是测量GPS卫星发射的测距码信号（C/A码或P码）到达用户接收机天线（观测站）的传播时间。也称时间延迟测量。载波相位观测是测量接收机接收到的具有多普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。

通过码相位观测或载波相位观测所确定的站星距离都不可避免地含有卫星钟与接收机钟非同步误差的影响，含钟差影响的距离通常称为伪距。由码相位观测所确定的伪距简称测码伪距

由载波相位观测所确定的伪距简称为测相伪距。2、伪距定位观测方程假设卫星至观测站的几何距离为ij，在忽略大气影响的情况下可得相应的伪距：当卫星钟与接收机钟严格同步时，上式所确定的伪距即为站星几何距离。为伪距，为真正几何距离，为接收机和卫星之间钟差。通常GPS卫星的钟差可从卫星发播的导航电文中获得，经钟差改正后，各卫星之间的时间同步差可保持在20ns以内。如果忽略卫星之间钟差影响，并考虑电离层、对流层折射等影响，可得：伪距定位观测方程伪距定位观测方程几何距离与卫星坐标（Xs,Ys,Zs）和接收机坐标（X,Y,Z）之间有如下关系：测码伪距观测方程的常用形式如下：伪距定位观测方程式中j为卫星数，j＝1，2，3…。3、GP金S载波屿相位撕测量载波咐相位向测量汽是测停量接窗收机救接收日到的采具有拉多普嗽勒频赶移的精载波申信号介，与鸦接收夜机产叹生的流参考邪载波技信号献之间铺的相骗位差冶，通盼过相妨位差自来求场解接鼻收机征位置子。载波芹相位猫观测壁是目年前最容精确激的观就测方伴法。（1）载罚波相粒位测摘量原伍理载波罗相位下测量暮观测它方程载波诞相位卵观测检的的杠观测婆量是GP崇S接收休机所讲接收写的卫猪星载洲波信好号与颂接收棍机本析振参扇考信稻号的恨相位管差。禾以酸表召示k接收诞机在晴接收配机钟待面时度刻tk时所忘接受劈燕到的j卫星芽载波鞭信号网的相肠位值放，土表示k接收欣机在长钟面私时刻tk时所湿产生临的本远地参跌考信博号的翠相位缘瑞值，麦则k接收参机在合接收身机钟正面时灰刻tk时观稻测j卫星剧所取定得的挡相位班观测通量可厉写为窃：载波削相位掌观测斧的主善要问僚题：导无法挺直接胜测定驶卫星示载波绿信号氏在传悉播路线径上匙相位跳变化会的整喊周数篇，存镰在整宰周不猫确定逃性问页题。纹此外题，在委接收哨机跟雀踪GP让S卫星框进行赚观测关过程讽中，摸常常睡由于部接收雨机天象线被踩遮挡蹲、外拢界噪窗声信艇号干改扰等阔原因否，还堆可能象产生村整周哈跳变公现象假。有凉关整撒周不尾确定鞠性问燃题，嘱通常吹可通钞过适贵当数毙据处然理而灵解决鸟，但谢将使次数据畜处理疼复杂册化。载波陆相位豪测量白的主惕要问奏题载波山相位币测量嗓值通常掩的相耳位测撞量或丧相位盛差测额量只卸是测左出一羽周以递内的者相位窃值，捐实际访测量削中，优如果计对整疗周进栏行计谜数，搏则自刷某一耳初始愧取样酬时刻撤（t0）以况后就炭可以廊取得箱连续脱的相催位观怨测值否。Sj(t0)Sj(ti)N0kN0Int(φ)载波搏相位病测量清观测弊方程t0时刻编和tk时刻次的相适位观算测值卵可以瘦写成堂：接收遮机在煌跟踪茶卫星胜信号墙时，乞不断呆测定颗小于现一周上的相边位差迫，并悬利用剧整周拨计数块器记价录从t0到tk时间姐内的廊整周淡数变夜化量In狠t()，这丙一时迫间段拳内，境要求公卫星窜信号关没有愁中断故。如拍果过惨程中恐卫星艳失锁炒了，探那要踢采取印其他永方法米进行板处理厦。（三炼）整杯周未垦知数纪和整饥周跳终变确定虾整周闻未知遭数N0是载素波相滴位测咽量的册一项殊重要遣工作翼，常泻用的亿方法知有下冠列几白种：1、伪甘距法2、经役典方姓法－亮将整族周未夺知数术作为厚待定衫参数屯求解3、多擦普勒做法（绳三差罚法）4、快骄速确佩定整进周未太知数料法整周侄未知余数和命整周尺跳变1、伪旗距法伪距钟法是扇在进扬行载次波相坦位测胸量的患同时弦又进骗行了羞伪距塞测量碰，将冤伪距广观测刻值减纤去载评波相担位测迫量的芝实际玻观测育值（倾化为若以距捐离为左单位躬）后辆即可朱得到λ×N0。但灵由于皱伪距密测量堵的精骨度较沙低，私所以雾要有德较多灿的观桃测值立取平某均值通后才侄能获番得正凉确的拐整波呼段数岔。整周陕未知禾数和虽整周拼跳变2、经表典方喷法把整丢周未锐知数装当作碧平差振计算但中的植待定氏参数绵来加非以估湿计和越确定惠。分间两种赤方法尼：（1）整驳数解由于复误差柴影响比，解婚得得责整周沾未知崭数往友往不航是一价个整麦数，踪蝶然后蜘将其稀固定抗为整豆数，洞并重钢新进北行平怕差计赛算。搅也称何为固乞定解跨（fi偷xe枕d云so锦lu惜ti砌on）（2）实饲数解当误鸭差消数除得布不够省完全夺时，旗整周鸡未知僚数无包法估就计很寺准确困，此帆时直曲接将重实数践解作备为最添后解搜。也算称为却浮点踏解（fl抗oa榆ti致ng五s妈ol贼ut竞io呜n）整周形未知炮数和弄整周搂跳变3、多但普勒敌法（捧三差亮法）由于更连续兄跟踪貌的所织有载抄波相肾位测响量观告测值豪中均酒含有谷相同宾的整兵周未祸知数彩，所腰以将识相邻免两个轿观测令历元妇的载鞭波相许位相杜减，乒就将喉该未居知数缸消去霉，从己而直执接接肃触坐剧标参崇数，露这就仓是多范普勒蚂法。由于飘三差炮法可匀以消高除许屠多误乔差，逢所以纤使用饿较广若泛。整周圈未知河数和创整周撑跳变4、快采速确滑定整纯周位氧置数凡法19给90年E.虫Fr拴ei和G.习Be展ut号le浩r提出管了快家速模肃糊度沙（即拨整周楚未知误数）春解算网法进轮行快源速定辆位的迫方法坚。采尺用这业种方骡法进辰行短北基线宵定位提时，容利用绣双频削接收贫机只批需观醉测一觉分钟悟便能溉成功另的确棵定整稿周未甚知数胃。整周驼未知饿数和叶整周箭跳变周跳达的出娃现和劝处理正是载扰波相涛位测民量中姓的重估要问今题，半整周灾跳变劲的探班测与竖修复翁常用宵的方战法有哗下列善几种爪方法炸：1、屏捎幕扫售描法梁（也柔就是戏手工且编辑蓬）2、多掠项式辽拟合鞋法3、卫犁星间翻求差唤法4、根棉据平渔差后佛的残带差发多现和途修复麻整周腥跳变绝对打定位盛也称恋单点盏定位川，是破指在签协议出地球汽坐标仙系中潜，直够接确舌定观阁测站挡相对验于坐币标原搏点（询地球咱质心甚）绝灵对坐坟标的机一种误方法犯。（一红）绝托对定或位的昼基本屋原理以GP吸S卫星阻和用留户接疯收机盗天线扑之间顷的距尚离（燥或距盐离差霜）观抹测量付为基迁础，糊根据田已知涉的卫慎星瞬瞒时坐舌标，后来确榨定接挂收机企天线降所对扬应的赖点位归，即炊观测升站的侵位置践。GP企S绝对戏定位顶方法孤的实泽质是养测量匠学中绿的空椒间距构离后产方交将会。五、鼠绝对鼓定位际方法归概述绝对搞定位川可根讽据天删线所塞处的绿状态愈分为兴动态通绝对哗定位窜和静碰态绝任对定尊位。所依谊据的懒观测白量都治是所微测的绣站星稿伪距扰。根辆据观坦测量唉的性项质，精伪距洋有测锻码伪剧距和惠测相胆伪距煌，绝慎对定切位相如应分讲为测驰码伪征距绝惑对定喉位和仪测相迎伪距壶绝对注定位。静态抱绝对殃定位航时观往测站平是固向定的恭，可牲以于揭不同甩历元魂同步具观测百不同假卫星浅，取犹得充丸分多困的伪钥距观写测量槽，通麻过最牧小二关乘平砍差，键提高绞定位怠精度未。1.测码孙伪距剪静态湾绝对拖定位若nt为观砌测历倒元数肤，在耕忽略纳接收瓦机钟答差随钳时间据变化剃的情晴况下嚷，可继得相肆应的灰误差股方程伍：(一)静态艘绝对停定位榴原理其中按最脾小二车乘法敢求解腿：在不瘦同历苦元观京测的叫卫星采数一辞般不陡同，西在组圣成上葱列系怨数阵常时应迁注意隐。如果年观测微的时盛间较凯长，锈接收赖机钟项差的仁变化粗往往旋不能絮忽略海。根敢据不岛同情牙况，涉或者嫂将钟爆差表码示为兼多项欠式形粘式，抹把多吹项式洗系数促作为厌未知识数在猫平差舰计算尤中求仔解（掌待求聋未知土参数零总量短为3+披nc，nc为钟漠差模的型系左数个羡数）遗；或划简单织地对待不同凉观测荷历元泄引入渠相异吸的独援立钟亡差参夸数（纺待求堵未知概参数峡总量塑为3+净nt，nt为观勇测的寒历元裕数）(2温)测相测伪距讯静态锻绝对内定位假设职在测战站Ti于历软元t同步畏观测架的卫催星数滨为nj，根据假动态熔绝对居定位系可写辫出误新差方孤程组绵：其中其中如果固在观浪测站Ti于不翁同历要元t=帅t1,t2,…tnt，对相凯同的辈卫星敞进行泼观测葵，则浩相应具的误寨差方险程组桂为或其中互：取符体号按最者小二胞乘法旦求得(2默)测相例伪距常静态数绝对馋定位假设坦在测椅站Ti于历篇元t同步哗观测雾的卫畜星数钞为nj，根据将动态沸绝对切定位洽可写槐出误白差方河程组顽：其中其中如果搜在观秩测站Ti于不表同历斥元t=培t1,t2,…tnt，对相蜂同的刊卫星郊进行穴观测絮，则险相应霸的误度差方为程组香为其中杆：取符热号按最彼小二杜乘法瓦求得1.测码竿伪距迫动态其绝对吴定位卵法如果数于历灵元t观测亦站至喷所测土卫星滚之间裂的伪饱距已果经经按过卫纯星钟森差改姥正：取则测脂码伪草距观糠测方辽程可弃写为或(二)动态增绝对爹定位雁原理j(t)=外[Xj(t)Yj(t)Zj(t鹊)]T为卫赤星Sj在协察议地请球坐察标系治中的介瞬时确空间店直角肿坐标佩向量i=[可XiYiZi]T为观引测站Ti在协傲议地疾球坐商标系缘瑞中的蚂空间牧直角荒坐标攀向量四。为了欺确定光观测尝站坐叨标和著接收止机钟语差，公至少筑需要4个伪宿距观谷测量桥。假僚设任漏一历秤元t由观剪测站Ti同步痕观测4颗卫庙星分掘别为j=箩1,勾2,白3,子4，则次有4个伪炸距观闸测方较程若取甲观测班站坐拘标的武初始籍（近拍似）谷向量勉为Xi0=(政X0Y0Z0)T，改季正数叛向量手为Xi=(XYZ)iT，则宇线性毕化取稍至一婆次微朵小项低后得或写逼为式中其中由此搏可得上式靠的求饼解一选般采套用迭胳代法所，根止据所膜取观帐测站楚坐标哄的初描始值哗，在速一次铁求解搭后，恨利用症所求幸坐标喉的改准正数掠，更膜新观串测站殿坐标恭初始答值，堡重新猫迭代薯，通孩常迭昨代2-纺3次即赞可获绿得满酬意结班果。当仅称观测4颗卫魄星时邻，无狗多余脱观测届量，君解算街是唯欣一的扣。如品果同飞步观口测的闪卫星牵数nj大于4颗时救，则按需利英用最静小二亩乘法帝平差震求解惜。误差锈方程阀组的桃形式桥为根据辩最小之二乘陡法平没差求其解解的和精度行为：mz为解刷的中却误差粥，0为伪酬距测伯量中舍误差辆，Qii为权柿系数忠阵Qz主对委角线驾的相脊应元估素。在GP氧S中，句同时域出现乎在地誉平线熔以上密的可冲见卫惩星数闪不会蹦多于12个。胁测码勿伪距畅绝对约定位结模型丸广泛训用于瞎船只析、飞霞机、品车辆立等运吴动目钞标的首导航家、监揪督和鞋管理赤。2.测相恩伪距掠动态宅绝对得定位笋法在协男议地其球坐湖标系抬中，箱测相欺伪距唤的观姥测方裕程为景为：如果窑设并考亡虑卫诞星钟龙差可腐利用筝导航芒电文凭中给隐出的吨参数刮加以德修正流，则亏观测占方程糠可改疾写成其中于历帝元t，由汇观测燃站Ti至卫匆星sj的距暴离误论差方渴程可植写为尖：其中与测刺码伪漠距的爸误