gs测量原理与数据处理

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）目前拨广泛诊应用悔的基羡本观兰测量状主要条有码箱相位乓观测拉量和敬载波各相位狂观测将量。码相签位观题测是测罗量GP塞S卫星超发射橡的测卷距码飞信号汁（C/隐A码或P码）投到达穿用户情接收磨机天愁线（吃观测枣站）职的传楚播时谱间。凭也称机时间粒延迟惕测量孝。载波斧相位抵观测是测卷量接险收机同接收众到的碍具有赛多普纠勒频纱移的狱载波炕信号屠，与栏接收伟机产塘生的焦参考衫载波第信号败之间铃的相滚位差科。通过抛码相街位观辟测或刃载波钓相位敢观测源所确穷定的榨站星它距离迈都不返可避挎免地握含有追卫星母钟与害接收抖机钟比非同决步误语差的害影响樱，含朱钟差康影响言的距您离通则常称恨为伪距。由码亩相位约观测校所确卸定的牙伪距根简称测码棵伪距由载虎波相须位观原测所眉确定桶的伪蚊距简巾称为测相降伪距。2、伪葛距定缠位观苗测方拘程假设俗卫星葱至观墓测站底的几祸何距灰离为ij，在邀忽略悲大气浓影响驱的情妈况下萌可得云相应搅的伪君距：当卫球星钟沉与接今收机旧钟严昌格同侄步时呢，上骨式所广确定赔的伪著距即恩为站篮星几徐何距晕离。味为伪敏距，航为耗真正重几何售距离啦，千为织接收已机和伶卫星廉之间疗钟差低。通常GP国S卫星遍的钟脊差可游从卫淡星发慈播的愉导航被电文梅中获济得，叼经钟使差改驰正后疲，各坦卫星冲之间葬的时裙间同局步差陈可保姿持在20碧ns以内今。如茫果忽课略卫先星之德间钟办差影范响，脊并考劝虑电闹离层凝、对度流层杰折射深等影韵响，唇可得主：伪距甚定位社观测练方程伪距泻定位伐观测讲方程几何娇距离食与灿卫星膏坐标声（Xs膀,Ys,远Zs）和溉接收晚机坐症标（X,殃Y,掘Z）之催间有伙如下取关系驼：测码紧伪距疤观测倚方程骆的常药用形静式如遍下：伪距腾定位辫观测烤方程式中j为卫俭星数趴，j＝1，2，3…。3、GP扭S载波晴相位照测量载波建相位范测量圈是测抚量接忽收机脚接收剂到的克具有若多普回勒频滨移的课载波量信号锣，与爷接收征机产倒生的鸽参考皆载波绵信号另之间比的相倍位差优，通坛过相柿位差栽来求添解接谱收机初位置阔。载波级相位走观测陡是目要前最孙精确素的观解测方鸣法。（1）载傲波相导位测涝量原毫理载波辉相位锋测量套观测达方程载波贩相位菊观测绸的的强观测谦量是GP富S接收饮机所肌接收感的卫句星载鼻波信茄号与剪接收师机本体振参汤考信余号的狠相位毫差。易以木表惑示k接收阀机在菠接收桥机钟翁面时塞刻tk时所爽接受漆到的j卫星犁载波各信号希的相欧位值生，满表示k接收朋机在地钟面典时刻tk时所河产生能的本赖地参户考信捧号的喘相位流值，故则k接收棋机在辱接收朱机钟抄面时发刻tk时观遭测j卫星植所取详得的侧相位溪观测掠量可铸写为梢：载波全相位欠观测喊的主漂要问骨题：配无法牙直接王测定居卫星除载波绳信号罩在传砍播路传径上醒相位统变化螺的整慨周数洪，存捉在整沫周不忍确定斩性问池题。矿此外压，在省接收做机跟求踪GP狗S卫星通进行托观测脑过程般中，剃常常缠由于馅接收蔬机天足线被差遮挡维、外农界噪咸声信桶号干友扰等喷原因莲，还孝可能贯产生转整周年跳变言现象肠。有搏关整棚周不猎确定距性问米题，携通常旺可通年过适臣当数苹据处邪理而蓬解决错，但株将使慰数据皆处理错复杂臣化。载波销相位在测量祥的主理要问获题载波牲相位润测量奖值通常沾的相蚁位测央量或睡相位症差测液量只珍是测科出一阿周以雅内的非相位制值，罢实际荷测量缩慧中，下如果右对整妻周进哭行计额数，佩则自究某一刚初始淘取样外时刻摄（t0）以叙后就枯可以木取得肥连续萄的相晌位观棒测值聚。Sj(t0)Sj(ti)N0kN0Int(φ)载波啊相位靠测量渐观测神方程t0时刻崖和tk时刻稻的相丑位观糖测值蛮可以嘴写成劫：接收神机在猛跟踪巩卫星马信号奖时，盖不断翅测定渔小于嫩一周钥的相挡位差与，并往利用惧整周仙计数午器记拍录从t0到tk时间松内的维整周刘数变狱化量In成t()，这晕一时俭间段效内，开要求坟卫星崇信号润没有午中断壁。如夫果过循程中爪卫星柴失锁铲了，袄那要剩采取舅其他江方法顷进行症处理猛。（三傻）整负周未苹知数幅和整洗周跳去变确定淡整周抽未知靠数N0是载安波相鸽位测逼量的益一项监重要售工作腔，常帖用的份方法棉有下蛮列几傻种：1、伪隐距法2、经拒典方密法－钩将整姻周未翼知数厘作为谦待定肢参数栗求解3、多呜普勒款法（劲三差幅法）4、快视速确走定整醒周未洒知数刚法整周寺未知医数和上整周宇跳变1、伪灯距法伪距织法是碧在进把行载怖波相不位测罩量的上同时粪又进肆行了捐伪距竖测量促，将粉伪距愿观测慈值减雀去载属波相编位测蔬量的恭实际尼观测殖值（咐化为六以距稼离为辉单位苹）后胡即可领得到λ×N0。但杰由于房诚伪距今测量缸的精冷度较游低，伴所以葛要有迅较多汇的观劳测值裹取平魔均值府后才骨能获渣得正净确的习整波测段数渐。整周鞋未知唉数和臂整周滴跳变2、经析典方渔法把整正周未蛋知数陈当作盘平差提计算铁中的前待定宅参数古来加奥以估汗计和传确定胡。分筹两种妄方法卸：（1）整淘数解由于绪误差伟影响谣，解矛得得炕整周香未知妹数往校往不铸是一腾个整锦数，芽然后仓将其属固定寸为整拐数，较并重海新进竞行平圈差计滴算。奔也称共为固劳定解束（fi话xe巨d债so锡lu偏ti家on）（2）实耐数解当误夺差消滚除得暴不够炉完全呢时，叔整周介未知执数无具法估蛙计很岗准确体，此巧时直皮接将腹实数笑解作猪为最廊后解刚。也嫂称为玻浮点输解（fl矩oa遇ti励ng智s泡ol龙ut近io甩n）整周售未知南数和葱整周膝跳变3、多洗普勒穷法（智三差销法）由于帅连续施跟踪别的所鲜有载富波相孩位测匀量观疑测值贤中均浊含有磁相同迎的整衬周未渡知数逼，所异以将棉相邻愿两个卸观测乒历元貌的载斗波相基位相浊减，滴就将骂该未羡知数鸡消去有，从徐而直委接接友触坐康标参滨数，止这就孝是多矛普勒与法。由于沈三差偿法可狠以消陵除许勺多误肺差，废所以门使用苗较广马泛。整周孔未知侄数和抓整周丛跳变4、快谊速确坦定整岩周位睁置数帮法19产90年E.农Fr锈ei和G.险Be拿ut只le恭r提出滩了快咱速模坡糊度束（即陆整周疯未知情数）照解算泡法进摄行快翠速定溜位的吧方法炒。采拌用这未种方渴法进响行短晴基线冶定位丹时，听利用择双频惜接收雾机只防需观却测一弄分钟在便能霸成功罢的确蔽定整圆周未贝知数谦。整周寻未知草数和案整周反跳变周跳警的出康现和送处理尼是载舍波相洞位测与量中晴的重健要问员题，腹整周越跳变悉的探杰测与陡修复晃常用艘的方危法有浴下列脑几种皇方法牺：1、屏大幕扫能描法匙（也症就是材手工鸣编辑岔）2、多芹项式忍拟合稠法3、卫折星间扁求差展法4、根膛据平护差后闻的残横差发更现和熊修复册整周啊跳变绝对吸定位叠也称益单点温定位猴，是醒指在凳协议评地球恨坐标做系中颤，直专接确偷定观残测站矿相对浙于坐顷标原城点（糕地球冰质心站）绝尖对坐等标的屑一种蚁方法跪。（一胆）绝刻对定赞位的阴基本厉原理以GP弯S卫星性和用溉户接猫收机译天线热之间抄的距哀离（扬或距碰离差内）观厕测量干为基房诚础，贿根据旺已知壳的卫断星瞬喂时坐计标，颤来确保定接津收机霜天线丑所对依应的圾点位监，即排观测牵站的屑位置盆。GP掘S绝对泼定位虫方法核的实丑质是陆测量园学中伴的空脾间距亲离后申方交诉会。五、蛇绝对鹊定位略方法染概述绝对歉定位先可根逝据天行线所弯处的北状态阳分为家动态茧绝对羡定位烫和静烈态绝液对定白位。所依凯据的导观测椅量都急是所暖测的爸站星树伪距轨。根惹据观疑测量闪的性层质，衬伪距友有测武码伪弯距和拒测相若伪距马，绝先对定泪位相裙应分仆为测脏码伪碍距绝块对定枪位和器测相登伪距烫绝对耐定位。静态买绝对吧定位驼时观贺测站敲是固狡定的唐，可沈以于纪不同谅历元还同步贞观测沫不同鸣卫星适，取尺得充清分多刷的伪占距观务测量分，通茧过最邮小二倍乘平石差，绞提高衰定位毫精度学。1.测码两伪距寺静态重绝对非定位若nt为观昼测历臭元数畜，在陆忽略械接收赵机钟被差随鼻时间愚变化香的情班况下好，可后得相尸应的陈误差边方程奋：(一)静态彻绝对煎定位暮原理其中按最洒小二惧乘法东求解醒：在不湖同历兴元观肯测的晌卫星唇数一浴般不到同，乳在组魂成上双列系讯数阵皱时应妈注意品。如果敌观测桶的时耗间较鸽长，侄接收耍机钟成差的累变化当往往改不能泊忽略络。根南据不砖同情宣况，竖或者鸣将钟圣差表歪示为逆多项伍式形赚式，梦把多否项式缺系数帅作为利未知香数在监平差驱计算评中求却解（低待求汗未知配参数棒总量何为3+线nc，nc为钟宏差模押型系持数个叼数）喊；或同简单留地对接不同怀观测童历元搂引入量相异呀的独伍立钟枝差参呢数（的待求额未知膨参数弃总量攀为3+陷nt，nt为观激测的贺历元尼数）(2谜)测相阿伪距识静态蔽绝对要定位假设贫在测命站Ti于历桐元t同步刊观测动的卫仅星数崭为nj，根据猫动态爬绝对酷定位节可写括出误度差方葡程组特：其中其中如果拿在观切测站Ti于不酬同历浓元t=疼t1,t2,…tnt，对相额同的站卫星件进行畏观测彩，则炸相应派的误赚差方历程组禾为或其中握：取符户号按最榜小二抛乘法哥求得(2游)测相方伪距棕静态果绝对比定位假设车在测恨站Ti于历篇元t同步壤观测灾的卫桑星数遮为nj，根据图动态辆绝对等定位谨可写房诚出误葱差方欣程组茂：其中其中如果卡在观馋测站Ti于不趴同历预元t=写t1,t2,…tnt，对相紫同的丙卫星增进行剩观测愧，则琴相应矿的误杜差方焦程组静为其中毯：取符湾号按最艳小二议乘法需求得1.测码弹伪距搭动态邀绝对秧定位菠法如果薄于历画元t观测文站至眠所测遇卫星压之间纱的伪塌距已垂经经搏过卫做星钟嫁差改宏正：取则测明码伪刑距观倦测方女程可快写为或(二)动态史绝对合定位侧原理j(t)=蔽[Xj(t)Yj(t)Zj(t另)]T为卫残星Sj在协闲议地签球坐偏标系外中的闹瞬时尖空间茄直角响坐标缸向量i=[苹XiYiZi]T为观浑测站Ti在协酬议地杯球坐负标系差中的畜空间窝直角福坐标切向量芽。为了压确定额观测寸站坐观标和竿接收倡机钟益差，扁至少钢需要4个伪壁距观委测量医。假缴设任潮一历块元t由观川测站Ti同步姥观测4颗卫略星分扛别为j=钻1,撕2,提3,颂4，则嫂有4个伪第距观塌测方哭程若取煎观测县站坐率标的收初始叛（近示似）泰向量肠为Xi0=(揭X0Y0Z0)T，改锋正数便向量贼为Xi=(XYZ)iT，则吉线性凯化取积至一洁次微疑小项也后得或写丸为式中其中由此妈可得上式拾的求手解一巩般采偶用迭绢代法御，根准据所搜取观潜测站学坐标长的初哲始值觉，在臂一次晌求解抄后，抓利用怨所求座坐标路的改真正数绢，更青新观铸测站衫坐标傻初始强值，层重新衣迭代据，通日常迭尤代2-唐3次即框可获据得满旅意结粮果。当仅烤观测4颗卫蹲星时刻，无践多余宾观测俗量，米解算见是唯弱一的河。如讨果同站步观渠测的纳卫星尾数nj大于4颗时宾，则庆需利峡用最薪小二著乘法短平差才求解房诚。误差昨方程针组的结形式财为根据铃最小食二乘踢法平乖差求胆解解的拴精度似为：mz为解王的中油误差世，0为伪橡距测感量中梯误差亡，Qii为权丢系数率阵Qz主对涉角线笛的相锋应元台素。在GP尚S中，咐同时慌出现廊在地挂平线退以上战的可窗见卫态星数徒不会左多于12个。跪测码销伪距勒绝对闯定位醉模型只广泛凑用于毒船只居、飞购机、耍车辆好等运烛动目踩标的揉导航记、监课督和讯管理纳。2.测相计伪距撞动态妄绝对把定位墓法在协帆议地犁球坐斩标系中中，枣测相死伪距业的观放测方痒程为圣为：如果型设并考椅虑卫扬星钟生差可稳利用影导航笑电文其中给膊出的摧参数络加以压修正渡，则赏观测琴方程阀可改荐写成其中于历丸元t，由旬观测