《GNSS测量技术与应用》 课件全套 张福荣 项目1-6 GNSS全球导航卫星系统的认知- GNSS技术在工程测量中的应用

第一章

GNSS全球导航卫星系统的认知1.1卫星导航系统的产生与发展子午仪卫星定位系统（NNSS）01全球定位系统（GPS）02全球导航卫星系统（GNSS）03目录CONTENTE1.1卫星导航系统的产生与发展人类最初的导航，只能通过石头，树，山脉等作为参照物，渐渐发展到天文观测法，即通过天上的太阳，月亮和星星来判断位置。我国四大发明之一的指南针是人类导航领域的一个里程碑。无线电导航的发明，使导航系统成为航行中真正可以依赖的工具，因此具有划时代的意义。无线电导航是利用无线电技术对飞机、船舶或其他运动载体进行导航和定位的系统。它具有独立、封闭、全天候等特点，对外界环境依赖性很小。现在，无线电导航仍然在飞机进场着陆、区域性定位中发挥着重要作用。无线电导航是通过测量到两个已知点的精确距离，就可以精密地确定出载体所在的平面位置。..PQ我的位置应该在P点或Q点卫星导航定位系统是以卫星为空间基准点，用户利用接收设备测定至卫星的距离来确定其三维位置、三维速度和时间的系统。01子午仪卫星定位系统（NNSS）01子午仪卫星定位系统（NNSS）卫星大地测量——利用人造地球卫星为大地测量服务的一门技术，它的主要内容是在地面上观测人造地球卫星，通过测定卫星位置的方法，来解决大地测量任务。1957年10月4日，原苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星，开创了空间技术造福人类的新时代。01子午仪卫星定位系统（NNSS）1958年，美国海军研制了子午仪卫星定位系统，又称为“海军卫星导航系统”（NNSS），是全球首个卫星导航系统，通过播发无线电导航信号，为美国各类潜艇和海面舰船等提供非连续的二维导航定位服务。01子午仪卫星定位系统（NNSS）优点：具有精度均匀、不受时间和天气限制等优点，只要系统的卫星在视界内，就可在地球表面任何地方进行单点定位或联测定位，从而获得观测点的三维地心坐标。不足：卫星数目较少（5～6颗），运行高度较低（平均约为1000Km），从地面观测到卫星的时间间隔较长（平均1.5小时），因而无法连续地提供实时三维定位信息，难以充分满足军事用户和某些民事用户的定位要求。02全球定位系统（GPS）研制与试验阶段论证与设计阶段实用组网阶段GPS实施计划03全球导航卫星系统（GNSS）GNSS——GlobalNavigationSatelliteSystem的缩写。GNSS泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统，以及相关的增强系统，如美国的WAAS（广域增强系统）、欧洲的EGNOS（欧洲静地导航重叠系统）和日本的MSAS（多功能运输卫星增强系统）等，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。国际GNSS系统是个多系统、多层面、多模式的复杂组合系统。03全球导航卫星系统（GNSS）GNSS——GlobalNavigationSatelliteSystem的缩写。北斗BDSGPSGalileoGLONASS全球卫星导航系统全球导航卫星系统GNSS测量技术与应用学而时习之，不亦说乎第一章

GNSS全球导航卫星系统的认知1.2全球导航卫星系统GNSS的组成田倩GNSS是GlobalNavigationSatelliteSystem的缩写，称为全球导航卫星系统。美国GPS欧盟伽利略俄罗斯GLONASS中国北斗空间卫星部分用户接收部分

地面监控部分全球定位系统（GPS）01全球定位系统（GPS）GPS卫星工作星座卫星：24颗轨道：面6个长半轴：26609km偏心率：0.01轨道面相对赤道面的倾角：55°卫星高度：20200km02格洛纳斯系统（GLONASS）

苏联1976年启动建设，使用24颗卫星实现全球定位服务，可提供高精度的三维空间和速度信息，也提供授时服务。

02格洛纳斯系统（GLONASS）系统组成卫星星座地面监测控制站用户设备卫星参数卫星：24颗轨道面：3个高度：19100km倾角：64.8°GLONASS1982-2007GLONASS-M2003-2013GLONASS-K2007-2022GLONASS-KM2015-…02格洛纳斯系统（GLONASS）向中国提供服务向亚太地区提供服务向全球提供服务2000年2020年2012年北斗一代北斗三代北斗二代02北斗卫星导航系统（BDS）02北斗卫星导航系统（BDS）24颗中圆地球轨道卫星（MEO）3颗地球静止轨道卫星（GEO）3颗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）北斗三号系统星座02伽利略系统（Galileo）伽利略卫星导航系统（Galileo），是由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统，该计划于1999年2月由欧洲委员会公布，欧洲委员会和欧空局共同负责。卫星数量：30颗（27+3颗）轨道面：3个轨道高度：23616公里轨道倾角：56°卫星寿命：12年以上02伽利略系统（Galileo）GNSS测量技术与应用学而时习之，不亦说乎第一章

GNSS全球导航卫星系统的认知1.3全球定位系统GPS田倩全球定位系统GPS的组成01GPS的现代化02目录CONTENTE1.3全球定位系统全球定位系统是美国国防部于1994年建成的新一代卫星导航定位系统，简称为GPS。可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。01全球定位系统GPS的组成空间卫星部分地面监控部分用户接收部分空间卫星部分用户接收部分地面控制部分这三个部分既相互独立又相互协调，它们主要通过无线电波联系的。01GPS的组成——空中卫星部分卫星：24颗（21+3颗）轨道：面6个长半轴：26609km偏心率：0.01轨道面相对赤道面的倾角：55°各轨道面升交点赤经相差：60°相邻轨道卫星升交距角相差：30°卫星高度：20200km卫星运行周期：12恒星时卫星钟标准频率：10.23MHzL1载波频率：1575.42MHzL2载波频率：1227.60MHz原子钟计算机太阳能电池板无线电收发两用机导航荷载（接收数据，发射测距和导航数据）姿态控制和太阳能板指向系统01GPS的组成——空中卫星部分01GPS的组成——地面监控部分主控站1监测站5注入站301GPS的组成——地面监控部分作用主控站监控站监控站注入站/监控站注入站/监控站注入站/监控站夏威夷卡瓦加兰狄哥

伽西亚阿松森岛科罗拉多主控站注入站监测站监控卫星的运行确定GPS时间跟踪并预报卫星的星历和卫星状态向每颗卫星的存储器注入导航信号01GPS的组成——地面监控部分

主控站位于美国本土科罗拉多斯普林斯的联合空间执行中心。它的任务包括：采集数据、推算编制导航电文；给定全球定位系统时间基准；负责协调和管理所有地面监测站和注入站系统；调整卫星运动状态，启动备用卫星。01GPS的组成——地面监控部分监测站共有5个，分布在不同的位置。监测站的主要任务是为主控站编算导航电文提供观测数据。01GPS的组成——地面监控部分注入站共有3个。注入站的主要任务是在主控站的控制下，将由主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。01GPS的组成——用户接收部分TRIMBLEASHTECHLEICA导航型测地型授时型01GPS的组成——用户接收部分单频机、双频机、三频机GPS用户部分的主要作用是捕获待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号并从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时的计算出测站的三维位置，三维速度和时间。02GPS的现代化GPS是出现最早，目前发展最为成熟的一个GNSS定位系统，在发展的同时，GPS系统也在不断地与时俱进。02GPS的现代化GPS是出现最早，目前发展最为成熟的一个GNSS定位系统，在发展的同时，GPS系统也在不断地与时俱进。02GPS的现代化提高GPS卫星的发射强度，增强抗干扰能力；更新GPS信号结构，增加具有更好保密性和抗干扰能力的军用码M码；在L2载波上调制C/A码，增发第三民用信号L5，该信号的频率为1176.45MHz；使用新技术以阻止或干扰敌对方使用GPS；取消SA政策，提高民用定位精度；研发抗干扰能力更强初始化速度更快的接收设备。GNSS测量技术与应用学而时习之，不亦说乎第一章

GNSS全球导航卫星系统的认知任务1.4中国北斗卫星导航系统田倩北斗系统的产生与发展01北斗系统的组成02北斗系统的定位原理03目录CONTENTE1.4中国北斗卫星导航系统北斗系统的应用04中国北斗卫星导航系统（英文名称：BeiDouNavigationSatelliteSystem，简称BDS）是我国自主研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统，可在全球范围内为各类用户提供高精度、高可靠性定位导航授时服务，并具备短报文通信功能。北斗卫星导航系统BDS和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。陈芳允院士双星定位北斗一号（2003年）北斗二号（2012年）北斗三号（2020年）5颗试验星，区域有源14颗星，区域无源30颗星，全球无源北斗一号卫星2000年10月31日140E2000年12月21日80E2003年5月25日110.5E2007年4月14日MEO卫星2009年4月15日GEO卫星2010年1月17日GEO卫星卫星运载火箭北斗二号卫星北斗三号卫星北斗系统组成空间段地面段用户段1.地球静止轨道卫星（GEO）共有3颗轨道高度35786公里轨道倾角为0度空间段2.倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）共有3颗轨道高度35786公里轨道倾角为55度空间段2.中圆地球轨道卫星（MEO）共有24颗轨道高度21528公里空间段

地面段包括主控站、注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施。地面段

用户段由北斗用户终端以及与其他GNSS兼容的终端组成。北斗系统的用户终端用户段北斗卫星

北斗卫星用户位置中心控制系统标校站标校站标校站标校站工作原理北斗一号北斗二号定位原理北斗系统的应用水文监测电力气象预报测绘地理信息灾害救援农田监测渔业……GNSS测量技术与应用学而时习之，不亦说乎第一章

GNSS全球导航卫星系统的认知任务1.5GNSS定位的坐标系统田倩天球坐标系和地球坐标系0102目录CONTENTE1.5GNSS定位的坐标系统WGS-84坐标系03我国的参心大地坐标系04CGCS2000国家大地坐标系05地方独立坐标系01天球坐标系和地球坐标系天球坐标系——描述卫星的位置M天球PNPS天轴天球赤道面黄道北黄极KN

KS南黄极春分点天球空间直角坐标系天球球面坐标系01天球坐标系和地球坐标系天球空间直角坐标系天球赤道面春分点MSPNXYZZXYS（X，Y，Z）起始子午面01天球坐标系和地球坐标系天球球面坐标系天球赤道面春分点MSαδγ起始子午面PNPSS（α，δ，γ）01天球坐标系和地球坐标系对同一空间点两种表达方式可通过下面的式子进行转换球面→三维三维→球面01天球坐标系和地球坐标系地球坐标系——确定地面点的位置P（x，y，z）P（B，L，H）01天球坐标系和地球坐标系式中，e为子午椭圆第一偏心率；N为卯酉圆曲率半径这两种坐标系的换算关系为02WGS-84坐标系极移——地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，因而地极点在地球表面的位置是随时间而变化的，这种现象称为极移。WGS-84坐标系的定义：原点——地球的质心Z轴——指向BIH1984.0定义的CTP（协议地球极）方向X轴——指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点Y轴——和Z,X构成右手系02WGS-84坐标系WGS-84椭球（国际大地测量与地球物理联合会第17届年会）长半轴

a=6378137m扁率f=1/298.25703我国的参心大地坐标系北京54坐标系西安80坐标系03我国的参心大地坐标系北京54坐标系长半轴

a=6378245m扁率f=1/298.3克拉索夫斯基椭球03我国的参心大地坐标系IAG75椭球西安80坐标系长半轴

a=6378140m扁率f=1/298.25704地方独立坐标系地方独立坐标系的建立，实际上就是通过一些元素的确定来决定地方参考椭球与投影面。地方参考椭球一般选择与当地平均高程相对应的参考椭球，其椭球的中心、轴向和扁率与国家参考椭球相同。地方投影面的确定，一般选取过测区中心的经线或某个起算点的经线作为独立的中央子午线，以某个特定方便使用的点和方位为地方独立坐标系的起算原点和方位，并选取当地平均高程面为投影面。05CGCS2000国家大地坐标系7805CGCS2000国家大地坐标系CGCS2000国家大地坐标系ChinaGeodeticCoordinateSystem2000XZY地球质心IERSIRMIERSIRP高精度地心三维符合IERS协议05CGCS2000国家大地坐标系长半轴

a=6378137m扁率f=1/298.257222101WGS-84椭球参数CGCS2000椭球参数长半轴

a=6378137m扁率f=1/298.257GNSS测量技术与应用学而时习之，不亦说乎第一章

GNSS全球导航卫星系统的认知任务1.5GNSS定位的时间系统田倩时间系统的概念01世界协调时（UTC）02目录CONTENTE1.5GNSS定位的时间系统GPS时间（GPST）03北斗时间（BDT）0401时间系统的概念卫星位置的精度和时刻的精度密切相关当要求卫星的位置误差小于1cm时，则相应的时刻误差应小于2.6微秒。星地之间距离的测量精度与时间的精度密切相关当要求星地之间距离误差小于1m，则时间精度应小于3×10-8秒。01时间系统的概念时间间隔——指发生某一现象所经历的过程，是这一过程始末的时间差。时刻——指发生某一现象的瞬间。在卫星定位中，与所获取数据对应的时刻我们也称为历元。01时间系统的概念原点（起算点）尺度（单位长度）时间系统符合下列要求的任何一个可观察的周期运动现象，都可用作确定时间的基准：运动是连续的、周期性的；运动周期充分稳定；运动的周期有复现性。01时间系统的概念人们日常使用较多的是世界时系统，根据其参考点选择的不同，世界时系统又分为恒星时和太阳时。恒星时——以春分点为参考点太阳时——以太阳为参考点用以测量时间的周期性运动有3种，实践中，在实践中，因所选择的周期运动现象不同，便产生了不同的时间系统。转动体的自由旋转。如地球的自转——世界时系统开普勒运动。如地球绕太阳公转——力学时系统谐波震荡。如原子钟的震荡——原子时系统01时间系统的概念（1）恒星时（ST）——以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所确定的时间称为恒星时。春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一恒星日，一恒星日分为24个恒星时。恒星时具有地方性。（2）平太阳时（MT）——以平太阳为参考点，以平太阳的周日视运动所确定的时间周期就是平太阳时。假定有一个平太阳在天赤道上作等速运行，其速度等于真太阳的平均速度，这个假想的太阳连续两次上中天的时间间隔，叫做一个平太阳日，平太阳日的1/24就是1平太阳时。01时间系统的概念（3）世界时（UT）——以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时定义为世界时。世界时与平太阳时尺度相同，但时间原点不同。平太阳时的时间原点是正午，而世界时的时间原点是平子夜。（4）原子时（TAI）——以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时定义为世界时。位于海平面上的铯原子基态两个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射震荡9192631770周所持续的时间，为1原子时秒。原子时的原点为1958年1月1日零时。原子时也具有地方性，国际推算出统一的原子时系统，称为国际原子时IAT。02协调世界时（UTC）协调世界时（UTC）——以格林尼治平子夜为时间原点0时，以原子时作为秒长。世界时协调世界时跳秒保持时间尺度的均匀性能近似地反映地球自转的变化03GPS时间系统（GPST）GPS时间系统（GPST）——采用原子时秒长作为时间尺度，GPS时间的原点也就是起算点在1980年1月6日UTC零时，启动以后不跳秒，保持时间的连续性。GPST由主控站原子钟控制。TAT－TGPST=19″04北斗时间系统（BDT）北斗时间系统（BDT）——采用原子时秒长作为时间尺度，北斗时间的原点也就是起算点在2006年年1月1日UTC零时，启动以后不跳秒，保持时间的连续性。BDT由国家授时中心进行时间监控和维持。北斗时间与GPS时间秒长相同，但时间原点不同。93四种时间转换关系IATBDTGPSTGSTGLONASST+33S+(IAT-UTC)-3h+19S+19S04北斗时间系统（BDT）GNSS测量技术与应用学而时习之，不亦说乎第一章

GNSS全球导航卫星系统的认知任务1.7卫星运动与卫星星历田倩卫星的无摄运动01卫星的受摄运动02目录CONTENTE1.7卫星运动与卫星星历广播星历03精密星历0401卫星的无摄运动地球对卫星的引力太阳、月亮对卫星的引力大气阻力太阳光压地球潮汐力确定卫星轨道椭圆的形状、大小确定卫星在其椭圆轨道上的位置确定卫星轨道与地球的相对位置关系01卫星的无摄运动只考虑地球质心引力作用的卫星运动称为卫星的无摄运动。开普勒轨道参数as：轨道椭圆的长半径es：轨道椭圆的偏心率fs：真近点角

i：轨道面的倾角Ω：升交点的赤经ωs：近地点角距01卫星的无摄运动02卫星的受摄运动卫星在地球质心引力和各种摄动力综合影响下的轨道运动称为卫星的受摄运动。fnc——即地球的非质心引力fs——太阳的引力fm——月球的引力fr——太阳的光辐射压力fa——大气阻力fp——地球潮汐作用力02卫星的受摄运动卫星在摄动力的作用下，会产生摄动改正。as，es，fs，i

，Ω，ωs

（六参数的变化率）t0时刻：（as，es，fs，i

，Ω，ωs

）均已知t时刻：（

as，es，fs，i

，Ω，ωs

）待求。在受摄力的作用下，轨道参数是时间的一个变量函数。在二体问题下，加上各项摄动改正，就可得到任一时刻比较精确的轨道参数。03广播星历卫星星历：描述卫星运动轨道的信息（一组对应某一时刻的轨道参数及其变化率）。利用GNSS定位，就是根据已知的卫星轨道信息和用户的观测资料，通过数据处理来确定接收机的位置和速度。所以，精确的描述轨道的星历，是实现精确定位与导航的基础。卫星星历的分类

广播星历（预报星历）

精密星历（后处理星历）03广播星历广播星历（预报星历）：通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文传递给用户的，用户接收机接收到这些信号，经过解码器便可获得所需要的卫星星历（通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正项参数，它是根据监测站约一周的观测资料推算的）。优点：实时。缺点：精度较低，一般约20-40m。预报星历的内容包括：

参考历元瞬间的开普勒6个参数，

反映摄动力影响的9个参数，

以及参考时刻和星历数据龄期，

共计17个星历参数。03广播星历广播星历的编制和传送过程：监测卫星的运行状态编制卫星星历将卫星星历注入卫星卫星向用户发送卫星星历用户接收机接收卫星星历周期1小时循环闭合的过程10504精密星历精密星历（后处理星历）：根据地面跟踪站所获得的精密观测资料计算而得到的星历，是一种不包含外推误差的实测星历。监测站例如：在我国领土内，有一些高精度坐标的地面控制点，用地面点交会出t时刻卫星的精确位置。这种星历不是通过卫星导航电文向用户传递，而是利用磁带或通过电视、电传、卫星通讯等方式有偿的为所需要的用户服务。04精密星历优点：轨道参数非常准确，也称精密星历。缺点：不能做到实时。后处理星历的编制和传送过程建立卫星跟踪系统，随时监测卫星运动状态计算卫星星历向用户提供以往观测时刻的星历。星历类型获取方法精度时间间隔卫星位置计算方法广播星历由导航电文实时地得到低1h用轨道参数来计算精密星历事后由第三方提供高15min插值04精密星历项目二

GNSS测量定位方法任务2.1GNSS定位原理与方法GNSS定位原理01GNSS定位方法02目录CONTENTE2.1GNSS定位原理与方法知识引入GNSS定位原理一个站星距离测站位于以卫星为球心站星距离为半径的球面上两个站星距离作两个球面两个球面相交为圆测站位于圆圈上GNSS卫星定位的原理是：利用空间分布的卫星（已知点）以及卫星到接收机测得的距离（观测值），按空间距离交会的方法计算出接收机的位置（待定点）。01GNSS定位原理三个站星距离作三个球面三个球面两两相交于两点测站位于其中一点地球+=一点01GNSS定位原理GNSS卫星定位的实质是把卫星视为“动态”的控制点，在已知其瞬时坐标的条件下，以GNSS卫星和用户接收机天线之间的距离（或距离差）为观测量，进行空间距离后方交会，从而确定用户接收机天线所处的位置。ρ1ρ2ρ301GNSS定位原理ρ1ρ2ρ3ρ4

GNSS定位至少需要观测4颗卫星。存在接收机钟误差，将其作为独立的未知数：01GNSS定位原理观测瞬间卫星的位置观测瞬间测站点与卫星之间的距离

GNSS定位需解决的两个关键问题：导航电文中的卫星星历卫星信号传播时间01GNSS定位方法静态定位GNSS定位方法

根据参考点的不同位置分类根据接收机天线的状态分类动态定位绝对定位相对定位卫星射电干涉测量多普勒定位法伪距测量法载波相位测量根据GNSS信号的不同观测量分类02GNSS定位方法根据接收机天线的状态分类：在定位过程中，用户接收机天线处于静止状态，严格地说，接收机天线相对其周围的固定点天线位置没有可察觉的变化，或者变化非常缓慢，以致在观测期内察觉不出而可以忽略。是精度最高的作业模式。主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。精度可达到（5mm+1ppm）动态定位静态定位在定位过程中，用户接收机天线处在运动状态，待定点位置随着时间变化。适用于精度要求不高的碎部测量，也可用于确定车辆、船舰、飞机和航天器的实时位置。精度可达到（10～20mm+1ppm）。02GNSS定位方法根据参考点的不同位置分类：绝对定位是以地球质心为参考点，测定接收机天线（即待定点）在协议地球坐标系中的绝对位置，由于定位作业仅需一台接收机，所以又称为单点定位。简单，但定位精度较低。适用于低精度测量领域，如船只、飞机的导航、海洋捕鱼、地质调查等。相对定位绝对定位如果选择地面某个固定点为参考点，确定接收机天线相位中心相对参考点的位置，称为相对定位。精度较高，是精密定位的基本模式。在大地测量、工程测量、地壳形变监测等精密定位领域内得到广泛的应用。02GNSS定位方法根据GNSS信号的不同观测量分类：1234卫星射电干涉测量利用GPS卫星射电信号具有白噪声的特性，由两个测站同时观测一颗GPS卫星，通过测量这颗卫星的射电信号到达两个测站的时间差，可以求得测站间距离。多普勒定位法根据多普勒效应原理，利用GNSS卫星较高的射电频率，由积分多普勒计数得出伪距差。载波相位测量将载波作为量测信号，对载波进行相位测量可以达到很高的精度。通过测量载波的相位而求得接收机到GNSS卫星的距离。伪距测量法是利用GNSS进行导航定位的最基本的方法。其原理是：在某一瞬间，利用GNSS接收机同时测定至少4颗卫星的伪距，根据已知的卫星位置和伪距观测值，采用距离交会法求出接收机的三维坐标和时钟改正数。02项目二

GNSS测量定位方法任务2.2伪距测量原理测距码及其特性01测码伪距测量原理02测码伪距测量特点03目录CONTENTE2.2伪距测量原理知识引入GNSS卫星定位的原理是：利用空间分布的卫星以及卫星到接收机测得的距离，按空间距离后方交会的方法计算出接收机的位置。观测瞬间卫星的位置观测瞬间测站点与卫星之间的距离导航电文中的卫星星历？

GNSS定位需解决的两个关键问题：C/A码P码周期1ms码长1023bit2.35x1014bit(6.19X1012bit)码元宽度0.97752μs(293.05m)0.097752μs(29.3m)数码率1.023Mbit/s10.23Mbit/s特性①码长短、易捕获；②码元宽度较大、测距精度较低（2.93m）；③结构公开、民用。①码长特长、不易捕获；②码元宽度为C/A码的1/10、测距精度较高（0.293m）。01测距码及其特性测距码是用于测定从卫星到地面测站（接收机）间距离的一种二进制码序列。GNSS卫星中所采用的测距码从性质上讲属于伪随机噪声码。根据性质和用途不同，GPS测距码可分为粗码（C/A码）和精码（P码）。02测码伪距测量

x

公里？

Δt秒？𝝉

测码伪距测量的原理02测码伪距测量原理如何判断两组信号是否对齐？答：根据这两组信号的相关系数R是否为1来加以判断的。两组信号对齐时R=1两组信号未对齐时R＜102测码伪距测量原理

接收机接收到测距码后，通过不断延迟时间τ，最终可与自身复制的码对齐（R=1）。理论值实际值（两组信号完全对齐）（所有码总体上对得最齐）原因①卫星钟和接收机钟存在误差，引起两组信号的码宽度与理论值并不完全相同；②卫星信号在长距离传播过程中可能产生变形。R复制码测距码02测码伪距测量原理1.存在卫星钟和接收机钟误差。2.存在电离层、对流层延迟误差。3.卫星信号在大气中传播速度不等于光速c。GPS卫星轨道电离层对流层50100020200kmkmkm伪距

4.复制码与测距码未完全对齐。03测码伪距测量的观测方程伪距测量的观测方程为：设第i颗卫星观测瞬间在空间的位置为（xi，yi，zi），接收机观测瞬间在空间的位置为（X，Y，Z），则真实的站星距离为：顾及上述误差后，可得：04测码伪距测量特点测距码的独特结构01易于捕获微弱的卫星信号卫星信号20W卫地距20000km干扰信号kW离用户距离数km~数百km测码伪距测量的特点所有码分别测距取平均02可提高测距精度04测码伪距测量特点04测码伪距测量特点特定的伪随机噪声码03便于用码分多址技术对卫星信号进行识别和处理1号2号3号4号5号123451234504测码伪距测量特点公开公开或加密码结构标准定位服务SPS精密定位服务PPSC/A码

P(Y)码密04便于对系统进行控制和管理GNSS测量技术与应用项目二

GNSS测量定位方法任务2.3载波相位测量概论01载波相位测量原理02载波相位测量的观测方程03目录CONTENTE2.3载波相位测量概论测距信号C/APL1L2码元宽度293m29.3m19cm24cm测距精度2.93m0.293m1.9mm2.4mm对载波进行相位测量，能得到较高的测量定位精度。为什么采用载波相位测量？概论在进行载波相位测量之前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重新获取载波，这一工作称为重建载波。方法：将所接收到的调制信号（卫星信号）与接收机产生的复制码相乘。优点：可同时提取测距信号和导航电文，可获得全波长的载波，信号质量好（信噪比高）。缺点：必须知道测距码的结构。平方法码相关法方法：将所接收到的调制信号（卫星信号）自乘。优点：无需了解码的结构。缺点：无法获得测距码和导航电文，所获载波波长为原来波长的一半，信号质量较差（信噪比低）。载波相位测量原理将测距码和数据码调制到载波上由卫星发射机将调制信号发出接收机解调出纯净的载波信号接收机产生基准信号载波信号和基准信号求相位差

载波相位测量的观测值是GNSS接收机所接收到的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。载波相位测量原理140t0:首次进行载波相位测量时刻ti:后续各次观测时刻首次观测：其余各次观测：完整的载波相位通常表示为0i0i整周模糊度整周计数

载波相位测量的观测方程

载波相位测量的基本观测方程：

载波相位测量的基本观测方程线性化：GNSS测量技术与应用项目二

GNSS测量定位方法任务2.4GNSS差分定位

——伪距差分定位差分GNSS概述01伪距差分原理02伪距差分特点03目录CONTENTE2.4.1伪距差分定位知识引入差分GNSS概述绝对定位GNSS定位测量

相对定位静态定位动态定位根据参考点的不同位置分类根据接收机天线的状态分类动态相对定位差分定位01差分GNSS概述21美国的GPS政策对GPS绝对定位精度的影响。SA关闭前后GPS绝对定位精度的变化差分GNSS差分GNSS产生的诱因绝对定位的精度受多种误差因素的影响，难以满足某些应用领域的要求。0101差分GNSS概述差分GNSS是利用安置在已知精确坐标的基准站上的GNSS接收机，测定GNSS测量定位误差，再将差分改正信息实时或事后发送给流动站（用户），用以提高在一定范围内流动站定位精度的方法。什么是差分GNSS？基准站差分改正信息电台流动站01差分GNSS概述为什么差分GNSS能提高精度？01差分GNSS概述差分GNSS分类根据用户进行数据处理的时间不同（时效性），可分为实时差分和事后差分。根据工作原理及数学模型分类：单基站差分GNSS广域差分GNSS差分GNSS多基站局域差分GNSS01差分GNSS概述差分GNSS分类根据基准站发送的信息方式分类：差分GNSS伪距差分位置差分载波相位差分应用最广泛计算最简单精度最高02伪距差分原理伪距差分是将一台接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正信息，并由基准站将此改正信息发送给用户，用户利用接收到的改正数对其伪距观测值进行改正，进而利用改正后的伪距进行单点定位。基准站数据通讯链流动站（用户）距离改正数02伪距差分原理基准站流动站

相距不太远的两个测站同时观测相同卫星，两测站观测值中的误差存在时空相关性；在一定时间内，同一卫星相邻历元观测量中的误差及影响大体相同。影响绝对定位精度的主要误差有哪些？多路径效应卫星星历误差卫星钟钟差大气延迟误差02伪距差分原理基准站(i)流动站(k)电台

02伪距差分原理基准站(i)流动站(k)基准站伪距观测值电台发射

02伪距差分原理基准站(i)流动站(k)电台发射3.流动站根据接收到的改正信息来改正同步观测的相应伪距观测量；接收

流动站伪距观测值

02伪距差分原理基准站(i)流动站(k)电台发射4.流动站根据经过差分改正的伪距进行单点定位，可以得到精度较高的用户位置。接收单点定位improved03伪距差分特点缺点优点公共误差抵消的程度决定了定位精度的高低。随着基准站与流动站的距离增加，差分精度降低基准站、流动站无需观测完全相同的卫星伪距改正数无需变换为当地坐标，定位精度高且使用方便。可选星，改善空间几何分布，提高精度伪距差分是目前应用最广泛的差分定位技术之一。GNSS测量技术与应用项目二

GNSS测量定位方法任务2.4GNSS差分定位

——载波相位差分定位差分GPS概述01伪距差分原理02伪距差分特点03目录CONTENTE2.4.2载波相位差分定位知识回顾根据基准站发送的信息方式，差分GNSS可分为：差分GNSS伪距差分位置差分载波相位差分应用最广泛计算最简单精度最高载波相位差分定位的概念载波相位观测差分定位模式载波相位差分载波相位测量的观测量是GNSS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。差分定位，是根据基准站和流动站的观测数据来确定二者之间的相对位置的方法。载波相位差分定位的概念载波相位差分定位是以载波相位观测为根据的差分GNSS测量技术。01载波相位差分定位原理02载波相位差分有两种定位方法：一种与伪距差分相似，基准站将载波相位的修正量发送给用户站，以对用户站的载波相位进行改正实现定位，该方法称为修正法。另一种是将基准站的载波相位的观测值发送给用户站，并由用户站将观测值求差进行坐标解算，这种方法称为求差法。单差双差三差载波相位差分定位原理02单差单差可消去卫星钟差参数双差双差可消去两测站接收机钟差改正数求差法载波相位差分定位原理02三差三差可消去初始整周未知数项N0求差法动态相对定位的定位程序03定位解算的一般流程为：

(1)用户站在保持不动的情况下，静态观测若干历元，并将基准站上的观测数据通过数据链传送给用户站，按静态相对定位法求出整周未知数，这一过程称为初始化阶段。

(2)将求出的整周未知数代入双差模型，此时双差只包括三个坐标增量，只要4颗以上卫星的一个历元的观测值，就可实时地求解出三个位置分量。

(3)将求出的坐标增量加入已知的基准站坐标即可得到用户站的空间位置。第三章

GNSS测量误差分析3.1GNSS测量误差来源GNSS测量误差来源01GNSS测量误差的分类02目录CONTENTE3.1GNSS测量误差来源01GNSS测量误差来源无论多么精密的仪器无论多么熟练的操作技术.无论多么准确的测量方法多次平行测量，结果不会安全一致！？01传统测量误差来源BAC观测者引起的误差测量仪器引起的误差外界环境引起的误差01GNSS测量的误差来源

其它与卫星有关

与路径有关

与测站有关02GNSS测量误差的分类1.与卫星有关卫星星历误差卫星钟差相对论效应电离层误差对流层误差多路径效应2.与路径有关1、首先我们来看与卫星有关的误差。包括卫星星历误差、卫星钟差、相对论效应；2、与传播路径有关的误差。包括电离层误差、对流层误差、多路径效应误差；02GNSS测量误差的分类3.与测站有关接收机钟差天线相位中心偏差接收机安置误差固体潮、极潮误差海水负荷误差数据处理软件误差4.其它3、与测站有关的误差有：接收机钟差、接收机内部噪声、天线相位中心偏差。4、其他误差，包括固体潮、极潮误差、海水负荷误差、数据处理软件误差等。02GNSS测量误差的分类为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到站星距离上，以相应的距离误差表示，称为等效距离误差02GNSS测量误差的分类误差来源对距离测量的影响(m）与卫星有关星历误差、钟误差、相对论效应1.5-15与路径有关电离层、对流层、多路径效应1.5-15与测站有关钟误差、位置误差、天线误差1.5-5.0其它影响固体潮、极潮误差、负荷潮等1.002GNSS测量误差的分类如果按照误差性质分类：GNSS误差来源系统误差非系统非偶然误差偶然误差系统误差改正后的残差卫星星历误差卫星钟差相对论效应接收机内部噪声天线相位中心偏差修复周跳时的半周误差与测站有关误差图形强度的影响PDOP电离层误差对流层误差多路径效应与卫星有关道的误差与信号传播有关道的误差观测和数据处理中引起的一些偶然误差观测值得取舍不合理测站时钟误差测站本身坐标误差第三章

GNSS测量误差分析3.2GNSS与卫星有关的误差卫星星历（轨道）误差01卫星钟差02相对论效应03目录3.1GNSS测量与卫星有关的误差01卫星星历误差由卫星星历给出的卫星在空间的位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。

卫星轨道的确定给出的卫星位置及运动速度广播星历精密星历卫星星历实际的卫星位置及运动速度卫星星历误差跟踪站、观测值、定轨模型与软件01卫星星历误差卫星星历误差严重影响单点定位的精度，一般可达数米，甚至数十米。并且对于相对定位也是一个重要的误差来源。所以不容忽视。

01卫星星历误差式中：

B为基线长度；

dB表示由于星历误差引起的基线误差；dr为星历误差；ρ为卫星至测站的距离；基线的相对误差，约为星历相对误差的1/4.01卫星星历误差星历误差对基线长度及相对定位精度的影响卫星广播星历，一般能保证1-2个ppm的精度，也就是说广播星历只能用于基线不是很长，定位精度要求不是很高的相对定位，可以满足一般工程测量的精度要求。01卫星星历误差广播星历

1）由GNSS系统的地面控制部分所确定和提供，经GNSS卫星向全球用户公开播发的一种预报星历；

2）用参考时刻的卫星轨道根数及其变化率来描述卫星轨道；

3）通过GNSS导航电文以一组参数的形式发送给用户，一般每2小时更新一次，一般按照与观测时刻最近的一组广播星历数据来计算卫星位置；

4）提供的卫星轨道精度较差，目前约为~1m。01卫星星历误差精密星历

1）主要由IGS（InternationalGNSSService）提供；

2）以一定的时间间隔给出卫星在空间的三维坐标及其运动速度，由用户进行内插后求得观测时刻卫星在空间的位置及运动速度；精密星历类型精度延迟更新间隔超快（预报）~5cm实时03,09,15,21UTC15min超快（观测）~3cm3~9hours03,09,15,21UTC15min快速~2.5cm17~41hours17UTCdaily15min最终~2.5cm12~18dayseveryThursday15minIGS精密星历产品01卫星星历误差数小时观测利用卫星星历误差之间的强相关性来进行求差，如此可消除共同部分的影响。一般经过1-2小时的连续观测，可以达到1-2个ppm的相对精度。01卫星星历误差建立GNSS卫星独立的测轨系统，直接获取精密星历，而且不受SA政策的影响，可以为长距离相对定位提供可靠的保障。建立区域性卫星测轨网01卫星星历误差目前我国已在北京、上海、武汉、西安、拉萨、乌鲁木齐等地建立了GNSS跟踪站，通过长时间连续跟踪监测GNSS卫星信号，精密星历的精度可达到0.25米，从而满足1000公里基线相对定位达到1x10的负8次方的精度要求。建立区域性卫星测轨网01卫星星历误差主要思路是在平差模型中，把卫星星历提供的卫星轨道作为初始值，将其改正数作为未知数，在平差的同时求得测站位置以及卫星轨道改正数。轨道松弛法01卫星星历误差半短弧法：根据摄动力对轨道参数的不同影响，只对其中影响较大的参数，引入相应的改正数作为待估参数。据分析，目前该法修正的轨道偏差不超过10m，而计算量明显减小。短弧法：引入全部6个轨道偏差改正，作为待估参数，在数据处理中与其它待估参数一并求解。可明显减弱轨道偏差影响，但计算工作量大。轨道松弛法01卫星星历误差注意：轨道松弛法也存在一定的局限性，只能作为无法获取精密星历的情况下，所采取的一种补救措施或特殊情况下采取的措施。轨道松弛法卫星钟误差

1）信号卫星离开卫星时，卫星钟相对于标准GNSS时的钟差；

2）卫星上尽管采用的是高精度的原子钟（铯钟、铷钟），但这些钟与GNSS标准时之间仍会有偏差和漂移。随着时间的推移，这些偏差和漂移还会发生变化；

3）导航电文:精度~5ns，IGS最终精密钟差:~75ps--钟差--钟数--钟数变化率度随机项02卫星钟差02卫星钟差导航电文IGS精密钟差类型精度延迟更新间隔超快（预报）~3ns实时03,09,15,21UTC15min超快（观测）~150ps3~9hours03,09,15,21UTC15min快速~75ps17~41hours17UTCdaily15min最终~75ps12~18dayseveryThursday15min02卫星钟差卫星钟差改正根据钟差改正数进行卫星钟差改正相抵定位通过在接收机之间求一次差进一步地消除卫星钟差改正后的残余03相对论效应相对论效应相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态（速度和重力位）不同而引起卫星钟和接收机钟产生相对钟误差的现象。03相对论效应根据狭义相对论，在惯性参考系中，以一定速度运行的时钟，相对于同一类型的静止的时钟，存在着频率之差，值为：卫星时钟频率同类静止的钟的频率卫星运行速度经计算，表明卫星钟比在地球上静止的钟走的慢03相对论效应根据广义相对论，在空间强引力场中的振荡信号，其波长大于在地球上用同一方式所产生的振荡信号波长，二者的差值为：

可见，卫星时钟频率比放置在地面上时增大（即变快）03相对论效应总的相对论效应

结论，卫星时钟频率比放置在地面上时增大（即变快）03相对论效应解决相对论效应的办法制造卫星时钟时预先把频率降低卫星标准频率为10.23MHz，所以频率应降为：10.23MHz(1-4.44910-10)=10.22999999545MHz对于地球自转，引起的卫星坐标误差影响，一般较小，对于工程测量来讲，我们不用考虑。GNSS与卫星有关的误差谢谢大家！第三章GNSS测量误差分析3.3GNSS与传播路径有关的误差电离层折射误差01对流层折射误差02多路径效应误差03目录01电离层折射误差

GNSS的电磁波信号传播实际是在大气介质中，在到达地面接收机前要穿过性质、状态各异且不稳定的若干大气层，这些因素可能改变电磁波传播的方向、速度和强度。大气折射对GNSS观测结果的影响，超过了GNSS精密定位所容许的精度范围。大气的结构及其性质

对流层0～40km各种气体元素、水蒸气和尘埃等非弥散介质（电磁波的传播速度与频率无关）电离层约70km以上带电粒子弥散介质（电磁波的传播速度与频率有关）电离层折射误差1、概念——距地面50km-1000km范围的大气层为电离层。由于受到太阳等天体的各种射线幅射，电离层中的气体分子发生电离，形成大量的自由电子和正离子。当卫星信号通过电离层时，信号的路径会发生弯曲，传播速度也会发生变化。使得信号的传播时间与真空中光速的乘积并不等于卫星至接收机的几何距离，该偏差称为电离层折射误差。

2、产生因素——电离层折射与信号频率、观测时间及地点（反映了信号传播路径上的电子含量）等因素密切相关。其中卫星频率对测距的影响一般在50-100m内变化。因此必须认真加以改正，否则会严重影响观测成果的精度。

即电离层折射率与单位面积的电子密度正比，与频率的平方成反比。3、解决对策（1）双频观测即利用两个频率的相位观测值求出免受电离层折射影响的相位观测值。适合于双频接收机。（2）模型改正对单频接收机，一般采用导航电文中提供的电离层折射改正模型加以改正。现有的改正模型还仅仅是一个经验估算公式，与实际情况之间存在差异。实验表明，能消除电离层折射的75%左右。（3）相对定位对距离较短（小于20km）的两测站，当两接收机同时跟踪同一颗卫星时，可采用接收机间求一次差的办法来很好地削弱电离层的影响。对流层折射误差1、影响特点——靠近地面40km范围内的大气底层为对流层，其大气密度比电离层大，大气状态也更为复杂。由此对GPS信号产生的对流层折射影响比电离层折射影响更为严重，即使双频观测也不能解决它的影响。2、解决对策（1）模型改正目前较好的办法就是建立近地的大气模型，通过测量信号传播路径上的气温、气压及水汽分压等气象数据，用计算的办法加以改正。应当指出：模型精度及气象元素的测量误差限制了对流层折射改正的精度。

模型改正，最常用的对流层折射改正模型有Hopfield模型和Saatamoinen模型。理论与实践表明，模型改正可以减少90%以上的折射影响。（2）直接测定目前较有效的办法是应用水汽辐射计来实测卫星信号传播路径上水汽对信号的直接影响，并用公式计算湿分量数值。不过该仪器十分昂贵，也笨重，外业不便应用。（3）参数求解引入描述对流层影响的附加待估参数，在数据处理中一并求解。（4）相对定位当两测站距离较近﹙＜10km﹚时，对流层残余影响可通过接收机间一次差分的办法大部分予以消除。当距离较远时，地方大气状态不再相关，一次差分效果不大。因此对流层折射效应是限制GPS高精度定位的最大障碍。多路径效应误差1、概念——多路径效应是指除卫星的直接信号外，还有测站周围的反射信号到达接收机。多路径信号和直接信号混合后产生干涉，从而使观测值偏离真值产生相位误差，这种误差称为多路径效应误差。2、特点——多路径效应是GPS测量的重要误差源，严重损害GPS测量的精度，研究表明多路径效应对载波相位测量的影响可达cm级，严重时还将影响卫星信号的失锁。3、对策（1）选择合适的站址。——测站应远离大面积的水面、高大建筑物等容易产生多路径效应的物体；——测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中，以避免反射信号从天线抑径板上方进入天线，产生多路径效应误差。3、对策（2）应选用屏蔽天线。——在天线中设置抑径板、底面及周围采用吸收电波的材料以抑制多路径反射信号等。GNSS与传播路径有关的误差谢谢大家！第三章GNSS测量误差分析3.4GNSS与接收机有关的误差接收机钟差01天线相位中心偏差02接收机安置误差03目录3.4GNSS与传播路径有关的误差01接收机钟差

1、概念为了降低接收机制造成本，于是仪器内部的时钟一般采用石英晶体振荡器，它的稳定性、精确度和可靠性远不及卫星时钟。因此产生了接收机钟误差。该项误差主要取决于接收机钟质量，它对测码伪距观测和载波相位观测值得影响是相同的。01接收机钟差

2、影响接收机钟与卫星钟之间的同步差为1us，那么引起的等效距离误差约为300m。这是一个非常巨大的偏差，所以我们必须要对此高度重视。01接收机钟差

3、主要对策（1）参数解算。在单点定位中将接收机钟差作为独立未知数连同测站位置参数（X、Y、Z）一并求解；（2）相对定位。通过在不同卫星间求差以消除接收机的钟差；（3）多项式求解。认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的，将其表示为时间多项式，并引入平差模型中一并求解多项式的02天线相位中心偏差

在GPS测量中，伪距和载波相位观测值都是以接收机天线的相位中心为准的，而天线对中是以天线的几何中心为准的。理论上，接收机天线的相位中心应与其几何中心完全一致，但实际上天线的瞬时相位中心随信号输入的强度和方位不同而有所变化，往往偏离天线的几何中心，这项误差称为天线相位中心偏移误差。02天线相位中心偏差

1、概念——天线相位中心随着卫星信号输入的强度和方向不同而变化，即观测时相位中心的瞬时位置（一般称相位中心）与理论上的相位中心位置将不一致，这种偏差称为天线相位中心偏移。可分为水平偏差和垂直偏差。在水平垂直的偏差远大于水平方向偏差。而且随着天线的型号不同而不同，经研究表明，天线相位中心，在垂直方向的偏差与厂家标称精度最多可达厘米级。所以对于高精度的测量，比如变形监测等，是比可忽视的，必须检测GNSS接收机垂直方向的偏差，并对该误差进行改正。02天线相位中心偏差

2、特点——天线相位中心偏差的影响可达mm-cm级，是接收机固定误差的主要部分,也是天线设计必须考虑的一个重要问题。3、对策——采用同一类型的天线并进行观测值的求差；高精度观测时各测站的天线须按附有的方位标志进行定向安置。（大致指北，允许3至5度）03接收机安置误差

接收机安置误差1、概念——接收机天线相位中心相对于测站标石中心的位置偏差称为接收机安置误差。2、特点——该项误差包括天线的对中误差、整平误差以及天线高的量测误差。这些误差直接影响GPS观测精度。3、对策——加强操作人员责任心、尽可能采用强制对中装置。03接收机安置误差

3、对策——加强操作人员责任心、尽可能采用强制对中装置。采取的对策是，从态度上加强责任心，认真做好本职工作，在对中整平、量高操作过程中，仔细检查认真核对、确保正确无误。观测中也要保护好仪器，防治其他无关人员碰撞或晃动仪器。于此同时，也应该尽量采用强制对中装置，以避免对中误差。涉及到觇标观测是，要认真做好标石中心向基板的投影操作，必须偏心观测时，要认真测定偏心元素，保证其测量精度。GNSS与接收机有关的误差谢谢大家！第三章GNSS测量误差分析3.5整周跳变与整周未知数的确定整周跳变概念01整周未知数的确定03目录3.5整周跳变与整周未知数的确定整周跳变的检验和修正0201整周跳变的概念

1、周跳，在观测过程中，由于某些原因，如卫星信号被障碍物阻挡而暂时中断，受无线电信号干扰造成失锁，使计数器无法连续计数，因此，当信号被重新跟踪后，整周记数就不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍然是正确的，这种现象叫做周跳。2、整周跳变，在GNSS接收机接受信号时，由于种种原因，接收机整波计数器在一定时间内记录下来的周数突然发生了变化，也就是错误地记录了周数，这种突变叫做整周跳变。01整周跳变的概念

3.整周跳变的发生

如果我们能够检测出在何时发生了整周跳变，并能求出丢失的整周数，就可以对中断后的整周计数进行修正，恢复其正确计数。发生整周跳变后的整周计数可以从中断处继续向后计数，也可以归零后重新计数，或者从任意一个整周数从新开始计数，他们取决于接收机的类型及产生周跳的具体情况。02整周跳变的检验和修正

卫星和接收机之间的距离在随时间而不断变化，其径向速度最大可达0.9km/s，相应的载波相位观测值亦应随之变化，不过这种变化应该是循序渐变，有一定的规律性。例如下表所示，接收机在不同时间对同一颗卫星进行相位观测，每15秒输出一个观测值，相邻观测值的变化可达数万周，难以发现几十周的跳变。02整周跳变的检验和修正

历元1次差2次差3次差4次差t1475833.225311608.7531t2487441.9784399.841012008.56712.5072t3499450.5455402.3212－0.579512410.88831.9277t4511861.4338404.24890.963912815.13722.8916t5524746.5710407.1405－0.272113222.27772.6195t6537898.8487409.7600－0.421913632.03772.1976t7551530.8864411.957614043.9953t8565574.881702整周跳变的检验和修正

如果在相邻观测值之间求一次差，就得到观测间隔

内卫星至接收机的距离之差，亦即卫星径向速度平差值与的乘积。由于径向速度平均值变化比较缓慢，所以一次差的变化也就较小。如果在一次差间再求二次差，就得到卫星径向加速度平均值和观测间隔平方之乘积，其变化越加缓慢。同理求至四次差时，趋近于零，这时的差值主要是震荡器的随机误差，具有偶然误差特性。02整周跳变的检验和修正

但是，如果在过程中出现了整周跳变，势必要破坏上述相位观测量的正常变化，高次差的随机特性也将受到破坏。例如下表中在时刻的观测值中含有100周的周跳，四次差中将出现数十周的异常现象。这表明通过求差有利于发现周跳。不过这种求高次差的方法难以检验只有几周的小周跳，因为震荡器本身就有可能造成2周左右的随机误差。02整周跳变的检验和修正

表5-4含有周跳影响的观测量及其差值历元1次差2次差3次差4次差t1475833.225311608.7531t2487441.9784399.841012008.56712.5072t3499450.5455402.3212－100.5795＊12410.8883－98.0723＊t4511861.4338304.2489＊300.9639＊12715.1372＊202.8916＊t5524746.5710507.1405＊－300.2721＊13222.2777＊－97.3805t6537898.8487409.760099.5781＊13632.0377＊2.1976t7551530.8864411.957614043.9953t8565574.881702整周跳变的检验和修正

当发现周跳后，可以根据前面或后面的正确观测值，利用高次插值公式外推观测值的正确整周计数，或者根据相邻的几个正确相位观测量，采用n阶多项式拟合的方法来推求整周计数的正确性，从而发现周跳并修正整周计数。修正后的观测值中还可能有1～2周的小周跳未被发现。若用这些观测值进行平差计算，就会出现很大的残差，据此还可以发现周跳。继续用修正周跳后的观测值和平差值（基线向量等）重复进行平差计算，直至残差符合要求为止，就会得到一组无周跳的载波相位观测值。检验和修正周跳还有其它一些方法。但是，解决问题的根本途径还是提高对外业观测的要求，重视选择机型、选点、组织观测等外业工作环节，人为地避免周跳的发生。03整周未知数的确定

正确地解决整周未知数的确定问题，一方面是提高载波相位测量精度的必不可少的条件，这是因为在连续跟踪的载波相位观测值中，均含有相同的整周未知数；另一方面，快速而正确地确定，又是提高GPS定位作业效率的重要环节。因为在同步观测4颗以上卫星的情况下，为解算至少需要在不同的时间进行两次观测。如果其间时间间隔很短，则所测卫星的几何分布变化很小，这就降低了不同观测结果的作用，影响了定位结果的可靠性，所以必须延长观测时间。这样，GPS定位所需的时间，其实就成了正确确定所需的时间，因此，快速解算整周未知数，对于提高定位效率具有决定性的作用。03整周未知数的确定

确定整周未知数的方法很多常用的方法有以下几种：

1.经典静态相对定位法2.“动态”测量法3.交换天线法

4.快速确定整周未知数法

03整周未知数的确定

的方法1.经典静态相对定位法经典静态相对定位法，是将整周未知数作为特定参数与其它未知参数在平差计算中一并求解。根据整周未知数在平差计算中解算结果的取值，又有两种情况：（1）整数解，整周未知数具有整数的特性，但一般平差计算得到的整周未知数并非为整数，此时将其固定为整数，并作为已知数代入原观测方程重新进行平差计算，求得基线向量的最后值。（2）实数解，该方法不考虑整周未知数的整数性质，通过平差计算求得的整周未知数不再进行凑整和重新解算。这种方法一般用于基线较长的相对定位中。03整周未知数的确定

2.“动态”测量法在上述经典相对定位法中，是在基线向量未知的情况下，通过静态相对定位解算整周未知数的。可是当观测站之间的基线向量已知时，便可以根据基线端点两接收机的同步观测结果，应用静态相对定位的双差模型直接求解相应的整周未知数，这时观测时间可大为缩短，一般只需几分钟。具体做法是：将接收机设置在两个已知点上进行短时间观测，首先利用已知的基线向量确定初始整周未知数。随后留一台接收机在已知点上（称为基准接收机），其余一台（或若干台）接收机依次迁往各待定点（称为流动接收机）。迁站过程中需保持对卫星连续跟踪，迁站后与基准接收机进行同步观测。这时流动接收机在待定点上就不需要再确定整周未知数，只需要进行一至二分钟的观测便可精确确定流动站与基准站之间的相对位置，从而完成静态相对定位。03整周未知数的确定

3.交换天线法首先需要在已知的基准站附近5～10m处任意选择一个天线交换点，形成一个短基线。将两台接收机的天线分别安置于该二点，对至少四颗相同的卫星进行同步观测，采集若干历元（2～8）的观测值。然后将两台接收天线从三角架上取下，在对卫星信号保持跟踪的情况下互换位置，继续同步观测若干历元。最后把天线恢复到原来位置，再同步观测若干历元。此后，基准接收机留在已知点上继续观测，流动接收机则可依次迁往待定点进行观测。由于整周未知数已经确定，所以在新的待定点定位时只需很短时间。03整周未知数的确定

4.快速确定整周未知数法快速确定整周未知数法是根据初次