5.GPS差分定位基本原理詳解ppt課件

GPS差分定位基本原理 差分GPS定位方法 根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo) 計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù) 并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將這一改正數(shù)發(fā)送 用戶(hù)不但接收GPS信號(hào) 同時(shí)也接收基準(zhǔn)站的改正數(shù) 并對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行改正 以提高定位精度 分為單基站差分 多基準(zhǔn)站的局部區(qū)域差分和廣域差分 差分定位基本原理 基準(zhǔn)站 移動(dòng)目標(biāo) 修正量 概述 差分GPS產(chǎn)生的誘因 絕對(duì)定位精度不能滿(mǎn)足要求GPS絕對(duì)定位的精度受多種誤差因素的影響 完全滿(mǎn)足某些特殊應(yīng)用的要求美國(guó)的GPS政策對(duì)GPS絕對(duì)定位精度的影響 選擇可用性SA SA關(guān)閉前后GPS絕對(duì)定位精度的變化 概述 差分GPS DGPS DifferentialGPS 利用設(shè)置在坐標(biāo)已知的點(diǎn) 基準(zhǔn)站 上的GPS接收機(jī)測(cè)定GPS測(cè)量定位誤差 用以提高在一定范圍內(nèi)其它GPS接收機(jī) 流動(dòng)站 測(cè)量定位精度的方法RTCM 104格式 影響絕對(duì)定位精度的主要誤差 主要誤差衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星鐘差大氣延遲 對(duì)流層延遲 對(duì)流層延遲 多路徑效應(yīng)對(duì)定位精度的影響 PDOP PositionDilutionofPrecision 位置精度衰減因子 差分GPS的基本原理 誤差的空間相關(guān)性以上各類(lèi)誤差中除多路徑效應(yīng)均具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性 從而定位結(jié)果也有一定的空間相關(guān)性 差分GPS的基本原理利用基準(zhǔn)站 設(shè)在坐標(biāo)精確已知的點(diǎn)上 測(cè)定具有空間相關(guān)性的誤差或其對(duì)測(cè)量定位結(jié)果的影響 供流動(dòng)站改正其觀測(cè)值或定位結(jié)果差分改正數(shù)的類(lèi)型距離改正數(shù) 利用基準(zhǔn)站坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷可計(jì)算出站星間的計(jì)算距離 計(jì)算距離減去觀測(cè)距離即為距離改正數(shù) 位置 坐標(biāo)改正數(shù) 改正數(shù) 基準(zhǔn)站上的接收機(jī)對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè) 確定出測(cè)站的觀測(cè)坐標(biāo) 測(cè)站的已知坐標(biāo)與觀測(cè)坐標(biāo)之差即為位置的改正數(shù) 差分GPS對(duì)測(cè)量定位精度的改進(jìn) 差分GPS的分類(lèi) 根據(jù)時(shí)效性實(shí)時(shí)差分事后差分根據(jù)觀測(cè)值類(lèi)型偽距差分載波相位差分根據(jù)差分改正數(shù)位置差分 坐標(biāo)差分 距離差分根據(jù)工作原理和差分模型局域差分 LADGPS LocalAreaDGPS 單基準(zhǔn)站差分多基準(zhǔn)站差分廣域差分 WADGPS WideAreaDGPS 位置差分 距離差分 距離改正 坐標(biāo)改正 位置差分 用戶(hù)接收到坐標(biāo)改正數(shù)對(duì)其計(jì)算得到的坐標(biāo)進(jìn)行改正 經(jīng)過(guò)坐標(biāo)改正后的用戶(hù)坐標(biāo)已經(jīng)消去了基準(zhǔn)站與用戶(hù)的共同誤差 如星歷誤差 大氣折射誤差 衛(wèi)星誤差 提高精度 位置差分GPS是一種最簡(jiǎn)單的差分方法 安置在已知精確坐標(biāo)基準(zhǔn)站GPS接收機(jī) 利用數(shù)據(jù)鏈將坐標(biāo)改正數(shù)發(fā)送給用戶(hù) 偽距差分 偽距差分時(shí)目前應(yīng)用最為廣泛的一種差分定位技術(shù) 通過(guò)在基準(zhǔn)站上利用已知坐標(biāo)求出站星的距離 并將其與含有誤差的測(cè)量距離比較 并將測(cè)距誤差傳輸給用戶(hù) 用戶(hù)用此來(lái)對(duì)測(cè)距進(jìn)行相應(yīng)改正 但偽距差分很大程度上依賴(lài)兩站距離 隨著距離增加 其公共誤差減弱 如對(duì)流層 電離層 因此應(yīng)考慮距離因素 位置差分和距離差分的特點(diǎn) 位置差分差分改正計(jì)算的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單差分?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量少基準(zhǔn)站與流動(dòng)站要求觀測(cè)完全相同的一組衛(wèi)星距離差分差分改正計(jì)算的數(shù)學(xué)模型較復(fù)雜差分?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較多基準(zhǔn)站與流動(dòng)站不要求觀測(cè)完全相同的一組衛(wèi)星 單基準(zhǔn)站局域差分 結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)站 一個(gè) 數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶(hù)數(shù)學(xué)模型 差分改正數(shù)的計(jì)算方法 提供距離改正和距離改正的變率特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu) 模型簡(jiǎn)單缺點(diǎn) 差分范圍小 精度隨距基準(zhǔn)站距離的增加而下降 可靠性低 多基準(zhǔn)站局域差分 結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)站 多個(gè) 數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶(hù)數(shù)學(xué)模型 差分改正數(shù)的計(jì)算方法 加權(quán)平均偏導(dǎo)數(shù)法最小方差法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 差分精度高 可靠性高 差分范圍增大缺點(diǎn) 差分范圍仍然有限 模型不完善 多基準(zhǔn)站差分系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 廣域差分 結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)站 多個(gè) 數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶(hù)數(shù)學(xué)模型 差分改正數(shù)的計(jì)算方法 與普通差分不相同普通差分是考慮的是誤差的綜合影響廣域差分對(duì)各項(xiàng)誤差加以分離 建立各自的改正模型用戶(hù)根據(jù)自身的位置 對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行改正特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 差分精度高 差分精度與距離無(wú)關(guān) 差分范圍大缺點(diǎn) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 建設(shè)費(fèi)用高 位置差分原理 設(shè)已知基準(zhǔn)站的精密坐標(biāo) x0 y0 z0 可求坐標(biāo)改正數(shù) 用數(shù)據(jù)鏈發(fā)送出去 用戶(hù)接收機(jī)接收后改正 顧及用戶(hù)位置改正的瞬時(shí)變化 可得 用戶(hù)坐標(biāo)中消去了基準(zhǔn)站與用戶(hù)站的共同誤差 例如衛(wèi)星軌道誤差 SA影響 大氣影響等 優(yōu)點(diǎn) 計(jì)算簡(jiǎn)單 適用各種GPS接收機(jī) 缺點(diǎn) 要求觀測(cè)同一組衛(wèi)星 近距離可做到 距離較長(zhǎng)很難滿(mǎn)足 位置差分只適用于基準(zhǔn)站與用戶(hù)站相距100km以?xún)?nèi)的情況 偽距差分原理 差分定位是相對(duì)定位的一種特殊應(yīng)用 高精度相對(duì)定位采用的是載波相位測(cè)量定位 而差分定位則主要采用偽隨機(jī)碼偽距測(cè)量定位 其基本方法是 在定位區(qū)域內(nèi) 于一個(gè)或若干個(gè)已知點(diǎn)上設(shè)置GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站 連續(xù)跟蹤觀測(cè)視野內(nèi)所有可見(jiàn)的GPS衛(wèi)星偽距經(jīng)與已知距離比對(duì) 求出偽距修正值 稱(chēng)為差分修正參數(shù) 通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)路 按一定格式發(fā)播測(cè)區(qū)內(nèi)的所有待定點(diǎn)接收機(jī) 除跟蹤觀測(cè)GPS衛(wèi)星偽距外 同時(shí)還接收基準(zhǔn)站發(fā)來(lái)的偽距修正值 對(duì)相應(yīng)的GPS衛(wèi)星偽距進(jìn)行修正然后 用修正后的偽距進(jìn)行定位 差分定位在基準(zhǔn)站的支持下 利用差分修正參數(shù)改正觀測(cè)偽距大大消減衛(wèi)星星歷誤差 電離層和對(duì)流層延遲誤差及SA的影響 提高定位精度 實(shí)時(shí)定位精度可達(dá)10 15m 事后處理的定位精度可達(dá)3 5m差分定位需要數(shù)據(jù)傳播路線(xiàn) 用戶(hù)接收機(jī)要有差分?jǐn)?shù)據(jù)接口一個(gè)基準(zhǔn)站的控制距離約在200 300km范圍 偽距差分是目前用途最廣的一種差分技術(shù) 幾乎所有的商用差分GPS接收機(jī)均采用這種技術(shù) 已知基準(zhǔn)站精密坐標(biāo)和用星歷計(jì)算得到的某一時(shí)刻的衛(wèi)星坐標(biāo) 可計(jì)算衛(wèi)星到基準(zhǔn)站的真實(shí)距離 根據(jù)測(cè)量值可得偽距改正數(shù)及變化率 用戶(hù)的改正偽距即為 利用改正的偽距按觀測(cè)方程計(jì)算用戶(hù)坐標(biāo) 優(yōu)點(diǎn) 偽距改正是在 坐標(biāo)上進(jìn)行的 得到的是直接改正數(shù) 所以可到達(dá)很高的精度 可提供改正數(shù)及變化率 所以在未得到改正數(shù)的空隙內(nèi)能繼續(xù)精密定位 基準(zhǔn)站提供所有衛(wèi)星改正數(shù) 用戶(hù)只需接收 顆衛(wèi)星信號(hào) 結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單 缺點(diǎn) 與位置差分相似 偽距差分能將兩站公共誤差抵消但隨用戶(hù)到基準(zhǔn)站距離的增加又出現(xiàn)了系統(tǒng)誤差 這種誤差用任何差分法都是不能消除的 基準(zhǔn)站和用戶(hù)站間距離對(duì)偽距差分的精度有決定性影響 星歷提供的衛(wèi)星鐘與 時(shí)間不精確同步 衛(wèi)星實(shí)際位置和計(jì)算位置不一致兩地測(cè)量誤差始終有無(wú)法校正的剩余誤差 結(jié)論 用戶(hù)站和基準(zhǔn)站距離越大 用 差分得到的位置精度越低 衛(wèi)星位置誤差與 差分誤差成正比關(guān)系 擴(kuò)展偽距差分 廣域差分 在一個(gè)廣闊的地區(qū)內(nèi)提供高精度的差分 服務(wù) 將若干基準(zhǔn)站和主站組成差分 網(wǎng) 主站接收各個(gè)監(jiān)測(cè)站差分 信號(hào) 組合后形成擴(kuò)展區(qū)域內(nèi)的有效差分 改正電文 再把擴(kuò)展 改正信號(hào)發(fā)送出去給用戶(hù)接收機(jī) 擴(kuò)展偽距差分 廣域差分 廣域差分 的基本思想 對(duì) 觀測(cè)量的誤差源加以區(qū)分 將每一誤差源的數(shù)值通過(guò)數(shù)據(jù)鏈傳輸給用戶(hù)站 改正用戶(hù)站的 定位誤差引入電離層模型 對(duì)流層模型和衛(wèi)星星歷誤差估算 包括衛(wèi)星鐘差改正 擴(kuò)展偽距差分 廣域差分 誤差集中表現(xiàn)為三方面 星歷誤差 擴(kuò)展差分依賴(lài)區(qū)域精密定軌確定精密星歷取代廣播星歷 大氣時(shí)延誤差 電離層時(shí)延和對(duì)流層時(shí)延 廣域差分通過(guò)建立精密區(qū)域大氣時(shí)延模型 精確計(jì)算大氣時(shí)延量 改正模型衛(wèi)星鐘差誤差 廣域差分可計(jì)算出衛(wèi)星鐘各時(shí)刻的精密鐘表值 相位平滑偽距差分原理 偽距差分實(shí)際上是在測(cè)站之間求偽距觀測(cè)值的一次差 因而消除了兩偽距觀測(cè)值中所含有的共同的系統(tǒng)誤差 但是卻無(wú)法消除偽距觀測(cè)值中所含有的隨機(jī)誤差 從而限制了偽距差分定位的精度 載波相位測(cè)量的精度較測(cè)距碼偽距測(cè)量的精度高2個(gè)數(shù)量級(jí) 如果能用載波相位觀測(cè)值對(duì)偽距觀測(cè)值進(jìn)行修正 就可提高偽距定位的精度 但是載波相位整周數(shù)無(wú)法直接測(cè)得 因而難以直接利用載波觀測(cè)值 相位平滑偽距差分原理 雖然整周數(shù)無(wú)法獲得 但可由多普勒頻率計(jì)數(shù)獲得載波相位的變化信息 即可獲得偽距變化率的信息 可利用這一信息來(lái)輔助偽距差分定位 稱(chēng)為載波多普勒計(jì)數(shù)平滑偽距差分 另外 在同一顆衛(wèi)星的兩歷元間求差 可消除整周未知數(shù) 可利用歷元間的相位差觀測(cè)值對(duì)偽距進(jìn)行修正 即所謂的相位平滑偽距差分 載波相位差分原理 差分GPS的出現(xiàn) 能實(shí)時(shí)給定裁體的位置 精度為米級(jí) 滿(mǎn)足不了引航 水下測(cè)量等工程的要求 位置差分 偽距差分 偽距差分相位平滑等技術(shù)已成功地用于各種作業(yè)中隨之而來(lái)的是更加精密的測(cè)量技術(shù) 載波相位差分技術(shù) 載波相位差分技術(shù)建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站的載波相位基礎(chǔ)上的 它能實(shí)時(shí)提供觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo) 并達(dá)到厘米級(jí)的高精度 載波相位差分原理 與偽距差分原理相同 由基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)將其載波觀測(cè)量及站坐標(biāo)信息一同傳送給用戶(hù)站 用戶(hù)站接收GPS衛(wèi)星的載波相位與來(lái)自基準(zhǔn)站的載波相位 并組成相位差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理 能實(shí)時(shí)給出厘米級(jí)的定位結(jié)果 實(shí)現(xiàn)載波相位差分GPS的方法分為兩類(lèi) 修正法 與偽距差分相同 基準(zhǔn)站將載波相位修正量發(fā)送給用戶(hù)站 以改正其載波相位 然后求解坐標(biāo) 為準(zhǔn)RTK技術(shù) 差分法 后者將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶(hù)進(jìn)行求差解算坐標(biāo) 為真正的RTK技術(shù) 載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù) RTK RealTimeKinematic GPS技術(shù) 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài) RealTimeKinematic RTK 差分測(cè)量系統(tǒng) 是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng) 它是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新的突破 RTK測(cè)量技術(shù) 是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù) RTK測(cè)量技術(shù)是準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)與AROTF算法和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的 它完全可以達(dá)到 精度 速度 實(shí)時(shí) 可用 等各方面的要求 RTK RealTimeKinametic 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分 系統(tǒng)構(gòu)成參考站 基準(zhǔn)站 流動(dòng)站數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用 數(shù)據(jù)鏈 1 概述差分GPS定位系統(tǒng)是由一個(gè)基準(zhǔn)站和多個(gè)用戶(hù)臺(tái)組成 基準(zhǔn)站與用戶(hù)臺(tái)之間的聯(lián)系 即由基準(zhǔn)站計(jì)算出的改正數(shù)發(fā)送到用戶(hù)臺(tái)的手段是靠數(shù)據(jù)鏈完成的 數(shù)據(jù)鏈由調(diào)制解調(diào)器和電臺(tái)組成 調(diào)制解調(diào)器是將改正數(shù)進(jìn)行編碼和調(diào)制 然后輸入到電臺(tái)上發(fā)射出去 用戶(hù)臺(tái)將其接收下來(lái) 并將數(shù)據(jù)解調(diào)后 送入GPS接收機(jī)進(jìn)行改正 電臺(tái)是將調(diào)制后的數(shù)據(jù)變成強(qiáng)大的電磁波輻射出去 能在作用范圍內(nèi)提供足夠的信號(hào)強(qiáng)度 使用戶(hù)臺(tái)能可靠地接收 發(fā)射頻率和輻射功率的選擇是數(shù)據(jù)鏈的重要問(wèn)題 它視作用距離而定 根據(jù)已建立的各種無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)射頻率和作用距離 將通信設(shè)備分為直接波傳輸和地波傳輸兩大類(lèi) 2 RS 232接口GPS接收機(jī)和調(diào)制解調(diào)器間通信一般采用它 3 調(diào)制解調(diào)器差分GPS數(shù)據(jù)鏈中常用的三種調(diào)制方式 FSK MSK和GMSK4 糾錯(cuò)編碼是提高數(shù)字傳輸可靠性的一項(xiàng)技術(shù) 是正確傳輸差分GPS改正信號(hào)的重要手段 避免錯(cuò)誤出現(xiàn)必須差錯(cuò)控制 其關(guān)鍵是糾錯(cuò)編碼 思想 一是譯碼糾錯(cuò) 二是出錯(cuò)反饋重發(fā)糾錯(cuò) 1 前向糾錯(cuò)FEC不需要反饋 適用于單向信道 譯碼設(shè)備復(fù)雜 2 檢錯(cuò)重傳ARQ冗余碼少 譯碼簡(jiǎn)單 需雙向信道 3 混合差錯(cuò)控制HEC避免FEC譯碼復(fù)雜又不適應(yīng)信道變化缺點(diǎn) 又克服ARQ信息連貫差通信效率低的缺點(diǎn) 4 信息反饋IRQ不用糾錯(cuò) 檢錯(cuò)編譯碼 有可能造成不必要的重復(fù) 衛(wèi)星導(dǎo)航差分系統(tǒng)由基準(zhǔn)站 計(jì)算中心 通信鏈路和用戶(hù)設(shè)備組成 差分技術(shù)用于飛機(jī)進(jìn)近和著陸 機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的最低標(biāo)準(zhǔn)分為著陸最低標(biāo)準(zhǔn)和起飛最低標(biāo)準(zhǔn) 而進(jìn)場(chǎng)著陸是飛行中最為重要的階段在飛機(jī)進(jìn)近階段尤其下滑著陸時(shí) 對(duì)定位精度的要求大幅度提高目前的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用嚴(yán)格意義上的差分定位技術(shù)或載波相位測(cè)量技術(shù) 飛機(jī)的降落過(guò)程示意圖 差分GPS著陸系統(tǒng) 1 周跳產(chǎn)生接收機(jī)能記錄下初始時(shí)刻到任一觀測(cè)時(shí)刻的整周數(shù)記不足一周的小數(shù)部分 周跳就是由于衛(wèi)星信號(hào)的失鎖而使載波相位差觀測(cè)值中的整周計(jì)數(shù)所發(fā)生的突變 周跳產(chǎn)生情況 信號(hào)被障礙物暫時(shí)遮擋 接收機(jī)瞬時(shí)故障 周跳的探測(cè)與修復(fù) 整周跳變 周跳 CycleSlips 在某一特定時(shí)刻的載波相位觀測(cè)值為如果在觀測(cè)過(guò)程接收機(jī)保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)跟蹤 則整周模糊度將保持不變 整周計(jì)數(shù)也將保持連續(xù) 但當(dāng)由于某種原因使接收機(jī)無(wú)法保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)跟蹤時(shí) 在衛(wèi)星信號(hào)重新被鎖定后 將發(fā)生變化 而也不會(huì)與前面的值保持連續(xù) 這一現(xiàn)象稱(chēng)為整周跳變 產(chǎn)生周跳的原因 信號(hào)被遮擋 導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法被跟蹤儀器故障 導(dǎo)致差頻信號(hào)無(wú)法產(chǎn)生衛(wèi)星信號(hào)信噪比過(guò)低 導(dǎo)致整周計(jì)數(shù)錯(cuò)誤接收機(jī)在高速動(dòng)態(tài)的環(huán)境下進(jìn)行觀測(cè) 導(dǎo)致接收機(jī)無(wú)法正確跟蹤衛(wèi)星信號(hào)衛(wèi)星瞬時(shí)故障 無(wú)法產(chǎn)生信號(hào) 周跳的特點(diǎn) 只影響整周計(jì)數(shù) 周跳為波長(zhǎng)的整數(shù)倍將影響從周跳發(fā)生時(shí)刻 歷元 之后的所有觀測(cè)值 周跳將使周跳發(fā)生后的所有觀測(cè)值包含相同的整周計(jì)數(shù)錯(cuò)誤 依信號(hào)失鎖時(shí)間長(zhǎng)短 周跳有兩種類(lèi)型 一種為信號(hào)失鎖可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間 因?yàn)樵擃w衛(wèi)星在失鎖期間 就不再有相位差觀測(cè)值 所以周跳容易識(shí)別 另一種信號(hào)失鎖可能發(fā)生在兩相鄰歷元之間 則在失鎖前后 每個(gè)歷元都有包括整數(shù)和小數(shù)部分的相位差觀測(cè)值 然而整周已發(fā)生突變 不相銜接 所出現(xiàn)的周跳可能小至1周 也可能大至數(shù)百周 解決周跳問(wèn)題的方法 探測(cè)與修復(fù)設(shè)法找出周跳發(fā)生的時(shí)間和大小參數(shù)法將周跳標(biāo)記出來(lái) 引入周跳參數(shù) 進(jìn)行解算 周跳的出現(xiàn)和處理是載波相位測(cè)量中的重要問(wèn)題 整周跳變的探測(cè)與修復(fù)常用的方法有下列幾種方法 1 屏幕掃描法 也就是手工編輯 2 衛(wèi)星間求差法3 多項(xiàng)式擬合法4 根據(jù)平差后的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)整周跳變 解決周跳問(wèn)題的方法 周跳的探測(cè) 修復(fù)方法 屏幕掃描法方法 人工在屏幕上觀察觀測(cè)值曲線(xiàn)的變化是否連續(xù) 特點(diǎn)費(fèi)時(shí) 只能發(fā)現(xiàn)大周跳 由于原始的載波觀測(cè)值變化很快 通常觀察的是某種觀測(cè)值的組合 如 周跳的探測(cè) 修復(fù)方法 高次差法 周跳的探測(cè) 修復(fù)方法 續(xù) 高次差法的原理由于衛(wèi)星和接收機(jī)間的距離在不斷變化 因而載波相位測(cè)量的觀測(cè)值N0 Int Fr 也隨時(shí)間在不斷變化 但這種變化應(yīng)是有規(guī)律的 平滑的 周跳將破壞這種規(guī)律性 對(duì)于GPS衛(wèi)星而言 當(dāng)求至四次差時(shí) 其值已趨向于零 殘留的四次差主要是由接收機(jī)的鐘誤差等因素引起的 周跳的探測(cè) 修復(fù)方法 續(xù) 高次差法的問(wèn)題接收機(jī)鐘差對(duì)此方法有效性的影響克服接收機(jī)鐘差影響的方法 衛(wèi)星間求差 周跳的探測(cè) 修復(fù)方法 續(xù) 高次差法的問(wèn)題即使發(fā)現(xiàn)相位觀測(cè)值中存在數(shù)周的不規(guī)則變化 也很難判斷是否存在周跳 所以雙差觀測(cè)值被廣泛采用 周跳的探測(cè) 修復(fù)方法 多項(xiàng)式擬合法 為了便于用計(jì)算機(jī)計(jì)算 常采用多項(xiàng)式擬合的方法 即根據(jù)n個(gè)相位測(cè)量觀測(cè)值擬合一個(gè)n階多項(xiàng)式 據(jù)此多項(xiàng)式來(lái)預(yù)估下一個(gè)觀測(cè)值并與實(shí)測(cè)值比較 從而來(lái)發(fā)現(xiàn)周跳并修正整周計(jì)數(shù) 這種方法實(shí)質(zhì)上和上面介紹的高次差法是相像的 但便于計(jì)算 周跳的探測(cè) 修復(fù)方法 續(xù) 多項(xiàng)式擬合法的應(yīng)用特點(diǎn)由于四次差或五次差一般巳呈偶然誤差特性 無(wú)法再用函數(shù)來(lái)加以擬合 所以用多項(xiàng)式擬合時(shí)通常也只需取至4 5階即可 觀測(cè)值可以是真正的 非差 相位觀測(cè)值 也可以是經(jīng)線(xiàn)性組合后的虛擬觀測(cè)值 單差觀測(cè)值和雙差觀測(cè)值 周跳的探測(cè) 修復(fù)方法 殘差法方法根據(jù)平差后的殘差 進(jìn)行周跳的探測(cè)與修復(fù)特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)小周跳 載波相位雙差觀測(cè)值的殘差圖 整周模糊度的確定 在載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的精密定位中 初始整周模糊度的確定是定位的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題 只要整周模糊度確定了 只要同步觀測(cè)4顆衛(wèi)星 利用一個(gè)歷元也可定位 因此在載波相位測(cè)量中 如果能預(yù)先求解出整周模糊度 就可使觀測(cè)時(shí)段大大縮短 經(jīng)典方法可能需要幾個(gè)小時(shí) 而快速方法可能只需要幾分鐘 經(jīng)平差計(jì)算 求得的整周模糊度解為實(shí)數(shù)解 可實(shí)際整周數(shù)為整數(shù) 需要處理 整周未知數(shù) 整周模糊度 Ambiguity 確定整周未知數(shù)N0是載波相位測(cè)量的一項(xiàng)重要工作 常用的方法有下列幾種 1 偽距法2 經(jīng)典方法 將整周未知數(shù)作為待定參數(shù)求解3 多普勒法 三差法 4 快速確定整周未知數(shù)法 整周模糊度的確定 1 偽距法偽距法是在進(jìn)行載波相位測(cè)量的同時(shí)又進(jìn)行了偽距測(cè)量 將偽距觀測(cè)值減去載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值 化為以距離為單位 后即可得到 N0 但由于偽距測(cè)量的精度較低 所以要有較多的觀測(cè)值取平均值后才能獲得正確的整波段數(shù) 整周模糊度的確定 2 經(jīng)典方法把整周未知數(shù)當(dāng)作平差計(jì)算中的待定參數(shù)來(lái)加以估計(jì)和確定 分兩種方法 1 整數(shù)解由于誤差影響 解得得整周未知數(shù)往往不是一個(gè)整數(shù) 然后將其固定為整數(shù) 并重新進(jìn)行平差計(jì)算 也稱(chēng)為固定解 fixedsolution 2 實(shí)數(shù)解當(dāng)誤差消除得不夠完全時(shí) 整周未知數(shù)無(wú)法估計(jì)很準(zhǔn)確 此時(shí)直接將實(shí)數(shù)解作為最后解 也稱(chēng)為浮點(diǎn)解 floatingsolution 整周模糊度的確定 3 多普勒法 三差法 由于連續(xù)跟蹤的所有載波相位測(cè)量觀測(cè)值中均含有相同的整周未知數(shù) 所以將相鄰兩個(gè)觀測(cè)歷元的載波相位相減 就將該未知數(shù)消去 從而直接接觸坐標(biāo)參數(shù) 這就是多普勒法 由于三差法可以消除許多誤差 所以使用較廣泛 整周模糊度的確定 4 快速確定整周位置數(shù)法1990年E Frei和G Beutler提出了快速模糊度 即整周未知數(shù) 解算法進(jìn)行快速定位的方法 采用這種方法進(jìn)行短基線(xiàn)定位時(shí) 利用雙頻接收機(jī)只需觀測(cè)一分鐘便能成功的確定整周未知數(shù) 整周模糊度的確定 靜態(tài)相對(duì)定位中常用的幾種方法 一 整數(shù)解 基本方法1 求初始解確定基線(xiàn)向量的實(shí)數(shù)解和整周未知數(shù)的實(shí)數(shù)解2 將整周模糊度固定為整數(shù)3 求固定解二 實(shí)數(shù)解 基線(xiàn)較長(zhǎng) 誤差相關(guān)性減弱 初始解的誤差將隨之增大 從而使模糊度參數(shù)很難固定 整數(shù)化的意義不大 靜態(tài)相對(duì)定位中常用的幾種方法 待定參數(shù)法 經(jīng)典方法1 取整法2 置信區(qū)間法XNi為模糊度的實(shí)數(shù)解mXNi s0 QNiNi 1 2為該參數(shù)的中誤差置信區(qū)間為 XNi b mXNi XNi b mXNi b xt f 2 根據(jù)自由度 f n u 和置信水平 1 從t分布的數(shù)值表中查取 如 f 2500 1 99 9 b 3 28整數(shù)解在置信區(qū)間之內(nèi) 快速模糊度解算法 FARA 由瑞士的E Frei和G Beutler提出過(guò)程 快速模糊度解算法 FARA 1 搜索候選模糊度 根據(jù)P XNi XNAi bmXNi 1 XNi為模糊度的實(shí)數(shù)解XNAi為相應(yīng)的候選整數(shù)解mXNi s0 qNiNi 1 2為該參數(shù)的中誤差b xt f 2 根據(jù)自由度 f n u 和置信水平 1 從t分布的數(shù)值表中查取 這樣將 XNi b mXNi XNi b mXNi 中的所有模糊度值挑選出來(lái) 構(gòu)成很多候選模糊度組合 快速模糊度解算法 FARA 2 確定最優(yōu)整數(shù)模糊度組合 快速模糊度解算法 FARA 3 對(duì)備選模糊度組合進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)1 互差檢驗(yàn) 對(duì)XNAik XNAi XNAk進(jìn)行檢核 P XNijk XNAik b mxNik 1 整數(shù)模糊度實(shí)數(shù)差 XNik XNi XNk i k 1 2 r i k 對(duì)應(yīng)的候選整數(shù)模糊度差 XNAik XNAi XNAkmXNik s0 qNiNi 2qNiNk