第8章GPS定位方法

1、第8章 GPS定位的方法定位的方法一、按參考點(diǎn)的不同位置劃分一、按參考點(diǎn)的不同位置劃分81 GPS定位方法分類定位方法分類1）絕對定位（單點(diǎn)）絕對定位（單點(diǎn)定位）：在地球協(xié)議定位）：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測坐標(biāo)系中，確定觀測點(diǎn)相對地球質(zhì)心的位點(diǎn)相對地球質(zhì)心的位置，即在置，即在WGS-84坐坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。標(biāo)系中的坐標(biāo)。2）相對定位：）相對定位：靜態(tài)相對定位靜態(tài)相對定位流動站流動站動態(tài)相對定位動態(tài)相對定位基準(zhǔn)站基準(zhǔn)站確定觀測站與地面某一參考點(diǎn)之間的相對位置。確定觀測站與地面某一參考點(diǎn)之間的相對位置。靜態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)位置靜止不靜態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)位置靜止不動，是固定的。

2、靜止?fàn)顟B(tài)只是相對的，在衛(wèi)動，是固定的。靜止?fàn)顟B(tài)只是相對的，在衛(wèi)星大地測量中的靜止?fàn)顟B(tài)通常是指待定點(diǎn)的星大地測量中的靜止?fàn)顟B(tài)通常是指待定點(diǎn)的位置相對其周圍點(diǎn)位沒有發(fā)生變化，或變化位置相對其周圍點(diǎn)位沒有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測期內(nèi)可以忽略。極其緩慢，以致在觀測期內(nèi)可以忽略。動態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)天線處于運(yùn)動態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)天線處于運(yùn)動狀態(tài)。動狀態(tài)。在絕對定位和相對定位中，又都包含靜態(tài)和動在絕對定位和相對定位中，又都包含靜態(tài)和動態(tài)兩種形式。態(tài)兩種形式。二、按接收機(jī)作業(yè)時所處的狀態(tài)劃分二、按接收機(jī)作業(yè)時所處的狀態(tài)劃分1. 靜態(tài)測量方法靜態(tài)測量方法 將幾臺將幾臺GPSGP

3、S接收機(jī)安置在基線端點(diǎn)上，保持接收機(jī)安置在基線端點(diǎn)上，保持固定不動，同步觀測固定不動，同步觀測4 4顆以上衛(wèi)星?？捎^測數(shù)顆以上衛(wèi)星?？捎^測數(shù)個時段，每時段觀測十幾分鐘至個時段，每時段觀測十幾分鐘至1 1小時左右。小時左右。最后將觀測數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)軟件解算得最后將觀測數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)軟件解算得各點(diǎn)坐標(biāo)。各點(diǎn)坐標(biāo)。 精度精度 水平：水平： 5mm + 1ppm x D 垂直：垂直： 10mm + 2ppm x D 4545分鐘分鐘 /15 /15秒采樣率觀測秒采樣率觀測5 5顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星6060分鐘分鐘 /15/15秒采樣率觀測秒采樣率觀測4 4顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星常規(guī)靜態(tài)測量常規(guī)靜態(tài)測量用途：用途

4、： 是精度最高的作業(yè)模式。主要用于大地測是精度最高的作業(yè)模式。主要用于大地測量、控制測量、變形監(jiān)測、工程測量。量、控制測量、變形監(jiān)測、工程測量。 精度精度 水平水平 5mm + 1ppm x D 垂直垂直 10mm + 2ppm x D2020分鐘分鐘 /5 /5秒采樣率觀測秒采樣率觀測6 6顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星3030分鐘分鐘 /5/5秒采樣率觀測秒采樣率觀測4 4顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星快速靜態(tài)測量快速靜態(tài)測量用途：用途：主要用于圖根控制測量、工程測量。主要用于圖根控制測量、工程測量。2. 動態(tài)測量方法動態(tài)測量方法先建立一個基準(zhǔn)站，并在其上安置接收機(jī)連先建立一個基準(zhǔn)站，并在其上安置接收機(jī)連續(xù)觀測可見衛(wèi)星，另一

5、臺接收機(jī)在第續(xù)觀測可見衛(wèi)星，另一臺接收機(jī)在第1 1點(diǎn)靜止觀點(diǎn)靜止觀測數(shù)分鐘后，在其他點(diǎn)依次觀測數(shù)秒。最后將測數(shù)分鐘后，在其他點(diǎn)依次觀測數(shù)秒。最后將觀測數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)軟件解算得各點(diǎn)坐標(biāo)。觀測數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)軟件解算得各點(diǎn)坐標(biāo)。動態(tài)相對定位的作業(yè)范圍一般不能超過動態(tài)相對定位的作業(yè)范圍一般不能超過15km15km。用途：用途：適用于精度要求不高的碎部測量。適用于精度要求不高的碎部測量。精度：可達(dá)到（精度：可達(dá)到（1020mm+1ppm） 精度精度 水平：水平：10mm + 2ppm x D 垂直：垂直：20mm + 2ppm x D 初始化（初始化（20-6020-60分鐘）分鐘） 已知點(diǎn)已知

6、點(diǎn) . . 未知點(diǎn)未知點(diǎn) A A . . 未知點(diǎn)未知點(diǎn) B B . 未知點(diǎn)未知點(diǎn) C C . . 未知點(diǎn)未知點(diǎn) D D準(zhǔn)動態(tài)測量準(zhǔn)動態(tài)測量（停（停-走測量）走測量） 初始化（初始化（20-6020-60分鐘）分鐘） 已知點(diǎn)已知點(diǎn) . 未知點(diǎn)未知點(diǎn) 未知點(diǎn)未知點(diǎn) 記錄數(shù)據(jù)不需停留記錄數(shù)據(jù)不需停留精度精度 水平：水平：10mm + 2ppm x D 垂直：垂直：20mm + 2ppm x D連續(xù)動態(tài)測量連續(xù)動態(tài)測量三、按處理時效劃分三、按處理時效劃分1 1）后處理）后處理所有觀測完成以后，同時進(jìn)所有觀測完成以后，同時進(jìn)行解算，計(jì)算所有觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。行解算，計(jì)算所有觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。2 2）實(shí)時

7、動態(tài)）實(shí)時動態(tài)每個點(diǎn)觀測完成后立即進(jìn)每個點(diǎn)觀測完成后立即進(jìn)行解算，實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)坐標(biāo)的實(shí)時計(jì)算、實(shí)行解算，實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)坐標(biāo)的實(shí)時計(jì)算、實(shí)時輸出。時輸出。實(shí)時動態(tài)定位（實(shí)時動態(tài)定位（RTK） 在基準(zhǔn)站和流動站間進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)在基準(zhǔn)站和流動站間進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)坐標(biāo)的實(shí)時計(jì)算、實(shí)時輸出?，F(xiàn)各點(diǎn)坐標(biāo)的實(shí)時計(jì)算、實(shí)時輸出。 nRTK Real Time Kinematic（實(shí)時動態(tài)）nRTK Real Time Kinematic（實(shí)時動態(tài)）82 GPS定位定位誤差及應(yīng)對方法誤差及應(yīng)對方法GPS測量也必然會有各種誤差測量也必然會有各種誤差包括：包括：n與衛(wèi)星有關(guān)的誤差、n與傳播途徑有關(guān)的誤差、n與

8、接收設(shè)備有關(guān)的誤差等方面可以采用計(jì)算或改善觀測條件的方可以采用計(jì)算或改善觀測條件的方法消除或減弱法消除或減弱一、一、GPS測量的誤差源測量的誤差源n與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星鐘差相對論效應(yīng)n與傳播途徑有關(guān)的誤差電離層延遲對流層延遲多路徑效應(yīng)n與接收設(shè)備有關(guān)的誤差接收機(jī)天線相位中心的偏移和變化接收機(jī)鐘差接收機(jī)內(nèi)部噪聲GPS誤差源二、二、GPS測量誤差特點(diǎn)測量誤差特點(diǎn)偶然誤差（噪聲偶然誤差（噪聲 - Noise）內(nèi)容內(nèi)容n衛(wèi)星信號發(fā)生部分的隨機(jī)噪聲衛(wèi)星信號發(fā)生部分的隨機(jī)噪聲n接收機(jī)信號接收處理部分的隨機(jī)噪聲接收機(jī)信號接收處理部分的隨機(jī)噪聲n其它外部某些具有隨機(jī)特征的影響其它外部某些具有隨機(jī)特

9、征的影響特點(diǎn)特點(diǎn)n隨機(jī)隨機(jī)n量級小量級小 毫米級毫米級系統(tǒng)誤差（偏差系統(tǒng)誤差（偏差 - Bias）內(nèi)容內(nèi)容n其它具有某種系統(tǒng)性特征的誤差其它具有某種系統(tǒng)性特征的誤差特點(diǎn)特點(diǎn)n具有某種系統(tǒng)性特征具有某種系統(tǒng)性特征n量級大量級大 最大可達(dá)數(shù)百米最大可達(dá)數(shù)百米單頻C/A碼的誤差大小1-sigma 誤差，單位 m 誤差來源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 2.0 0.7 2.1 電離層 4.0 0.5 4.0 對流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測 0.5 0.2 0.5 用戶等效距離誤差(UERE), rms 5.1 1.4 5

10、.3 濾波后的 UERE，rms 5.1 0.4 5.1 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5 12.8 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 10.2 雙頻雙頻P/Y碼碼的誤差大小的誤差大小1-sigma 誤差，單位 m 誤差來源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 2.0 0.7 2.1 電離層 1.0 0.7 1.2 對流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測 0.5 0.2 0.5 用戶等效距離誤差(UERE), rms 3.3 1.5 3.6 濾波后的 UERE，rms 3.3 0.4 3.3 1-sig

11、ma 垂直誤差VDOP = 2.5 8.3 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 6.6 三、各類誤差的處理方法三、各類誤差的處理方法 1. 模型改正法模型改正法原理：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對觀測值進(jìn)行修正適用情況：對誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式所針對的誤差源相對論效應(yīng)、電離層延遲、對流層延遲、衛(wèi)星鐘差限制：有些誤差難以模型化改正后的觀測值=原始觀測值+模型改正2.求差法求差法原理：通過觀測值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測值中所包含的相同或相似的誤差影響適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時間或其它類型的相關(guān)性。所針對的誤差源：如電流層延遲，對流層延遲，衛(wèi)星軌道誤差限制：空間相關(guān)性將隨著測站間距離的增加而減弱3.參數(shù)法參數(shù)法原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來適用情況：幾乎適用于任何的情況限制：不能同時將所有影響均作為參數(shù)來估計(jì)4.回避法回避法原理：選擇合適的觀測地點(diǎn)，避開易產(chǎn)生誤差的環(huán)境；采用特殊的觀測方法；采用特殊的硬件設(shè)備，消除或減弱誤差的影響適用情況：