GPS差分定位基本原理

1、*GPS差分定位基本原理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)，計算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實時地將這一改正數(shù)發(fā)送。用戶不但接收GPS信號，同時也接收基準(zhǔn)站的改正數(shù)，并對其定位結(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)站移動目標(biāo)修正量jjRiRiiiontropc tddjjRiRiiiontropPPc tdd誤差誤差jjMiP修正jjMiMiiiontropc tdd*概述概述*差分GPS產(chǎn)生的誘因：絕對定位精度不能滿足要求*GPS絕對定位的精度受多種誤差因素的影響，完全滿足某些特殊應(yīng)用的要求*美國的G

2、PS政策對GPS絕對定位精度的影響（選擇可用性SA）SA關(guān)閉前后關(guān)閉前后GPS絕對定位精度的變化絕對定位精度的變化*概述概述*差分GPS（DGPS Differential GPS）*利用設(shè)置在坐標(biāo)已知的點（基準(zhǔn)站）上的GPS接收機(jī)測定GPS測量定位誤差，用以提高在一定范圍內(nèi)其它GPS接收機(jī)（流動站）測量定位精度的方法*RTCM-104格式*影響絕對定位精度的主要誤差影響絕對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（對流層延遲、對流層延遲）*多路徑效應(yīng)*對定位精度的影響PDOP：Position Dilution of Precision ,位置精度衰減因子PDOPPDO

3、P1定位精度等效距離誤差通常大于 。*差分差分GPS的基本原理的基本原理*誤差的空間相關(guān)性*以上各類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)精確已知的點上）測定具有空間相關(guān)性的誤差或其對測量定位結(jié)果的影響，供流動站改正其觀測值或定位結(jié)果*差分改正數(shù)的類型*距離改正數(shù)：利用基準(zhǔn)站坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷可計算出站星間的計算距離，計算距離減去觀測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GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測，確定出測站的觀測坐標(biāo)，測站的已知坐標(biāo)與觀測坐標(biāo)之差即為位置的改正數(shù)。*差分差分GPS對測量定位精度的

4、改進(jìn)對測量定位精度的改進(jìn)*差分差分GPS的分類的分類*根據(jù)時效性*實時差分*事后差分*根據(jù)觀測值類型*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 Local Area DGPS）*單基準(zhǔn)站差分*多基準(zhǔn)站差分*廣域差分（WADGPS Wide Area DGPS）位置差分位置差分距離差分距離差分距距離離改改正正坐坐標(biāo)標(biāo)改改正正用戶接收到坐標(biāo)改正數(shù)對其計算得到的坐標(biāo)進(jìn)行改正。經(jīng)過坐標(biāo)改正后的用戶坐標(biāo)已經(jīng)消去了基準(zhǔn)站與用戶的共同誤差，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是一種最簡單的差分方法。安置在已

5、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。*位置差分原理位置差分原理設(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，用戶接收機(jī)接收后改正：顧及用戶位置改正的瞬時變化，可得：用戶坐標(biāo)中消去了基準(zhǔn)站與用戶站的共同誤差，例如衛(wèi)星軌道誤差、SA影響、大氣影響等。優(yōu)點：計算簡單，適用各種GPS接收機(jī)。缺點：要求觀測同一組衛(wèi)星，近距離可做到，距離較長很難滿足。位置差分只適用于基準(zhǔn)站與用戶站相距100km以內(nèi)的情況。*偽距差分偽距差分偽距差分時目前應(yīng)用最為廣泛的一種差分定位技術(shù)。通過在基準(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量距離比較，并將

6、測距誤差傳輸給用戶，用戶用此來對測距進(jìn)行相應(yīng)改正。但偽距差分很大程度上依賴兩站距離，隨著距離增加，其公共誤差減弱，如對流層、電離層，因此應(yīng)考慮距離因素。*差分定位是相對定位的一種特殊應(yīng)用。*高精度相對定位采用的是載波相位測量定位，而差分定位則主要采用偽隨機(jī)碼偽距測量定位。*其基本方法是：*在定位區(qū)域內(nèi)，于一個或若干個已知點上設(shè)置GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，連續(xù)跟蹤觀測視野內(nèi)所有可見的GPS衛(wèi)星偽距*經(jīng)與已知距離比對，求出偽距修正值（稱為差分修正參數(shù)），通過數(shù)據(jù)傳輸線路，按一定格式發(fā)播*測區(qū)內(nèi)的所有待定點接收機(jī)，除跟蹤觀測GPS衛(wèi)星偽距外，同時還接收基準(zhǔn)站發(fā)來的偽距修正值，對相應(yīng)的GPS衛(wèi)星偽距進(jìn)行

7、修正*然后，用修正后的偽距進(jìn)行定位*偽距差分原理偽距差分原理*差分定位在基準(zhǔn)站的支持下，利用差分修正參數(shù)改正觀測偽距*大大消減衛(wèi)星星歷誤差、電離層和對流層延遲誤差及SA的影響，提高定位精度。*實時定位精度可達(dá)1015m，事后處理的定位精度可達(dá)35m*差分定位需要數(shù)據(jù)傳播路線，用戶接收機(jī)要有差分?jǐn)?shù)據(jù)接口*一個基準(zhǔn)站的控制距離約在200300km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)和用星歷計算得到的某一時刻的衛(wèi)星坐標(biāo)，可計算衛(wèi)星到基準(zhǔn)站的真實距離：根據(jù)測量值可得偽距改正數(shù)及變化率：用戶的改正偽距即為：利用改正的偽距按觀測方程計

8、算用戶坐標(biāo)優(yōu)點：*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)，用戶只需接收顆衛(wèi)星信號，結(jié)構(gòu)可簡單。缺點：*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)站和用戶站間距離對偽距差分的精度有決定性影響。*星歷提供的衛(wèi)星鐘與時間不精確同步，衛(wèi)星實際位置和計算位置不一致*兩地測量誤差始終有無法校正的剩余誤差。結(jié)論：*用戶站和基準(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。

9、 *位置差分和距離差分的特位置差分和距離差分的特點點*位置差分*差分改正計算的數(shù)學(xué)模型簡單*差分?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量少*基準(zhǔn)站與流動站要求觀測完全相同的一組衛(wèi)星*距離差分*差分改正計算的數(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)站與流動站不要求觀測完全相同的一組衛(wèi)星*單基準(zhǔn)站局域差分單基準(zhǔn)站局域差分*結(jié)構(gòu)*基準(zhǔn)站（一個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶*數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計算方法）*提供距離改正和距離改正的變率*特點*優(yōu)點：結(jié)構(gòu)、模型簡單*缺點：差分范圍小，精度隨距基準(zhǔn)站距離的增加而下降，可靠性低基準(zhǔn)基準(zhǔn)站站數(shù)據(jù)通數(shù)據(jù)通訊鏈訊鏈流動站流動站（用戶）（用戶）()( )iidVV ttV ttdtdVVdt為距離改

10、正數(shù)；為距離改正數(shù)的變率。*多基準(zhǔn)站局域差分多基準(zhǔn)站局域差分*結(jié)構(gòu)*基準(zhǔn)站（多個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶*數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計算方法）*加權(quán)平均*偏導(dǎo)數(shù)法*最小方差法*特點*優(yōu)點：差分精度高、可靠性高，差分范圍增大*缺點：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)多基準(zhǔn)站差分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)*廣域差分廣域差分*結(jié)構(gòu)*基準(zhǔn)站（多個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶*數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計算方法）*與普通差分不相同*普通差分是考慮的是誤差的綜合影響*廣域差分對各項誤差加以分離，建立各自的改正模型*用戶根據(jù)自身的位置，對觀測值進(jìn)行改正*特點*優(yōu)點：差分精度高、差分精度與距離無關(guān)、差分范圍大*缺點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建

11、設(shè)費用高擴(kuò)展偽距差分（廣域差分）*在一個廣闊的地區(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)。*主站接收各個監(jiān)測站差分信號，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)展改正信號發(fā)送出去給用戶接收機(jī)。擴(kuò)展偽距差分（廣域差分）*廣域差分的基本思想:*對觀測量的誤差源加以區(qū)分，將每一誤差源的數(shù)值通過數(shù)據(jù)鏈傳輸給用戶站，改正用戶站的定位誤差*引入電離層模型、對流層模型和衛(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)展差分依賴區(qū)域精密定軌確定精密星歷取代廣播星歷。*大氣時延誤差（電離層時延和對流層時延）：廣域差分通過建立精密區(qū)域大氣時延模

12、型，精確計算大氣時延量。改正模型*衛(wèi)星鐘差誤差：廣域差分可計算出衛(wèi)星鐘各時刻的精密鐘表值。*相位平滑偽距差分原理相位平滑偽距差分原理*偽距差分實際上是在測站之間求偽距觀測值的一次差，因而消除了兩偽距觀測值中所含有的共同的系統(tǒng)誤差，但是卻無法消除偽距觀測值中所含有的隨機(jī)誤差，從而限制了偽距差分定位的精度。*載波相位測量的精度較測距碼偽距測量的精度高2個數(shù)量級，如果能用載波相位觀測值對偽距觀測值進(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)無法直接測得，因而難以直接利用載波觀測值。*相位平滑偽距差分原理相位平滑偽距差分原理*雖然整周數(shù)無法獲得，但可由多普勒頻率計數(shù)獲得載波相位的變化信息，即可

13、獲得偽距變化率的信息，可利用這一信息來輔助偽距差分定位，稱為載波多普勒計數(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值對偽距進(jìn)行修正，即所謂的相位平滑偽距差分。*載波相位差分原理載波相位差分原理*差分GPS的出現(xiàn)，能實時給定裁體的位置，精度為米級，滿足不了引航、水下測量等工程的要求。*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*隨之而來的是更加精密的測量技術(shù)載波相位差分技術(shù)。*載波相位差分技術(shù)建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎(chǔ)上的。*它能實時提供觀測點的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級的高精度。*載波相位差分原理載波相位差分原理*

14、與偽距差分原理相同，由基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈實時將其載波觀測量及站坐標(biāo)信息一同傳送給用戶站。*用戶站接收GPS衛(wèi)星的載波相位與來自基準(zhǔn)站的載波相位并組成相位差分觀測值進(jìn)行實時處理，能實時給出厘米級的定位結(jié)果。*實現(xiàn)載波相位差分GPS的方法分為兩類：*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)送給用戶進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。為真正的RTK技術(shù)。*載波相位實時動態(tài)差分技術(shù)載波相位實時動態(tài)差分技術(shù)RTK（Real Time Kinematic）GPS技術(shù)技術(shù)*實時動態(tài)（Real Time KinematicRT

15、K）差分測量系統(tǒng)，是GPS測量技術(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測量技術(shù)發(fā)展中的一個新的突破。*RTK 測量技術(shù)，是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS測量技術(shù)。*RTK 測量技術(shù)是準(zhǔn)動態(tài)測量技術(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、實時、可用”等各方面的要求。*RTK Real Time Kinametic（實時動態(tài)差分）（實時動態(tài)差分）* 系統(tǒng)構(gòu)成 參考站（基準(zhǔn)站） 流動站 數(shù)據(jù)鏈*應(yīng)用*數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)鏈1概述* 差分GPS定位系統(tǒng)是由一個基準(zhǔn)站和多個用戶臺組成。基準(zhǔn)站與用戶臺之間的聯(lián)系，即由基準(zhǔn)站計算出的改正數(shù)發(fā)送到用戶臺的手段是靠數(shù)據(jù)

16、鏈完成的。數(shù)據(jù)鏈由調(diào)制解調(diào)器和電臺組成。*調(diào)制解調(diào)器是將改正數(shù)進(jìn)行編碼和調(diào)制，然后輸入到電臺上發(fā)射出去。用戶臺將其接收下來，并將數(shù)據(jù)解調(diào)后，送入GPS接收機(jī)進(jìn)行改正。*電臺是將調(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)提供足夠的信號強(qiáng)度，使用戶臺能可靠地接收。發(fā)射頻率和輻射功率的選擇是數(shù)據(jù)鏈的重要問題，它視作用距離而定。*根據(jù)已建立的各種無線電導(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。2RS-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糾錯編碼*是提高數(shù)字傳輸可靠性

17、的一項技術(shù)，是正確傳輸差分GPS改正信號的重要手段。避免錯誤出現(xiàn)必須差錯控制，其關(guān)鍵是糾錯編碼。*思想：一是譯碼糾錯；二是出錯反饋重發(fā)糾錯。*1)前向糾錯FEC*不需要反饋，適用于單向信道；譯碼設(shè)備復(fù)雜。*2)檢錯重傳ARQ*冗余碼少，譯碼簡單；需雙向信道。*3)混合差錯控制HEC*避免FEC譯碼復(fù)雜又不適應(yīng)信道變化缺點，又克服ARQ信息連貫差通信效率低的缺點。*4)信息反饋IRQ*不用糾錯、檢錯編譯碼；有可能造成不必要的重復(fù)。*衛(wèi)星導(dǎo)航差分系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航差分系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、計算中心、通信鏈路和用戶設(shè)備組成由基準(zhǔn)站、計算中心、通信鏈路和用戶設(shè)備組成 基準(zhǔn)站計算中心用戶設(shè)備導(dǎo)航衛(wèi)星通信鏈路*差分技術(shù)

18、用于飛機(jī)進(jìn)近和著陸差分技術(shù)用于飛機(jī)進(jìn)近和著陸* 機(jī)場運行的最低標(biāo)準(zhǔn)分為著陸最低標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)場運行的最低標(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)場著陸是飛行中最為重起飛最低標(biāo)準(zhǔn)，而進(jìn)場著陸是飛行中最為重要的階段要的階段 *在飛機(jī)進(jìn)近階段尤其下滑著陸時，對定位精在飛機(jī)進(jìn)近階段尤其下滑著陸時，對定位精度的要求大幅度提高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)或載波相位測量技術(shù)。分定位技術(shù)或載波相位測量技術(shù)。 * 下滑高度保持進(jìn)場下滑階段拉平階段拉平下滑捕捉進(jìn)入固定下降速度方式23度飛機(jī)的降落過程示意圖 * 差分差分GPS著陸系統(tǒng)著陸系統(tǒng) GP

19、S接收機(jī)差分?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)處理計算機(jī)數(shù)據(jù)處理計算機(jī)差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)射機(jī)航向下滑距離送往儀表機(jī)載設(shè)備地面設(shè)備*1周跳產(chǎn)生*接收機(jī)能記錄下初始時刻到任一觀測時刻的整周數(shù)記不足一周的小數(shù)部分。*周跳就是由于衛(wèi)星信號的失鎖而使載波相位差觀測值中的整周計數(shù)所發(fā)生的突變。*周跳產(chǎn)生情況：信號被障礙物暫時遮擋，接收機(jī)瞬時故障。*周跳的探測與修復(fù)周跳的探測與修復(fù)*整周跳變（周跳整周跳變（周跳 Cycle Slips）*在某一特定時刻的載波相位觀測值為*如果在觀測過程接收機(jī)保持對衛(wèi)星信號的連續(xù)跟蹤，則整周模糊度 將保持不變，整周計數(shù) 也將保持連續(xù)，但當(dāng)由于某種原因使接收機(jī)無法保持對衛(wèi)星信號的連續(xù)跟蹤時，在

20、衛(wèi)星信號重新被鎖定后， 將發(fā)生變化，而 也不會與前面的值保持連續(xù)，這一現(xiàn)象稱為整周跳變。bavtvttttNtbaab)()()(其中：)(Fr)(Int)(0周跳周跳T Int( ) t0N0NInt( ) t*產(chǎn)生周跳的原因產(chǎn)生周跳的原因*信號被遮擋，導(dǎo)致衛(wèi)星信號無法被跟蹤*儀器故障，導(dǎo)致差頻信號無法產(chǎn)生*衛(wèi)星信號信噪比過低，導(dǎo)致整周計數(shù)錯誤*接收機(jī)在高速動態(tài)的環(huán)境下進(jìn)行觀測，導(dǎo)致接收機(jī)無法正確跟蹤衛(wèi)星信號*衛(wèi)星瞬時故障，無法產(chǎn)生信號*周跳的特點周跳的特點*只影響整周計數(shù) 周跳為波長的整數(shù)倍*將影響從周跳發(fā)生時刻（歷元）之后的所有觀測值周跳周跳T 周跳將使周跳發(fā)生后的周跳將使周跳發(fā)生后的所

21、有觀測值包含相同的所有觀測值包含相同的整周計數(shù)錯誤整周計數(shù)錯誤*依信號失鎖時間長短，周跳有兩種類型。*一種為信號失鎖可能長達(dá)數(shù)分鐘或更長時間，因為該顆衛(wèi)星在失鎖期間，就不再有相位差觀測值，所以周跳容易識別；*另一種信號失鎖可能發(fā)生在兩相鄰歷元之間，則在失鎖前后，每個歷元都有包括整數(shù)和小數(shù)部分的相位差觀測值，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。*解決周跳問題的方法解決周跳問題的方法*探測與修復(fù)*設(shè)法找出周跳發(fā)生的時間和大小*參數(shù)法*將周跳標(biāo)記出來，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量中的重要周跳的出現(xiàn)和處理是載波相位測量中的重要問題，整周跳變

22、的探測與修復(fù)常用的方法有問題，整周跳變的探測與修復(fù)常用的方法有下列幾種方法：下列幾種方法：1 1、屏幕掃描法（也就是手工編輯）、屏幕掃描法（也就是手工編輯）2 2、衛(wèi)星間求差法衛(wèi)星間求差法3 3、多項式擬合法多項式擬合法4 4、根據(jù)平差后的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)整周跳變、根據(jù)平差后的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)整周跳變*解決周跳問題的方法解決周跳問題的方法*周跳的探測、修復(fù)方法周跳的探測、修復(fù)方法*屏幕掃描法*方法：人工在屏幕上觀察觀測值曲線的變化是否連續(xù)。*特點*費時、只能發(fā)現(xiàn)大周跳。*由于原始的載波觀測值變化很快，通常觀察的是某種觀測值的組合，如2211LLLL*周跳的探測、修復(fù)方法周跳的探測、修復(fù)方法*高次差

23、法*周跳的探測、修復(fù)方法周跳的探測、修復(fù)方法 （續(xù)）（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，因而載波相位測量的觀測值N0+Int() +Fr()也隨時間在不斷變化。*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。*對于GPS衛(wèi)星而言，當(dāng)求至四次差時，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、修復(fù)方法周跳的探測、修復(fù)方法 （續(xù)）（續(xù)）*高次差法的問題*接收機(jī)鐘差對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。周為載波相位觀測值的影響則接收機(jī)鐘對相鄰歷元）（對于秒，接收機(jī)采樣間隔為設(shè)接收機(jī)鐘的穩(wěn)定度為)(36. 21057

24、542. 11510,1057542. 1115109109110HzfLL*周跳的探測、修復(fù)方法周跳的探測、修復(fù)方法 （續(xù)）（續(xù)）*高次差法的問題*即使發(fā)現(xiàn)相位觀測值中存在數(shù)周的不規(guī)則變化，也很難判斷是否存在周跳。*所以雙差觀測值被廣泛采用。10911095 101511.57542 10,5 1015 1.57542 1011.8()LLfHz設(shè)接收機(jī)鐘的穩(wěn)定度為，接收機(jī)采樣間隔為秒，對于 （）則接收機(jī)鐘對相鄰歷元載波相位觀測值的影響為周。*周跳的探測、修復(fù)方法周跳的探測、修復(fù)方法*多項式擬合法：*為了便于用計算機(jī)計算，常采用多項式擬合的方法。即根據(jù)n個相位測量觀測值擬合一個n階多項式，據(jù)

25、此多項式來預(yù)估下一個觀測值并與實測值比較，從而來發(fā)現(xiàn)周跳并修正整周計數(shù)。*這種方法實質(zhì)上和上面介紹的高次差法是相像的，但便于計算。*周跳的探測、修復(fù)方法周跳的探測、修復(fù)方法 （續(xù)）（續(xù)）*多項式擬合法的應(yīng)用特點*由于四次差或五次差一般巳呈偶然誤差特性，無法再用函數(shù)來加以擬合，所以用多項式擬合時通常也只需取至45階即可。*觀測值可以是真正的（非差）相位觀測值，也可以是經(jīng)線性組合后的虛擬觀測值：單差觀測值和雙差觀測值。*周跳的探測、修復(fù)方法周跳的探測、修復(fù)方法*殘差法*方法*根據(jù)平差后的殘差，進(jìn)行周跳的探測與修復(fù)*特點*可以發(fā)現(xiàn)小周跳 殘差（周） 時間 （周） 0.00 100.002 -100.

26、00 SV12-SV15 載波相位雙差觀測值的殘差圖載波相位雙差觀測值的殘差圖*整周模糊度的確定整周模糊度的確定在載波相位觀測量為根據(jù)的精密定位中，初始整周模糊度的確定是定位的一個關(guān)鍵問題。只要整周模糊度確定了，只要同步觀測4顆衛(wèi)星，利用一個歷元也可定位。因此在載波相位測量中，如果能預(yù)先求解出整周模糊度，就可使觀測時段大大縮短。經(jīng)典方法可能需要幾個小時，而快速方法可能只需要幾分鐘。經(jīng)平差計算，求得的整周模糊度解為實數(shù)解，可實際整周數(shù)為整數(shù)，需要處理。*整周未知數(shù)（整周模糊度整周未知數(shù)（整周模糊度 Ambiguity）N0Fr0N0Int( )iFrit0ti確定整周未知數(shù)確定整周未知數(shù)N N0

27、 0是載波相位測量的一項重是載波相位測量的一項重要工作，常用的方法有下列幾種：要工作，常用的方法有下列幾種：1 1、偽距法、偽距法2 2、經(jīng)典方法將整周未知數(shù)作為待定參數(shù)、經(jīng)典方法將整周未知數(shù)作為待定參數(shù)求解求解3 3、多普勒法（三差法）、多普勒法（三差法）4 4、快速確定整周未知數(shù)法、快速確定整周未知數(shù)法*整周模糊度的確定整周模糊度的確定1 1、偽距法、偽距法偽距法是在進(jìn)行載波相位測量的同時又進(jìn)偽距法是在進(jìn)行載波相位測量的同時又進(jìn)行了偽距測量，將偽距觀測值減去載波相行了偽距測量，將偽距觀測值減去載波相位測量的實際觀測值（化為以距離為單位位測量的實際觀測值（化為以距離為單位）后即可得到）后即可

28、得到N N0 0。但由于偽距測量的但由于偽距測量的精度較低，所以要有較多的觀測值取平均精度較低，所以要有較多的觀測值取平均值后才能獲得正確的整波段數(shù)。值后才能獲得正確的整波段數(shù)。*整周模糊度的確定整周模糊度的確定2 2、經(jīng)典方法、經(jīng)典方法把整周未知數(shù)當(dāng)作平差計算中的待定參數(shù)來加把整周未知數(shù)當(dāng)作平差計算中的待定參數(shù)來加以估計和確定。分兩種方法：以估計和確定。分兩種方法：（1 1）整數(shù)解）整數(shù)解 由于誤差影響，解得得整周未知數(shù)往往不是一由于誤差影響，解得得整周未知數(shù)往往不是一個整數(shù)，然后將其固定為整數(shù)，并重新進(jìn)行平個整數(shù)，然后將其固定為整數(shù)，并重新進(jìn)行平差計算。也稱為固定解（差計算。也稱為固定解（

29、fixed solutionfixed solution）（2 2）實數(shù)解）實數(shù)解當(dāng)誤差消除得不夠完全時，整周未知數(shù)無法估當(dāng)誤差消除得不夠完全時，整周未知數(shù)無法估計很準(zhǔn)確，此時直接將實數(shù)解作為最后解。也計很準(zhǔn)確，此時直接將實數(shù)解作為最后解。也稱為浮點解（稱為浮點解（floating solutionfloating solution）*整周模糊度的確定整周模糊度的確定3 3、多普勒法（三差法）、多普勒法（三差法）由于連續(xù)跟蹤的所有載波相位測量觀測值由于連續(xù)跟蹤的所有載波相位測量觀測值中均含有相同的整周未知數(shù)，所以將相鄰中均含有相同的整周未知數(shù)，所以將相鄰兩個觀測歷元的載波相位相減，就將該未兩個

30、觀測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)，這就知數(shù)消去，從而直接接觸坐標(biāo)參數(shù)，這就是多普勒法。是多普勒法。由于三差法可以消除許多誤差，所以使用由于三差法可以消除許多誤差，所以使用較廣泛。較廣泛。*整周模糊度的確定整周模糊度的確定4 4、快速確定整周位置數(shù)法、快速確定整周位置數(shù)法19901990年年E.FreiE.Frei和和G.BeutlerG.Beutler提出了快速模提出了快速模糊度（即整周未知數(shù)）解算法進(jìn)行快速定糊度（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)行短基線定位位的方法。采用這種方法進(jìn)行短基線定位時，利用雙頻接收機(jī)只需觀測一分鐘便能時，利用雙頻

31、接收機(jī)只需觀測一分鐘便能成功的確定整周未知數(shù)。成功的確定整周未知數(shù)。*整周模糊度的確定整周模糊度的確定*靜態(tài)相對定位中常用的靜態(tài)相對定位中常用的幾種方法幾種方法*一）整數(shù)解 ：基本方法*1)求初始解確定基線向量的實數(shù)解和整周未知數(shù)的實數(shù)解*2)將整周模糊度固定為整數(shù)*3) 求固定解*二）實數(shù)解 ：基線較長，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)相對定位中常用的靜態(tài)相對定位中常用的幾種方法幾種方法*待定參數(shù)法-經(jīng)典方法1）取整法2）置信區(qū)間法X XNiNi為模糊度的實數(shù)解為模糊度的實數(shù)解m mXNiXNi= =s s0 0(Q(QNiNiNi

32、Ni) )1/21/2為該參數(shù)的中誤差為該參數(shù)的中誤差置信區(qū)間為置信區(qū)間為X XNiNi- - bbm mXNiXNi，X XNiNi+ + bbm mXNiXNib b x xt t(f,(f,/2/2),),根據(jù)自由度（根據(jù)自由度（f=n-u)f=n-u)和置和置信水平（信水平（1-1-），從），從t t分布的數(shù)值表中查取。分布的數(shù)值表中查取。如：如： f=2500,1-=99.9%, f=2500,1-=99.9%, b b =3.28 =3.28整數(shù)解在置信區(qū)間之內(nèi)。*快速模糊度解算法（快速模糊度解算法（FARA）*由瑞士的E.Frei和G.Beutler提出*過程：lkjiNlkji

33、NlkjiNlkniNlkniNlkiNlkniNlkiNlkiNlkiNlkiNlkniNlkiNlkiNlkiNlkiNlkiNCNNCCNNCXXXXXXXXXXXXXXXXXNCTqmqqqqqqqXXunPVVm,1,1,1 ,1,2,2,1 ,2,1,1 ,2,1 ,1 ,1 ,02000.; )/(；為整周未知數(shù)參數(shù)。為坐標(biāo)參數(shù)；NNNNCCNNCCXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXNCQQDDDDDDQQQQQXXX*快速模糊度解算法快速模糊度解算法（FARA）1、搜索候選模糊度： 根據(jù) P|XNi-XNAi| b mXNi=1- XNi為模糊度的實數(shù)解 XNAi為相

34、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- bmXNi，XNi+ bmXNi中的所有模糊度值挑選出來，構(gòu)成很多候選模糊度組合。*快速模糊度解算法快速模糊度解算法（FARA）2、確定最優(yōu)整數(shù)模糊度組合 1minNNTNNNNXXXXXXXXNNQ為求得的實數(shù)整周模糊度解。為備選的一組整數(shù)整周模糊度。滿足即為最優(yōu)的整數(shù)模糊度組合。*快速模糊度解算法快速模糊度解算法（FARA）3、對備選模糊度組合進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計檢驗1)互差檢驗：對XNAik=XNAi - XNAk進(jìn)行檢核。 P|XNijk-XNAik| bmxNi