GPS測量原理與應用2定位原理ppt課件

1、pGPSGPS觀測量觀測量pGPSGPS定位誤差定位誤差pGPSGPS觀測方程觀測方程pGPSGPS絕對定位絕對定位pGPSGPS差分定位差分定位pGPSGPS觀測網與基線觀測網與基線p廣義意義下的差分定位廣義意義下的差分定位tc2.1 GPS2.1 GPS觀測量觀測量碼與偽距觀測碼與偽距觀測碼：即數據，二進制表示數據流衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達GPS接收機的傳播時間乘以光速所得到的量測距離。C/A碼長1023bit,脈沖頻率1.023MHz,碼元寬1/1.023MHz=0.97752us293.1m)，周期1msP碼長2.35*1014bit，碼元寬度0.097752us(29.3m),周期2

2、67天GPS衛(wèi)星的基準頻率 f0 由衛(wèi)星上的原子鐘直接產生 基準頻率為10.23MHz 衛(wèi)星信號的所有成分均是該基準頻率的倍頻或分頻1012020001541575.42MHz;19.03cm1201227.60MHz;24.42cm/101.023MHz;10.23MHz;2046000050LLLLffffC AfPffHz碼碼率碼碼率衛(wèi)星（導航）電文碼率導航電文導航電文包含衛(wèi)星星歷、工作狀態(tài)、時間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘差改正，大氣折射改正的數據碼D碼，二進制碼），按幀依序發(fā)射，具體格式可參閱ICD-200標準。電文解碼后的參數用于計算衛(wèi)星位置和衛(wèi)星鐘差 )()()(00tNttNtt載波與載波相位

3、觀測載波與載波相位觀測碼數據需要調試到載波上才能發(fā)送到接收機上，由接收機解調恢復，接收機同時進行載波相位觀測與接收機參考載波的相位差）。接收機只能量測出起始時刻某一周上的相位小數部分額，并DSP的TIC一般為0.1s進行整周數計數。觀測時刻t的總相位差顆表示為：N(t-t0)為TIC計數，N(t0)為未知數，整周模糊度，習慣上將載波相直接寫為N)(NR偽距與載波相位的關系偽距與載波相位的關系不考慮誤差的影響，理論上存在關系式該式是相位平滑的理論基礎2.2 GPS2.2 GPS定位誤差定位誤差l與衛(wèi)星有關的誤差l 衛(wèi)星鐘差l 軌道誤差l 相位偏心l與傳播路徑有關的誤差l 電離層誤差l 對流層誤差

4、l 多路徑誤差l與設備有關的誤差l 接收機鐘差l 相位偏心l 觀測誤差偶然誤差）l 周跳粗差）l其它誤差l 地球自轉的影響l 相對論影響2.3 GPS2.3 GPS觀測方程觀測方程l偽距觀測方程偽距觀測方程RkikikiikikikkiDtropDiontctczzyyxxR222)()()(l載波相位觀測方程載波相位觀測方程kikikikiikikikkiDtropDiontctcNzzyyxx222)()()(設i為測站下標，k為衛(wèi)星上標2.4 GPS2.4 GPS絕對定位絕對定位l偽距觀測方程僅考慮接收機鐘差）偽距觀測方程僅考慮接收機鐘差）iikikikkitczzyyxxVR222)(

5、)()(l觀測方程線性化觀測方程線性化)()()()(00000kikiriklikiikirkiikiikikiikikiikkikiRtznymxltRzzzyyyxxxV（l,m,n)為測站至衛(wèi)星的方向余弦，為測站至衛(wèi)星的方向余弦，0為測站近似值計算的站星距，近似值可以是為測站近似值計算的站星距，近似值可以是0，0，0）l矩陣形式矩陣形式LXAVl絕對定位的解最小二乘法，絕對定位的解最小二乘法，vtpv=min)LAAAXTT1)(1)(iTixAAQiixqM0協(xié)因數陣未知數的中誤差 偽距測量中誤差 l精度因子精度因子平面位置精度因子HDOP(horizontal DOP) 及其相應的

6、平面位置精度 高程精度因子VDOP(Vertical DOP) 及其相應的高程精度 02211HDOPMqqHDOPH033VDOPMqVDOPVl精度因子精度因子空間位置精度因子PDOP(Position DOP)及其相應的三維定位精度接收機鐘差精度因子TDOP(Time DOP)及其鐘差精度幾何精度因子GDOP(Geometric DOP)及其相應的中誤差0332211PDOPMqqqPDOPP044TDOPMqTDOPT02244332211)()(GDOPMTDOPPDOPqqqqGDOPG2.5 GPS2.5 GPS差分定位差分定位可消除或削弱相關誤差可消除或削弱相關誤差l位置差分位

7、置差分)(00kjkjkikiijiklikiikikijRRtznymxlVl偽距差分偽距差分(單差，單差， 算子，消除衛(wèi)星鐘差，可用于時間同步算子，消除衛(wèi)星鐘差，可用于時間同步)LXAV兩站坐標相減，當觀測衛(wèi)星數相同時，與偽距差分精度相當與絕對定位的系數陣相同，算法沒有本質上的區(qū)別l星間差分星差，星間差分星差，算子，消除接收機鐘誤差，可用于算子，消除接收機鐘誤差，可用于PPP）LXAVl雙差（雙差（算子，消除接收機鐘和衛(wèi)星鐘誤差，廣泛意義上的差分定位）算子，消除接收機鐘和衛(wèi)星鐘誤差，廣泛意義上的差分定位）LXAVl三差三差算子，消除接收機鐘、衛(wèi)星鐘誤差、模糊度，短時間內嚴重相關）算子，消除

8、接收機鐘、衛(wèi)星鐘誤差、模糊度，短時間內嚴重相關）LXAV2.6 2.6 相位差分定位相位差分定位l雙差雙差kikikikiiklikiikikikikikiikikikkiDtropDiontctcNznymxlDtropDiontctcNzzyyxx222)()()(l非差非差mjkjjkmjjkmjjkmjmikiikmlikmiikmikmijNNznymxlNNznymxll差分基準差分基準未知數大于觀測方程的個數，秩虧即使采用多歷元）1選擇參考站，與該站的坐標未知數為零不列入觀測方程），或取先驗權為無窮大；2使用單差模糊度作為未知數,并選擇參考衛(wèi)星(與該衛(wèi)星有關的模糊度不列入觀測方程

9、），或給定整數先驗權為無窮大）。2.7 GPS2.7 GPS網與基線網與基線坐標及方差結果以坐標差坐標及方差結果以坐標差(x, y, z)的形式給出的形式給出大部分商用大部分商用GPS處理軟件都是處理軟件都是以單基線建立觀測方程的，需以單基線建立觀測方程的，需要考慮獨立基線和網平差，可要考慮獨立基線和網平差，可用重復邊精度和閉合環(huán)檢測粗用重復邊精度和閉合環(huán)檢測粗差，網平差與水準網類似；差，網平差與水準網類似；無論是單基線處理模式還是網無論是單基線處理模式還是網處理模式，實質上是先解算出處理模式，實質上是先解算出坐標，再計算基線，坐標，再計算基線，GAMIT軟軟件網處理模式），件網處理模式），B

10、ernese軟件。軟件。 RTK為單基線模式。為單基線模式。圖圖2.1 GPS觀測網的獨立基線觀測網的獨立基線表表2.1 2.1 獨立基線搜索步驟獨立基線搜索步驟 基線基線測站測站12231334101121201222300122400001全部組合有全部組合有 n(n-1)/2基線基線獨立基線數：獨立基線數：n-1n個測站的個測站的GPS觀測網：觀測網：1最短距離最短距離 (最有效地削弱系統(tǒng)誤差最有效地削弱系統(tǒng)誤差)2不構成閉合環(huán)不構成閉合環(huán)由短到長順序排列：由短到長順序排列：12,23,13,34,24,14兩條準則：兩條準則： GPS網的獨立基線網的獨立基線2.7 2.7 廣義意義下的差分定位廣義意義下的差分定位lWAAS大范圍）大范圍）l網絡網絡RTK(VRS技術，局部城市技術，局部城市)l星際差分高精度動態(tài)星際差分高精度動態(tài)PPP，全球，全球，NAVCO公司）公司）將電離層誤差，衛(wèi)星軌道誤差作為改正數發(fā)布，采用星間差分消除接收機誤差l頻率之間