單點定位與相對定位

1、GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用 ( (十一十一) )GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用第四章第四章 距離測量與距離測量與GPS定位定位4.6單點定位單點定位4.7相對定位相對定位GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用4.6 單點定位單點定位GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用GPS測量定位方法分類測量定位方法分類 定位模式定位模式 絕對定位（單點定位）絕對定位（單點定位） 相對定位相對定位 差分定位差分定位 定位時接收機天線的運動狀態(tài)定位時接收機天線的運動狀態(tài) 靜態(tài)定位天線相對于地固坐標系靜止靜態(tài)定位天線相對于地固坐標系靜止 動態(tài)定位天線相對于地固坐標系運動動態(tài)定位天線相對于地固坐標系運動 獲得定位結(jié)果的時效獲

2、得定位結(jié)果的時效 事后定位事后定位 實時定位實時定位 觀測值類型觀測值類型 偽距測量偽距測量 載波相位測量載波相位測量距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點定位單點定位 GPS測量定位方法分類測量定位方法分類GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用定位技術(shù)名稱精度(m)作用距離(km)響應(yīng)時間單點定位10 20m全球?qū)崟r局域差分1.05.0150實時廣域差分/WAAS1.05.01500/全球?qū)崟rRTK0.010.2015實時VRS0.010.20 單點定位單點定位 單點定位簡介單點定位簡介GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用偽距單點定位的誤差方程偽距單點定位的誤差方程 對于衛(wèi)星對于衛(wèi)星i，在某一個歷元的誤

3、差方程為，在某一個歷元的誤差方程為itropiionitiitiiiiVVVcVcdZndYmdXlVSR)()()(0距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點定位單點定位 偽距單點定位的誤差方程偽距單點定位的誤差方程GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用單點定位有單點定位有4個待定參數(shù)，個待定參數(shù)，因而至少需因而至少需要同時觀測要同時觀測4顆以上的衛(wèi)顆以上的衛(wèi)星，才能同星，才能同時確定出所時確定出所有的待定參有的待定參數(shù)。數(shù)。偽距單點定位的誤差方程偽距單點定位的誤差方程 對在某歷元同時觀測的對在某歷元同時觀測的n顆衛(wèi)星，其誤差方顆衛(wèi)星，其誤差方程及位置解為程及位置解為4)()()()()(.)()(

4、)()()()(1.11.)()()(.)()()()()()(2011020222210111122211121022222022221111101111nVVVcVVVcVVVccVdZdYdXnmlnmlnmlVVVVVVcVcdZndYmdXlVVVVcVcdZndYmdXlVVVVcVcdZndYmdXlVnntropnionntntropionttropionttnnnnntropnionntnntnnnntropiontttropionttSSSRSRSRSRVVQDBBQlBBBxlxBVlBxVT0TTT；用矩陣形式表示：距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點定位單點定位

5、偽距單點定位的誤差方程偽距單點定位的誤差方程GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用DOP值值 DOP（Dilution of Precision） GDOP Geometry Dilution of Precision PDOP Position Dilution of Precision TDOP Time Dilution of Precision HDOP Horizontal Dilution of Precision VDOP Vertical Dilution of Precision,XXXYXZXtYXYYYZYtZXZYZZZttXtYtZttXXYYZZttXXYYZZttNNEE

6、UUqqqqqqqqqqqqqqqqGDOPqqqqPDOPqqqTDOPqHDOPqqVDOPqN E UQ其中：為站心地平坐標系下的坐標分量。DOP值的定義值的定義距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點定位單點定位 DOP值值GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用DOP值值 DOP值與定位精度值與定位精度 DOP值的性質(zhì)值的性質(zhì) DOP值與單點定位時，所觀測衛(wèi)星的數(shù)量與分值與單點定位時，所觀測衛(wèi)星的數(shù)量與分布有關(guān)，它所表示的是定位的幾何條件布有關(guān)，它所表示的是定位的幾何條件 DOP值越小，定位的幾何條件越好值越小，定位的幾何條件越好距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點定位單點定位 DOP值值

7、posposmURA PDOPmURA其中：為位置中誤差，為用戶等效距離誤差。GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用DOP值值距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點定位單點定位 DOP值值1-sigma 誤差，單位 m 誤差來源 偏差 隨機誤差 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 接收機觀測 0.5 0.2 0.5 用戶等效距離誤差(UERE), rms 5.1 1.4 5.3 濾波后的 UERE，rms 5.1 0.4 5.1 1-sigma 垂直誤差VDOP =

8、 2.5 12.8 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 10.2 SPS 誤差模型 無 SA GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用DOP值值距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點定位單點定位 DOP值值1-sigma 誤差，單位 m 誤差來源 偏差 隨機誤差 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

9、ma 垂直誤差VDOP = 2.5 8.3 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 6.6 PPS 誤差模型，雙頻，P/Y 碼 GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位單點定位的誤差方程載波相位單點定位的誤差方程 對于衛(wèi)星對于衛(wèi)星i，誤差方程為，誤差方程為0()()()RSiiiitiiiiionitropitVl dXmdYndZc VNc VVV 距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點定位單點定位 載波相位單點定位的誤差方程載波相位單點定位的誤差方程GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位單點定位的誤差方程載波相位單點定位的誤差方程 若在若在k個歷元里每歷元均觀測了個歷元里每歷元均觀測

10、了n顆相同的衛(wèi)顆相同的衛(wèi)星，則誤差方程星，則誤差方程kntropknionkntnknnktknknknknntropnionntnnntnnnnntropnionntnntnnnnntropnionntnnntnnnntropionttVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVSRSRSRSRSR)()()(.)()()(.)()()()()()(.)()()(202222202222211111012111101111110111111距離測量與距離測量與GPS定

11、位定位 單點定位單點定位 載波相位單點定位的誤差方程載波相位單點定位的誤差方程GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位單點定位的誤差方程載波相位單點定位的誤差方程；用矩陣形式表示：TnktttknknknnnnnnnnnnknNNNVcVcVcdZdYdXnmlnmlnmlnmlnmlnmlVVVRRR.001.00.000.10.0.00.10.000.01.0.00.010.00.01.212122211122211121xBVlBxV距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點定位單點定位 載波相位單點定位的誤差方程載波相位單點定位的誤差方程GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位單點定位的誤差

12、方程載波相位單點定位的誤差方程nkknVVVcVVVcVVVcVVVcVVVcVVVcknkntropknionkntknnntropnionntnnntropnionntnnntropnionntntropionttropiontSSSSSS3)()(;)()()(.)()()(.)()()()()()(.)()()()()()(201102022221011110202222101111VVQDBBQlBBBxlT0TTT；解為：距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點定位單點定位 載波相位單點定位的誤差方程載波相位單點定位的誤差方程假定在假定在k個歷元中連續(xù)個歷元中連續(xù)對對n顆衛(wèi)星進行了

13、觀測，顆衛(wèi)星進行了觀測，則通常有則通常有3+k+n個待個待定參數(shù)（定參數(shù)（3個位置參數(shù)、個位置參數(shù)、k個整周模糊度參數(shù)和個整周模糊度參數(shù)和n個接收機鐘差參數(shù)），個接收機鐘差參數(shù)），因而，僅采用載波相因而，僅采用載波相位觀測值無法實現(xiàn)瞬位觀測值無法實現(xiàn)瞬時單點定位。時單點定位。GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用單點定位的誤差源及應(yīng)對方法單點定位的誤差源及應(yīng)對方法 衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷 精密星歷精密星歷 衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差 精密鐘差、地面跟蹤精密鐘差、地面跟蹤 電離層延遲電離層延遲 雙頻改正雙頻改正 對流層延遲對流層延遲 模型改正模型改正距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點定位單點定位 單點定位的誤差源

14、及應(yīng)對方法單點定位的誤差源及應(yīng)對方法GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用精密單點定位精密單點定位 精密單點定位精密單點定位 PPP Precise Point Positioning 特點特點 主要觀測值為載波相位主要觀測值為載波相位 采用精密的衛(wèi)星軌道和鐘數(shù)據(jù)采用精密的衛(wèi)星軌道和鐘數(shù)據(jù) 采用復(fù)雜的模型采用復(fù)雜的模型 定位精度定位精度 亞分米級亞分米級 用途用途 全球高精度測量全球高精度測量 衛(wèi)星定軌衛(wèi)星定軌距離測量與距離測量與GPS定位定位 單點定位單點定位 精密單點定位精密單點定位GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用4.7 相對定位相對定位GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用概述概述 定義定義 確定進行同步

15、觀測的接收機之間相對位確定進行同步觀測的接收機之間相對位置的定位方法，稱為相對定位。置的定位方法，稱為相對定位。 定位結(jié)果定位結(jié)果 與所用星歷同屬一坐標系的基線向量與所用星歷同屬一坐標系的基線向量（坐標差）及其精度信息（坐標差）及其精度信息 采用廣播星歷時屬采用廣播星歷時屬WGS-84 采用采用IGS International GPS Service精密星精密星歷時為歷時為ITRF International Terrestrial Reference Frame 基線向量中含有：基線向量中含有：2個方位基準（一個個方位基準（一個水平方法，一個垂直方位）和水平方法，一個垂直方位）和1個尺度個

16、尺度基準，不含有位置基準基準，不含有位置基準距離測量與距離測量與GPS定位定位 相對定位相對定位 概述概述GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用概述概述 特點特點 優(yōu)點：定位精度高優(yōu)點：定位精度高 缺點：缺點： 多臺接收共同作業(yè)，作業(yè)復(fù)雜多臺接收共同作業(yè)，作業(yè)復(fù)雜 數(shù)據(jù)處理復(fù)雜數(shù)據(jù)處理復(fù)雜 不能直接獲取絕對坐標不能直接獲取絕對坐標 應(yīng)用應(yīng)用 高精度測量定位及導(dǎo)航高精度測量定位及導(dǎo)航相對定位相對定位距離測量與距離測量與GPS定位定位 相對定位相對定位 概述概述GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用相對定位的類型相對定位的類型 靜態(tài)定位靜態(tài)定位 普通靜態(tài)定位普通靜態(tài)定位 快速靜態(tài)定位快速靜態(tài)定位 Go and S

17、top 快速確定整周未知數(shù)快速確定整周未知數(shù) 動態(tài)定位動態(tài)定位 動態(tài)定位中整周未知數(shù)的確定動態(tài)定位中整周未知數(shù)的確定 靜態(tài)初始化靜態(tài)初始化 動態(tài)初始化（動態(tài)初始化（OTF） 實時動態(tài)定位（實時動態(tài)定位（RTK Real Time Kinematic） 單基準站單基準站RTK 多基準站多基準站RTK（網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)RTK）測量定位原理測量定位原理 相對定位相對定位 相對定位的類型相對定位的類型GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用快速靜態(tài)相對定位模式快速靜態(tài)相對定位模式示意圖示意圖 基準站基準站 觀測基觀測基線線 遷站路遷站路線線 流動站流動站 作業(yè)方法作業(yè)方法在測區(qū)的中部選擇一個基準站在測區(qū)的中部選擇一個

18、基準站(或參考站或參考站)，并安置一臺接收機，連續(xù)，并安置一臺接收機，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；跟蹤所有可見衛(wèi)星；另一臺接收機，依次到各點流動設(shè)站，靜止觀測數(shù)分鐘，如圖所示。另一臺接收機，依次到各點流動設(shè)站，靜止觀測數(shù)分鐘，如圖所示。在觀測中至少跟蹤在觀測中至少跟蹤4顆衛(wèi)星，同時流動站與基準站相距不超過顆衛(wèi)星，同時流動站與基準站相距不超過15km。定位精度定位精度流動站相對基準站的基線中誤差，可達（流動站相對基準站的基線中誤差，可達（510）mm+1ppmD特點特點接收機在流動站之間移動時，不必保持對所測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，因而接收機在流動站之間移動時，不必保持對所測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，因而可關(guān)閉電源以降

19、低能耗?？申P(guān)閉電源以降低能耗。該模式作業(yè)速度快，精度高。該模式作業(yè)速度快，精度高。缺點是，在采用兩臺接收機作業(yè)時，缺點是，在采用兩臺接收機作業(yè)時，直接觀測邊不構(gòu)成閉合圖形。直接觀測邊不構(gòu)成閉合圖形。適用范圍：適用范圍：小范圍的控制測量及其加密；小范圍的控制測量及其加密；工程測量、邊界測量；工程測量、邊界測量；地籍測量及碎部測量等。地籍測量及碎部測量等。 測量定位原理測量定位原理 相對定位相對定位 快速靜態(tài)相對定位快速靜態(tài)相對定位GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用作業(yè)方法作業(yè)方法在測區(qū)選一基準站，在其安置一臺接收機，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；在測區(qū)選一基準站，在其安置一臺接收機，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；置

20、另一臺流動的接收機于起始點（如圖中置另一臺流動的接收機于起始點（如圖中1號點）觀測數(shù)分鐘；號點）觀測數(shù)分鐘；在保持對所測衛(wèi)星連續(xù)跟蹤的情況下，流動的接收機依次遷到在保持對所測衛(wèi)星連續(xù)跟蹤的情況下，流動的接收機依次遷到2，3號流動點各觀測數(shù)分鐘。號流動點各觀測數(shù)分鐘。 該作業(yè)模式要求：作業(yè)時必須同時觀測該作業(yè)模式要求：作業(yè)時必須同時觀測4顆衛(wèi)星；在觀測過程中，流顆衛(wèi)星；在觀測過程中，流動接收機對所測衛(wèi)星信號不能失鎖；一旦發(fā)生失鎖現(xiàn)象，應(yīng)在失鎖后動接收機對所測衛(wèi)星信號不能失鎖；一旦發(fā)生失鎖現(xiàn)象，應(yīng)在失鎖后的流動點上，將觀測時間延長至數(shù)分鐘；流動點與基準站相距，目前的流動點上，將觀測時間延長至數(shù)分鐘

21、；流動點與基準站相距，目前一般應(yīng)不超過一般應(yīng)不超過15km。定位精度：定位精度：中誤差（中誤差（1020）mm+1ppmD。特點：特點：該作業(yè)模式效率高。該作業(yè)模式效率高。 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：開闊地區(qū)的加密測量；開闊地區(qū)的加密測量；工程定位及碎部測量；工程定位及碎部測量；剖面測量和路線測量；剖面測量和路線測量；地籍測量等。地籍測量等。 準動態(tài)相對定位模式示意圖準動態(tài)相對定位模式示意圖 基準站基準站 1 234567891012131 1測量定位原理測量定位原理 相對定位相對定位 準動態(tài)相對定位準動態(tài)相對定位GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用 w建立一個基準站，并在其上安置一臺接收機，連續(xù)跟蹤所有

22、可見衛(wèi)星；建立一個基準站，并在其上安置一臺接收機，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；w另一臺接收機，安置在運動的載體上另一臺接收機，安置在運動的載體上(如如圖圖)，在出發(fā)點按快速靜態(tài)相對定，在出發(fā)點按快速靜態(tài)相對定位法，靜止觀測數(shù)分鐘，以進行初始化；位法，靜止觀測數(shù)分鐘，以進行初始化；w運動的接收機從出發(fā)點開始，在運動過程中按預(yù)定的采樣間隔自動觀測。運動的接收機從出發(fā)點開始，在運動過程中按預(yù)定的采樣間隔自動觀測。w該作業(yè)模式要求：至少同步觀測至少該作業(yè)模式要求：至少同步觀測至少4顆衛(wèi)星，并在運動過程中保持連續(xù)顆衛(wèi)星，并在運動過程中保持連續(xù)跟蹤；同時，運動點與基準站的距離，目前應(yīng)不超過跟蹤；同時，運動點與基

23、準站的距離，目前應(yīng)不超過15km。 l可達可達(1-2)cm+1ppmD.l特點特點:l速度快，精度高，連續(xù)實時定位。速度快，精度高，連續(xù)實時定位。 l精密測定載體的運動軌跡；精密測定載體的運動軌跡；l道路中心測量；道路中心測量；l航道測量；航道測量；l開闊地區(qū)剖面測量和水文測量等。開闊地區(qū)剖面測量和水文測量等。動態(tài)相對定位模式示意圖動態(tài)相對定位模式示意圖基準站基準站 912341178651012 測量定位原理測量定位原理 相對定位相對定位 動態(tài)相對定位動態(tài)相對定位GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用觀測方程觀測方程 非差觀測方程非差觀測方程 單差觀測方程單差觀測方程 雙差觀測方程雙差觀測方程.)()()()()()()()(00kjtropkjionkjktjtkjjkjjkjjkjkjkjkitropkiionkiktitkiikiikiikikikiVVcVcVNdZndYmdXlvVVcVcVNdZndYmdXlvSRSRkjitropkjiionkjijitkjijikjijikjijikjikjikjikikjkikjkikikjkj