絕對(duì)定位和相對(duì)定

絕對(duì)定位和相對(duì)定位定位方法分類按參考點(diǎn)的不同位置劃分為：（1）絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站相對(duì)地球質(zhì)心的位置。（2）相對(duì)定位：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站與地面某一參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。GPS定位方法分類按用戶接收機(jī)作業(yè)時(shí)所處的狀態(tài)劃分：（1）靜態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)位置靜止不動(dòng)，是固定的。靜止?fàn)顟B(tài)只是相對(duì)的，在衛(wèi)星大地測(cè)量中的靜止?fàn)顟B(tài)通常是指待定點(diǎn)的位置相對(duì)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(cè)期內(nèi)可以忽略。（2）動(dòng)態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，又都包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種形式。GPS定位方法分類絕對(duì)定位可根據(jù)天線所處的狀態(tài)分為動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位和靜態(tài)絕對(duì)定位。無論動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)，絕對(duì)定位所依據(jù)的觀測(cè)量都是所測(cè)的站星偽距。絕對(duì)定位也稱單點(diǎn)定位，是指在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，直接確定觀測(cè)站相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)（地球質(zhì)心）絕對(duì)坐標(biāo)的一種方法。

絕對(duì)定位的基本原理：以GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線之間的距離（或距離差）觀測(cè)量為基礎(chǔ)，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，來確定接收機(jī)天線所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位，即觀測(cè)站的位置。

GPS絕對(duì)定位方法的實(shí)質(zhì)是測(cè)量學(xué)中的空間距離后方交會(huì)。原則上觀測(cè)站位于以3顆衛(wèi)星為球心，相應(yīng)距離為半徑的球與觀測(cè)站所在平面交線的交點(diǎn)上。絕對(duì)定位方法概述

GPS相對(duì)定位也叫差分GPS定位，是至少用兩臺(tái)GPS接收機(jī)，同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對(duì)位置（坐標(biāo)差）。相對(duì)定位時(shí)，用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線的兩端，同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)的相對(duì)位置或基線向量。

相對(duì)定位方法概述相對(duì)定位方法概述同樣，多臺(tái)接收機(jī)安置在若干條基線的端點(diǎn)，通過同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星可以確定多條基線向量。在一個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)已知的情況下，可以用基線向量推求另一待定點(diǎn)的坐標(biāo)。

相對(duì)定位是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法。S1S2S3S4動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位在動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位的情況下，由于接收機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，待定點(diǎn)的位置總是時(shí)時(shí)變化。因此，一般說來每個(gè)待定點(diǎn)只能獲得一個(gè)歷元的觀測(cè)值。對(duì)于一個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)，只要獲得一個(gè)觀測(cè)歷元4顆衛(wèi)星的觀測(cè)值，便可求得該測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)。如果多于4顆衛(wèi)星（存在多于觀測(cè)），則可以進(jìn)行平差計(jì)算。動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位測(cè)碼偽距動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位載波相位測(cè)量動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位：需在運(yùn)動(dòng)中實(shí)時(shí)求解整周未知數(shù)Nji。GPS開機(jī)后，需要靜止至少1~3min完成初始化過程：鎖定衛(wèi)星信號(hào)和固定整模糊度。

靜態(tài)定位是接收機(jī)保持靜止。因此，一個(gè)測(cè)站點(diǎn)上可以獲得連續(xù)多個(gè)歷元的觀測(cè)值。隨著觀測(cè)歷元的增加，每個(gè)歷元可是衛(wèi)星的數(shù)量可能發(fā)生變化，解算系數(shù)矩陣的構(gòu)成可以有所不同。靜態(tài)絕對(duì)定位可以根據(jù)偽距觀測(cè)量或載波相位觀測(cè)量來進(jìn)行。靜態(tài)絕對(duì)定位為了評(píng)價(jià)定位結(jié)果，在導(dǎo)航學(xué)中，一般采用有關(guān)精度因子（精度衰減因子、精度系數(shù)、精度彌散）DOP（DilutionOfPrecision）的概念。在實(shí)踐中，根據(jù)不同要求，可選用不同的精度評(píng)價(jià)模型和相應(yīng)的精度因子，通常有：※平面位置精度因子HDOP(horizontalDOP)※高程精度因子VDOP(VerticalDOP)※空間位置精度因子PDOP(PositionDOP)※接收機(jī)鐘差精度因子TDOP(TimeDOP)※幾何精度因子GDOP(GeometricDOP)，描述空間位置誤差和時(shí)間誤差綜合影響的精度因子定位精度的評(píng)價(jià)衛(wèi)星的空間幾何分布與精度因子的關(guān)系衛(wèi)星高度截止角：指接收機(jī)可接收的最小衛(wèi)星高度角。一般在5°~20°之間。一般衛(wèi)星高度角越高，衛(wèi)星受大氣折射光的影響越小。一般認(rèn)為，當(dāng)一顆衛(wèi)星靠近天頂，其余衛(wèi)星之間相距近似120°時(shí)，所構(gòu)成的衛(wèi)星幾何圖形最佳。這是所構(gòu)成的六面體較大，衛(wèi)星的高度角也不至于太小。當(dāng)觀測(cè)衛(wèi)星多于4顆時(shí)，需要對(duì)衛(wèi)星有所取舍，已獲得更小的精度因子。GDOP∝1/V

六面體體積V最大情形：一顆衛(wèi)星處于天頂，其余3顆衛(wèi)星相距120°衛(wèi)星的空間集合分布與精度因子的關(guān)系一般精度因子越小，精度就越高。因此如何能使精度因子更小就成為提高定位精度的一種有效方式。假如測(cè)站與觀測(cè)到的4顆衛(wèi)星，構(gòu)成六面體的體積等于Vol。經(jīng)分析表明，精度因子與該六面體的體積的大小成反比。在野外開闊地帶，精度因子的影響可以不考慮；而在周圍有很多建筑物的情況下，要考慮精度因子的影響。相對(duì)定位靜態(tài)相對(duì)定位動(dòng)態(tài)相對(duì)定位將一臺(tái)GPS接收機(jī)安置在已知坐標(biāo)的地面點(diǎn)（已知點(diǎn)）上，另一臺(tái)或多臺(tái)GPS接收機(jī)安置在為未知坐標(biāo)的地面點(diǎn)（待定點(diǎn)）上，安置在基線端點(diǎn)的接收機(jī)固定不動(dòng)，同步連續(xù)觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星星座，用以取得未知點(diǎn)相對(duì)于已知點(diǎn)的坐標(biāo)增量（基線矢量），從而由已知點(diǎn)坐標(biāo)，推求各未知點(diǎn)坐標(biāo)的方法。連續(xù)觀測(cè)取得充分的多余觀測(cè)數(shù)據(jù)，因而可以獲得非常高的定位精度。靜態(tài)相對(duì)定位T1已知點(diǎn)T2S1S2S3S4至少兩臺(tái)接收機(jī)固定連續(xù)同步觀測(cè)中等長(zhǎng)度的基線（100-500km），相對(duì)定位精度可達(dá)10-6-10-7甚至更好采用載波相位觀測(cè)值（或測(cè)相偽距）為基本觀測(cè)量參考站未知站靜態(tài)相對(duì)定位在兩個(gè)觀測(cè)站或多個(gè)觀測(cè)站同步觀測(cè)相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層的折射誤差等對(duì)觀測(cè)量的影響具有一定的相關(guān)性，利用這些觀測(cè)量的不同組合（求差）進(jìn)行相對(duì)定位，可有效地消除或減弱相關(guān)誤差地影響，從而提高相對(duì)定位的精度。靜態(tài)相對(duì)定位ti時(shí)刻載波相位觀測(cè)量觀測(cè)量的線性組合靜態(tài)相對(duì)定位

GPS載波相位觀測(cè)值可以在衛(wèi)星間求差，在接收機(jī)間求差，也可以在不同歷元之間求差。各種求差法都是觀測(cè)值的線性組合。將觀測(cè)值直接相減的過程叫做求一次差，所得結(jié)果稱單差。對(duì)一次差繼續(xù)求差，所得結(jié)果稱為雙差，同樣還有三差。這些差分觀測(cè)值模型能夠有效地消除各種偏差項(xiàng)。求解過程也是首先將觀測(cè)方程線性化后求解并確定誤差。靜態(tài)相對(duì)定位動(dòng)態(tài)定位方法導(dǎo)航的概念首先起源于航海事業(yè)，其最初的含義是引導(dǎo)運(yùn)載體從一個(gè)地點(diǎn)航行到另一個(gè)地點(diǎn)的過程。導(dǎo)航的首要問題就是確定航行體的即時(shí)位置，還要測(cè)定其速度、時(shí)間、姿態(tài)等狀態(tài)參數(shù)。由此可見，導(dǎo)航是一種廣義的動(dòng)態(tài)定位。衛(wèi)星導(dǎo)航是用導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航定位信息引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)載體安全到達(dá)目的地的一門新興科學(xué)。GPS在導(dǎo)航領(lǐng)域的應(yīng)用，有著比GPS靜態(tài)定位更為廣闊的前景。衛(wèi)星導(dǎo)航概念GPS導(dǎo)航是一種廣義的GPS動(dòng)態(tài)定位，從目前的應(yīng)用看來，主要分為以下幾種方法：（1）單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位（2）實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位（3）后處理差分動(dòng)態(tài)定位GPS動(dòng)態(tài)定位方法分類單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位是用安設(shè)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)載體上的GPS信號(hào)接收機(jī)，自主地測(cè)得該運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置，從而描述出該運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)動(dòng)軌跡。所以單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位又叫絕對(duì)動(dòng)態(tài)定位。例如，行駛的汽車和火車，常用單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位。GPS單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位是用安設(shè)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)載體上的GPS信號(hào)接收機(jī)，及安設(shè)在一個(gè)基準(zhǔn)站上的另一臺(tái)GPS接收機(jī)，聯(lián)合測(cè)得該運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置，從而描述出該運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)行軌跡，故差分動(dòng)態(tài)定位又稱為相對(duì)動(dòng)態(tài)定位。例如，飛機(jī)著陸和船艦進(jìn)港，一般要求采用實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位，以滿足它們所要求的較高定位精度。GPS實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位后處理差分動(dòng)態(tài)定位和實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位的主要差別在于，在運(yùn)動(dòng)載體和基準(zhǔn)站之間，不必像實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位那樣建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，而是在定位觀測(cè)以后，對(duì)兩臺(tái)GPS接收機(jī)所采集的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)后的聯(lián)合處理，從而計(jì)算出接收機(jī)所在運(yùn)動(dòng)載體在對(duì)應(yīng)時(shí)間上的坐標(biāo)位置。例如，在航空攝影測(cè)量時(shí)，用GPS信號(hào)測(cè)量每一個(gè)攝影瞬間的攝站位置，就可以采用后處理差分動(dòng)態(tài)定位。

GPS后處理差分動(dòng)態(tài)定位對(duì)于動(dòng)態(tài)GPS用戶，除了需要確定GPS接收機(jī)載體的實(shí)時(shí)位置，往往還要測(cè)定載體的實(shí)時(shí)航行速度。假設(shè)于歷元t1和t2測(cè)定的載體實(shí)時(shí)位置分別為X1(t1)和X2(t2)，則其運(yùn)動(dòng)速度可簡(jiǎn)單地表示為：由此可得載體運(yùn)行方向的速度為：GPS接收機(jī)載體航速的測(cè)定定時(shí)有著廣泛的應(yīng)用。從日常生活到航天發(fā)射，從出外步行到航空航海，都離不開定時(shí)。利用GPS信號(hào)進(jìn)行時(shí)間傳遞，一般采用兩種方法：（1）一站單機(jī)測(cè)時(shí)：應(yīng)用一臺(tái)GPS接收機(jī)在一個(gè)已知坐標(biāo)的觀測(cè)站上進(jìn)行測(cè)時(shí)的方法。（2）共視對(duì)比定時(shí)法：在兩個(gè)測(cè)站上各設(shè)一臺(tái)GPS接收機(jī)，同步觀測(cè)同一衛(wèi)星，來測(cè)定兩用戶時(shí)鐘的相對(duì)偏差，達(dá)到高精度時(shí)間比對(duì)的目的。GPS定時(shí)GPS數(shù)據(jù)處理目的：將采集的GPS數(shù)據(jù)，經(jīng)測(cè)量平差后，歸化到參考橢球面上并投影到所采用的平面上，得到點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。平差當(dāng)前參考面坐標(biāo)投影參考橢球面坐標(biāo)野外數(shù)據(jù)GPS定位數(shù)據(jù)處理特點(diǎn)：特點(diǎn)（1）海量的數(shù)據(jù)（2）復(fù)雜的處理過程（4）自動(dòng)化程度高（3）多樣的數(shù)學(xué)模型GPS定位數(shù)據(jù)處理基本流程：其中，虛線右邊的是測(cè)后數(shù)據(jù)處理的基本流程。GPS數(shù)據(jù)的預(yù)處理：(1/2)預(yù)處理的主要目的是對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、加工與整理，剔除粗差，刪除無效無用數(shù)據(jù)，分流出各種專用的信息文件，為下一步的平差計(jì)算做準(zhǔn)備。GPS數(shù)據(jù)的預(yù)處理：

(2/2)預(yù)處理工作的主要內(nèi)容有：①數(shù)據(jù)傳輸②數(shù)據(jù)分流③平滑濾波檢驗(yàn)④統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式⑤標(biāo)準(zhǔn)化衛(wèi)星軌道方程⑥探測(cè)周跳修復(fù)觀測(cè)值⑦進(jìn)行各種模型改正GPS基線向量的解算：定義：利用多個(gè)測(cè)站的GPS同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定這些測(cè)站之間坐標(biāo)差的過程?；€向量：GPS相對(duì)定位中，點(diǎn)位間的相對(duì)位置量(坐標(biāo)差)為基線向量。GPS相對(duì)定位的結(jié)果是確定測(cè)站點(diǎn)間的相對(duì)位置關(guān)系。這種相對(duì)位置關(guān)系通常用空間直角坐標(biāo)差或大地坐標(biāo)差表示。解算的觀測(cè)值:GPS載波相位觀測(cè)值（主要）、GPS偽距觀測(cè)值（輔助）。解算的結(jié)果：基線向量、精度（中誤差）及誤差相關(guān)性信息（協(xié)方差矩陣）。GPS基線向量的解算：為了通過平差計(jì)算求解觀測(cè)站之間的基線向量，一般均取相位觀測(cè)值的線性組合，即差分模型。一般以雙差觀測(cè)值作為平差解算時(shí)的觀測(cè)量，以測(cè)站間的基線向量坐標(biāo)為主要未知量，建立誤差方程式、法方程求解基線向量。GPS基線向量網(wǎng)的平差：(1/3)ΔX31ΔX73ΔX67ΔX69ΔX89ΔX48ΔX12ΔX2432489657ΔX23ΔX35ΔX52ΔX45ΔX85ΔX95ΔX56ΔX36GPS基線向量網(wǎng)1圖中紅色點(diǎn)代表測(cè)站；有方向的線段代表各個(gè)測(cè)站之間的基線向量。GPS基線向量網(wǎng)的平差：(2/3)定義就是以載波相位觀測(cè)解算得到的基線向量為觀測(cè)值，以其方差陣的逆陣為權(quán)，進(jìn)行平差計(jì)算，求得各GPS網(wǎng)點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)，并進(jìn)行精度評(píng)定的過程。GPS基線向量網(wǎng)的平差：(3/3)GPS基線網(wǎng)平差的目的：

消除基線網(wǎng)中各類圖形閉合條件的不符值，并建立網(wǎng)的基準(zhǔn)，即網(wǎng)的位置、方向和尺度基準(zhǔn)。目前主要采用的平差方法有：三維無約束平差、三維約束平差及三維聯(lián)合平差三種平差模型。三維無約束平差解算：(1/13)定義

所謂GPS網(wǎng)的三維無約束平差是指平差在WGS-84三維空間直角坐標(biāo)系下進(jìn)行，GPS控制網(wǎng)中只需引入網(wǎng)中的一個(gè)位置基準(zhǔn)（起始點(diǎn)），平差時(shí)不引入使得GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測(cè)量所引起的變形的外部約束條件。三維無約束平差解算：(2/13)主要作用：(1)改善GPS網(wǎng)的質(zhì)量，評(píng)定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度；(2)消除由觀測(cè)量和已知條件中所存在的誤差而引起的GPS網(wǎng)在幾何上的不一致；(3)確定GPS網(wǎng)中點(diǎn)在指定參照系下的坐標(biāo)以及其他所需參數(shù)的估值；(4)為將來可能進(jìn)行的高程擬合，提供經(jīng)過了平差處理的大地高數(shù)據(jù)。三維無約束平差解算：(3/13)三維無約束平差解算：(4/13)1、誤差方程設(shè)網(wǎng)中的固定點(diǎn)點(diǎn)號(hào)為1，網(wǎng)內(nèi)測(cè)站點(diǎn)數(shù)為n，以待定測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)改正數(shù)為平差未知數(shù)，以基線向量坐標(biāo)及其方差的逆陣

為觀測(cè)值和權(quán)陣，并設(shè)固定點(diǎn)坐標(biāo)和待定點(diǎn)近似坐標(biāo)為：三維無約束平差解算：(5/13)基線向量坐標(biāo)協(xié)方差矩陣的逆陣為：對(duì)于任意i、j兩點(diǎn)有以下關(guān)系

或

。三維無約束平差解算：(6/13)

三維無約束平差解算：(7/13)GPS網(wǎng)平差的基本誤差方程推導(dǎo)：三維無約束平差解算：(8/13)1)、含固定點(diǎn)1的基線向量觀測(cè)值的誤差方程為：當(dāng)i=1時(shí)，寫成矩陣形式對(duì)應(yīng)的權(quán)陣為：即前面的基線向量坐標(biāo)固定點(diǎn)坐標(biāo)待定點(diǎn)近似坐標(biāo)三維無約束平差解算：(9/13)2)、不含固定點(diǎn)的基線向量觀測(cè)值的誤差方程：為：寫成矩陣形式對(duì)應(yīng)的權(quán)陣為三維無約束平差解算：(10/13)2、法方程的組成及解算由于各基線向量觀測(cè)值之間認(rèn)為是互相獨(dú)立的，因而可根據(jù)最小二乘準(zhǔn)則，分別對(duì)每個(gè)基線向量觀測(cè)值的誤差方程式組成法方程，然后