GS測量原理與數(shù)據(jù)處理2

第五章GPS定位基本原理概述偽距測量載波相位測量整周跳變的修復(fù)GPS絕對定位與相對定位美國的GPS政策差分GPS定位原理(一)GPS定位方法分類1、定位方法分類按參考點的不同位置劃分為：（1）絕對定位（單點定位）：在地球協(xié)議坐標系中，確定觀測站相對地球質(zhì)心的位置。（2）相對定位：在地球協(xié)議坐標系中，確定觀測站與地面某一參考點之間的相對位置。2、按用戶接收機作業(yè)時所處的狀態(tài)劃分：（1）靜態(tài)定位：在定位過程中，接收機位置靜止不動，是固定的。靜止狀態(tài)只是相對的，在衛(wèi)星大地測量中的靜止狀態(tài)通常是指待定點的位置相對其周圍點位沒有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測期內(nèi)可以忽略。（2）動態(tài)定位：在定位過程中，接收機天線處于運動狀態(tài)。GPS定位方法分類GPS定位方法分類絕對定位靜態(tài)定位動態(tài)定位相對定位靜態(tài)定位動態(tài)定位定位方式基本頻率10.23MHzL1載波1575.42MHzL2載波1227.60MHzC/A碼1.023MHzP碼10.23MHzP碼10.23MHz數(shù)據(jù)碼50BPS數(shù)據(jù)碼50BPS15412010204600GPS衛(wèi)星信號包含三種信號分量：載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。信號分量的產(chǎn)生都是在同一個基本頻率f0=10.23MHz的控制下產(chǎn)生，GPS衛(wèi)星信號示意圖如下GPS基本觀測量（回憶）（二）GPS觀測量的基本概念偽距觀測值載波相位觀測值C/A碼，碼元寬293M，精度2.9MP碼，碼元寬29.3M，精度0.29ML1載波，波長19cm，精度0.19cmL2載波，波長24cm，精度0.24cm原始觀測量載波相位觀測值優(yōu)點：觀測值精度高，用精密定位存在問題整周不確定（模糊度解算）整周跳變現(xiàn)象1、GPS觀測量的基本概念碼相位觀測偽距載波相位觀測偽距衛(wèi)星r

是已知值P是測量值R是未知值對于某顆衛(wèi)星：什么叫偽距？所測偽距就是由衛(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出的量測距離。用C/A碼進行測量的偽距為C/A碼偽距，用P碼測量的偽距為P碼偽距。偽距概念（二）GPS觀測量的基本概念（續(xù)）

目前廣泛應(yīng)用的基本觀測量主要有碼相位觀測量和載波相位觀測量。

碼相位觀測是測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號（C/A碼或P碼）到達用戶接收機天線（觀測站）的傳播時間。也稱時間延遲測量。載波相位觀測是測量接收機接收到的具有多普勒頻移的載波信號，與接收機產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差。

通過碼相位觀測或載波相位觀測所確定的站星距離都不可避免地含有衛(wèi)星鐘與接收機鐘非同步誤差的影響，含鐘差影響的距離通常稱為偽距。由碼相位觀測所確定的偽距簡稱測碼偽距

由載波相位觀測所確定的偽距簡稱為測相偽距。2、偽距定位觀測方程假設(shè)衛(wèi)星至觀測站的幾何距離為ij，在忽略大氣影響的情況下可得相應(yīng)的偽距：當衛(wèi)星鐘與接收機鐘嚴格同步時，上式所確定的偽距即為站星幾何距離。為偽距，為真正幾何距離，為接收機和衛(wèi)星之間鐘差。通常GPS衛(wèi)星的鐘差可從衛(wèi)星發(fā)播的導(dǎo)航電文中獲得，經(jīng)鐘差改正后，各衛(wèi)星之間的時間同步差可保持在20ns以內(nèi)。如果忽略衛(wèi)星之間鐘差影響，并考慮電離層、對流層折射等影響，可得：偽距定位觀測方程偽距定位觀測方程幾何距離與衛(wèi)星坐標（Xs,Ys,Zs）和接收機坐標（X,Y,Z）之間有如下關(guān)系：測碼偽距觀測方程的常用形式如下：偽距定位觀測方程式中j為衛(wèi)星數(shù)，j＝1，2，3…。3、GP金S載波嶼相位撕測量載波咐相位向測量汽是測停量接窗收機救接收日到的采具有拉多普嗽勒頻趕移的精載波申信號介，與鴉接收夜機產(chǎn)嘆生的流參考邪載波技信號獻之間鋪的相騙位差冶，通盼過相妨位差自來求場解接鼻收機征位置子。載波芹相位貓觀測壁是目年前最容精確激的觀就測方伴法。（1）載罰波相粒位測摘量原伍理載波羅相位下測量暮觀測它方程載波誕相位卵觀測檢的的杠觀測婆量是GP崇S接收休機所講接收寫的衛(wèi)豬星載洲波信好號與頌接收棍機本析振參扇考信稻號的恨相位管差。禾以酸表召示k接收誕機在晴接收配機鐘待面時度刻tk時所忘接受劈燕到的j衛(wèi)星芽載波鞭信號網(wǎng)的相腸位值放，土表示k接收欣機在長鐘面私時刻tk時所濕產(chǎn)生臨的本遠地參跌考信博號的翠相位緣瑞值，麥則k接收參機在合接收身機鐘正面時灰刻tk時觀稻測j衛(wèi)星劇所取定得的擋相位班觀測通量可厲寫為竊：載波削相位掌觀測斧的主善要問僚題：導(dǎo)無法挺直接勝測定駛衛(wèi)星示載波綠信號氏在傳悉播路線徑上匙相位跳變化會的整喊周數(shù)篇，存鐮在整宰周不貓確定逃性問頁題。紋此外題，在委接收哨機跟雀蹤GP讓S衛(wèi)星框進行賺觀測關(guān)過程諷中，摸常常睡由于部接收雨機天象線被踩遮擋蹲、外攏界噪窗聲信艇號干改擾等闊原因否，還堆可能象產(chǎn)生村整周哈跳變公現(xiàn)象假。有涼關(guān)整撒周不尾確定鞠性問燃題，囑通常吹可通鈔過適貴當數(shù)斃據(jù)處然理而靈解決鳥，但謝將使次數(shù)據(jù)畜處理疼復(fù)雜冊化。載波陸相位豪測量白的主惕要問奏題載波山相位幣測量嗓值通常掩的相耳位測撞量或喪相位盛差測額量只卸是測左出一羽周以遞內(nèi)的者相位竊值，捐實際訪測量削中，優(yōu)如果計對整療周進欄行計謎數(shù)，搏則自刷某一耳初始愧取樣酬時刻撤（t0）以況后就炭可以廊取得箱連續(xù)脫的相催位觀怨測值否。Sj(t0)Sj(ti)N0kN0Int(φ)載波搏相位病測量清觀測弊方程t0時刻編和tk時刻次的相適位觀算測值卵可以瘦寫成堂：接收遮機在煌跟蹤茶衛(wèi)星勝信號墻時，乞不斷呆測定顆小于現(xiàn)一周上的相邊位差迫，并懸利用劇整周撥計數(shù)塊器記價錄從t0到tk時間姐內(nèi)的廊整周淡數(shù)變夜化量In狠t()，這丙一時迫間段拳內(nèi)，境要求公衛(wèi)星竄信號關(guān)沒有愁中斷故。如拍果過慘程中恐衛(wèi)星艷失鎖炒了，探那要踢采取印其他永方法米進行板處理廈。（三煉）整杯周未墾知數(shù)紀和整饑周跳終變確定蝦整周聞未知遭數(shù)N0是載素波相滴位測咽量的冊一項殊重要遣工作翼，常瀉用的億方法知有下冠列幾白種：1、偽甘距法2、經(jīng)役典方姓法－亮將整族周未奪知數(shù)術(shù)作為厚待定衫參數(shù)屯求解3、多擦普勒做法（繩三差罰法）4、快驕速確佩定整進周未太知數(shù)料法整周侄未知余數(shù)和命整周尺跳變1、偽旗距法偽距鐘法是扇在進揚行載次波相坦位測胸量的患同時弦又進騙行了羞偽距塞測量碰，將冤偽距廣觀測刻值減纖去載評波相擔位測迫量的芝實際玻觀測育值（傾化為若以距捐離為左單位躬）后輛即可朱得到λ×N0。但靈由于皺偽距密測量堵的精骨度較沙低，私所以霧要有德較多燦的觀桃測值立取平某均值通后才侄能獲番得正涼確的拐整波呼段數(shù)岔。整周陜未知禾數(shù)和雖整周拼跳變2、經(jīng)表典方噴法把整丟周未銳知數(shù)裝當作碧平差振計算但中的植待定氏參數(shù)綿來加非以估濕計和越確定惠。分間兩種赤方法尼：（1）整駁數(shù)解由于復(fù)誤差柴影響比，解婚得得責整周沾未知嶄數(shù)往友往不航是一價個整麥數(shù)，蹤蝶然后蜘將其稀固定抗為整豆數(shù)，洞并重鋼新進北行平怕差計賽算。攪也稱何為固乞定解跨（fi偷xe枕d云so錦lu惜ti砌on）（2）實飼數(shù)解當誤鴨差消數(shù)除得布不夠省完全奪時，旗整周雞未知僚數(shù)無包法估就計很寺準確困，此帆時直曲接將重實數(shù)踐解作備為最添后解搜。也算稱為卻浮點踏解（fl抗oa榆ti致ng五s媽ol賊ut競io嗚n）整周形未知炮數(shù)和弄整周摟跳變3、多但普勒敵法（捧三差亮法）由于更連續(xù)兄跟蹤貌的所織有載抄波相腎位測響量觀告測值豪中均酒含有谷相同賓的整兵周未禍知數(shù)彩，所腰以將識相鄰免兩個轎觀測令歷元婦的載鞭波相許位相杜減，乒就將喉該未居知數(shù)缸消去霉，從己而直執(zhí)接接肅觸坐劇標參崇數(shù)，露這就倉是多范普勒螞法。由于飄三差炮法可勻以消高除許屠多誤喬差，逢所以纖使用餓較廣若泛。整周圈未知河數(shù)和創(chuàng)整周撐跳變4、快采速確滑定整純周位氧置數(shù)凡法19給90年E.蟲Fr拴ei和G.習Be展ut號le浩r提出管了快家速模肅糊度沙（即撥整周楚未知誤數(shù)）春解算網(wǎng)法進輪行快源速定輛位的迫方法堅。采尺用這業(yè)種方騾法進辰行短北基線宵定位提時，容利用繡雙頻削接收貧機只批需觀醉測一覺分鐘悟便能溉成功另的確棵定整稿周未甚知數(shù)胃。整周駝未知餓數(shù)和葉整周箭跳變周跳達的出娃現(xiàn)和勸處理正是載擾波相濤位測民量中姓的重估要問今題，半整周災(zāi)跳變勁的探班測與豎修復(fù)翁常用宵的方戰(zhàn)法有嘩下列善幾種爪方法炸：1、屏捎幕掃售描法梁（也柔就是戲手工且編輯蓬）2、多掠項式遼擬合鞋法3、衛(wèi)犁星間翻求差喚法4、根棉據(jù)平漁差后佛的殘帶差發(fā)多現(xiàn)和途修復(fù)麻整周腥跳變絕對打定位盛也稱戀單點盞定位川，是破指在簽協(xié)議出地球汽坐標仙系中潛，直夠接確舌定觀閣測站擋相對驗于坐幣標原搏點（詢地球咱質(zhì)心甚）絕靈對坐墳標的機一種誤方法犯。（一紅）絕托對定或位的晝基本屋原理以GP吸S衛(wèi)星阻和用留戶接瘋收機盜天線撲之間頃的距尚離（燥或距鹽離差霜）觀抹測量付為基遷礎(chǔ)，糊根據(jù)田已知涉的衛(wèi)慎星瞬瞞時坐舌標，后來確榨定接掛收機企天線降所對揚應(yīng)的賴點位歸，即炊觀測升站的侵位置踐。GP企S絕對戲定位頂方法孤的實澤質(zhì)是養(yǎng)測量匠學(xué)中綠的空椒間距構(gòu)離后產(chǎn)方交將會。五、鼠絕對鼓定位際方法歸概述絕對搞定位川可根諷據(jù)天刪線所塞處的綠狀態(tài)愈分為興動態(tài)通絕對嘩定位竄和靜碰態(tài)絕任對定尊位。所依誼據(jù)的懶觀測白量都治是所微測的繡站星稿偽距擾。根輛據(jù)觀坦測量唉的性項質(zhì)，精偽距洋有測鍛碼偽劇距和惠測相膽偽距煌，絕慎對定切位相如應(yīng)分講為測馳碼偽征距絕惑對定喉位和儀測相迎偽距壺絕對注定位。靜態(tài)抱絕對殃定位航時觀往測站平是固向定的恭，可牲以于揭不同甩歷元魂同步具觀測百不同假衛(wèi)星淺，取猶得充丸分多困的偽鑰距觀寫測量槽，通麻過最牧小二關(guān)乘平砍差，鍵提高絞定位怠精度未。1.測碼孫偽距剪靜態(tài)灣絕對拖定位若nt為觀砌測歷倒元數(shù)膚，在耕忽略納接收瓦機鐘答差隨鉗時間據(jù)變化剃的情晴況下嚷，可繼得相肆應(yīng)的灰誤差股方程伍：(一)靜態(tài)艘絕對停定位榴原理其中按最脾小二車乘法敢求解腿：在不瘦同歷苦元觀京測的叫衛(wèi)星采數(shù)一辭般不陡同，西在組圣成上蔥列系怨數(shù)陣常時應(yīng)遷注意隱。如果年觀測微的時盛間較凱長，銹接收賴機鐘項差的仁變化粗往往旋不能絮忽略海。根敢據(jù)不島同情牙況，涉或者嫂將鐘爆差表碼示為兼多項欠式形粘式，抹把多吹項式洗系數(shù)促作為厭未知識數(shù)在貓平差艦計算尤中求仔解（掌待求聾未知土參數(shù)零總量短為3+披nc，nc為鐘漠差模的型系左數(shù)個羨數(shù)）遺；或劃簡單織地對待不同涼觀測荷歷元泄引入渠相異吸的獨援立鐘亡差參夸數(shù)（紡待求堵未知概參數(shù)峽總量塑為3+凈nt，nt為觀勇測的寒歷元裕數(shù)）(2溫)測相測偽距訊靜態(tài)鍛絕對內(nèi)定位假設(shè)職在測戰(zhàn)站Ti于歷軟元t同步畏觀測架的衛(wèi)催星數(shù)濱為nj，根據(jù)假動態(tài)熔絕對居定位系可寫辮出誤新差方孤程組綿：其中其中如果固在觀浪測站Ti于不翁同歷要元t=帥t1,t2,…tnt，對相凱同的輩衛(wèi)星敞進行潑觀測葵，則浩相應(yīng)具的誤寨差方險程組桂為或其中互：取符體號按最者小二胞乘法旦求得(2默)測相例偽距常靜態(tài)數(shù)絕對饞定位假設(shè)坦在測椅站Ti于歷篇元t同步嘩觀測霧的衛(wèi)畜星數(shù)鈔為nj，根據(jù)將動態(tài)沸絕對切定位洽可寫槐出誤白差方河程組頑：其中其中如果搜在觀秩測站Ti于不表同歷斥元t=培t1,t2,…tnt，對相蜂同的刊衛(wèi)星郊進行穴觀測絮，則險相應(yīng)霸的誤度差方為程組香為其中桿：取符熱號按最彼小二杜乘法瓦求得1.測碼竿偽距迫動態(tài)其絕對吳定位卵法如果數(shù)于歷靈元t觀測亦站至噴所測土衛(wèi)星滾之間裂的偽飽距已果經(jīng)經(jīng)按過衛(wèi)純星鐘森差改姥正：取則測脂碼偽草距觀糠測方遼程可棄寫為或(二)動態(tài)增絕對爹定位雁原理j(t)=外[Xj(t)Yj(t)Zj(t鵲)]T為衛(wèi)赤星Sj在協(xié)察議地請球坐察標系治中的介瞬時確空間店直角腫坐標佩向量i=[可XiYiZi]T為觀引測站Ti在協(xié)傲議地疾球坐商標系緣瑞中的螞空間牧直角荒坐標攀向量四。為了欺確定光觀測嘗站坐叨標和著接收止機鐘語差，公至少筑需要4個偽宿距觀谷測量橋。假僚設(shè)任漏一歷秤元t由觀剪測站Ti同步痕觀測4顆衛(wèi)廟星分掘別為j=籮1,勾2,白3,子4，則次有4個偽炸距觀閘測方較程若取甲觀測班站坐拘標的武初始籍（近拍似）谷向量勉為Xi0=(政X0Y0Z0)T，改季正數(shù)叛向量手為Xi=(XYZ)iT，則宇線性畢化取稍至一婆次微朵小項低后得或?qū)懕茷槭街衅渲杏纱瞬傻蒙鲜娇康那箫灲庖贿x般采套用迭胳代法所，根止據(jù)所膜取觀帳測站楚坐標哄的初描始值嘩，在速一次鐵求解搭后，恨利用癥所求幸坐標喉的改準正數(shù)掠，更膜新觀串測站殿坐標恭初始答值，堡重新貓迭代薯，通孩常迭昨代2-紡3次即贊可獲綠得滿酬意結(jié)班果。當僅稱觀測4顆衛(wèi)魄星時鄰，無狗多余脫觀測屆量，君解算街是唯欣一的扣。如品果同飛步觀口測的閃衛(wèi)星牽數(shù)nj大于4顆時救，則按需利英用最靜小二畝乘法帝平差震求解惜。誤差銹方程閥組的桃形式橋為根據(jù)辯最小之二乘陡法平?jīng)]差求其解解的和精度行為：mz為解刷的中卻誤差粥，0為偽酬距測伯量中舍誤差輛，Qii為權(quán)柿系數(shù)忠陣Qz主對委角線駕的相脊應(yīng)元估素。在GP氧S中，句同時域出現(xiàn)乎在地譽平線熔以上密的可沖見衛(wèi)懲星數(shù)閃不會蹦多于12個。脅測碼勿偽距暢絕對約定位結(jié)模型丸廣泛訓(xùn)用于瞎船只析、飛霞機、品車輛立等運吳動目鈔標的首導(dǎo)航家、監(jiān)揪督和鞋管理赤。2.測相恩偽距掠動態(tài)宅絕對得定位筍法在協(xié)男議地其球坐湖標系抬中，箱測相欺偽距喚的觀姥測方裕程為景為：如果窯設(shè)并考亡慮衛(wèi)誕星鐘龍差可腐利用箏導(dǎo)航芒電文憑中給隱出的噸參數(shù)刮加以德修正流，則虧觀測占方程糠可改疾寫成其中于歷帝元t，由匯觀測燃站Ti至衛(wèi)匆星sj的距暴離誤論差方渴程可植寫為尖：其中與測刺碼偽漠距的爸誤