GPS-7定位基本原理

《GPS原理及其應(yīng)用》

第七講

GPS定位的基本原理《GPS原理及其應(yīng)用》GPS測量定位方法分類定位模式絕對定位（單點(diǎn)定位）相對定位差分定位定位時接收機(jī)天線的運(yùn)動狀態(tài)靜態(tài)定位：天線相對于地球坐標(biāo)系靜止動態(tài)定位：天線相對于地球坐標(biāo)系運(yùn)動準(zhǔn)動態(tài)定位：搬站過程中保持信號連續(xù)觀測獲得定位結(jié)果的時效事后定位實時定位觀測值類型偽距測量載波相位測量GPS測量定位方法分類單點(diǎn)定位相對定位差分GPS主要內(nèi)容§7.1單點(diǎn)定位GPS單點(diǎn)定位的概念GPS單點(diǎn)定位的幾何原理GPS單點(diǎn)定位的求解GPS單點(diǎn)定位小結(jié)我在哪里？航空攝影攝區(qū)1、GPS單點(diǎn)定位的概念GPS單點(diǎn)定位是指根據(jù)衛(wèi)星星歷以及單臺GPS接收機(jī)觀測值來確定測站點(diǎn)在WGS84坐標(biāo)系中絕對坐標(biāo)的方法，也稱為絕對定位。O（0,0,0）XYZ（X,Y,Z）（XS,YS,ZS）優(yōu)點(diǎn)：一臺接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測簡單，可瞬時定位缺點(diǎn)：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低應(yīng)用領(lǐng)域低精度導(dǎo)航、資源普查、軍事、...在待測點(diǎn)上設(shè)站，向3個或3個以上已知點(diǎn)進(jìn)行角度觀測，通過后方交會方法求出待測點(diǎn)的坐標(biāo)。平面后方交會方法回顧2、GPS單點(diǎn)定位的幾何原理觀測一顆衛(wèi)星測站位于以衛(wèi)星位置為球心，站星距離為半徑的球面上。(X1,Y1,Z1,)(X,Y,Z,)2、GPS單點(diǎn)定位的幾何原理觀測兩顆衛(wèi)星做兩個球面兩球面相交為一個圓測站位于圓上(X2,Y2,Z2,)(X1,Y1,Z1,)2、GPS單點(diǎn)定位的幾何原理觀測三顆衛(wèi)星做三個球面三個球面相交為兩點(diǎn)測站位于其中一點(diǎn)上(X3,Y3,Z3,)(X2,Y2,Z2,)(X1,Y1,Z1,)2、GPS單點(diǎn)定位的幾何原理GPS單點(diǎn)定位方法的實質(zhì)是空間距離后方交會觀測一個站星距離觀測兩個站星距離觀測三個站星距離觀測三個站星距離＋地球球面圓兩點(diǎn)一點(diǎn)3、GPS單點(diǎn)定位的求解GPS衛(wèi)星在“T”時刻發(fā)射信號GPS接收機(jī)于“T+△t”時刻接收到信號站星距離=△t×光速電離層對流層由于大氣誤差的影響，GPS衛(wèi)星鐘和GPS接收機(jī)鐘都含有誤差，造成星站距離觀測值并非星站幾何距離。(X,Y,Z,dt)S1S2S3S4給定待定點(diǎn)的初始坐標(biāo)(X0,Y0,Z0)觀測到多顆衛(wèi)星DOP（DilutionofPrecision）GDOP–GeometryDilutionofPrecisionPDOP–PositionDilutionofPrecisionTDOP–TimeDilutionofPrecisionHDOP–HorizontalDilutionofPrecisionVDOP–VerticalDilutionofPrecisionN,E,H為站心坐標(biāo)系下的坐標(biāo)分量DOP值與定位精度DOP值的性質(zhì)DOP值與單點(diǎn)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DOP值越小，定位的幾何條件越好GPS單點(diǎn)定位計算過程計算觀測衛(wèi)星的位置（Xi,Yi,Zi）,衛(wèi)星鐘差dTi,大氣誤差改正得到偽距觀測值確定未知數(shù)初值（X0,Y0,Z0）

組成誤差方程式解求坐標(biāo)未知數(shù)改正數(shù)迭代計算，并檢查是否收斂信號發(fā)送時刻還是信號接收時刻？信號發(fā)送時刻的衛(wèi)星位置，在信號接收時刻地球坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。4、GPS單點(diǎn)定位小結(jié)GPS單點(diǎn)定位的實質(zhì)是空間距離后方交會；要同時確定測站坐標(biāo)和接收機(jī)鐘差必須同時觀測四顆或四顆以上衛(wèi)星；GPS單點(diǎn)定位求解測站坐標(biāo)一般需要迭代計算。說明:首歷元計算時，初始值(0,0,0)，需迭代3-5次其后歷元令，迭代1-2次7.2精密單點(diǎn)定位

（PPP–PrecisePointPositioning）特點(diǎn)主要采用載波相位觀測值采用精密衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差數(shù)據(jù)采用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型定位精度厘米級用途全球高精度測量衛(wèi)星定軌載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位觀測方程如果某個歷元觀測了n顆衛(wèi)星則誤差方程個數(shù)為：n未知數(shù)個數(shù)為：(4+n)是否可解？靜態(tài)情況下k個歷元里，每歷元均觀測了n顆相同的衛(wèi)星誤差方程個數(shù)為：k×n未知數(shù)個數(shù)為：3+k+n什么情況下可解？k×n>(3+k+n)誤差方程式為:用矩陣形式表示為:§7.3相對定位相對定位的概念相對定位的特點(diǎn)相對定位的觀測方程相對定位的類型1、相對定位的概念定義：確定同步觀測的接收機(jī)之間相對位置的定位方法，稱為相對定位。定位結(jié)果某一坐標(biāo)系下的基線向量（坐標(biāo)差）基線向量中含有：2個方位基準(zhǔn)（一個水平方位，一個垂直方位）和1個尺度基準(zhǔn)，不含有位置基準(zhǔn)2、相對定位的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：定位精度高缺點(diǎn)：多臺接收機(jī)共同作業(yè)，作業(yè)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理復(fù)雜不能直接獲取絕對坐標(biāo)應(yīng)用高精度測量定位及導(dǎo)航3、觀測方程非差觀測方程單差觀測方程雙差觀測方程靜態(tài)相對定位動態(tài)相對定位準(zhǔn)動態(tài)相對定位4、相對定位的類型概念：RTK(RealTimeKinematic)是一種利用GPS載波相位觀測值進(jìn)行實時動態(tài)相對定位的技術(shù)。儀器設(shè)備至少2臺接收機(jī)數(shù)據(jù)通訊鏈（無線電臺2個）RTK軟件特點(diǎn)和用途在短時間內(nèi)獲得厘米級精度，廣泛應(yīng)用于圖根控制測量、施工放樣、工程測量和地形測量5、RTK技術(shù)§7.8差分GPS差分GPS原理差分GPS的分類差分GPS的新進(jìn)展1、概述差分GPS產(chǎn)生的原因：絕對定位精度不能滿足要求各種觀測誤差的影響美國實施的SA政策SA取消前后的定位結(jié)果2、差分GPS的基本原理誤差的相關(guān)性各類誤差中除多路徑誤差外，其他誤差均具較強(qiáng)的相關(guān)性，從而定位結(jié)果也有一定的相關(guān)性。差分GPS的基本原理利用基準(zhǔn)站（架設(shè)在坐標(biāo)精確已知的點(diǎn)上的接收機(jī)）測定具有相關(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。3、差分GPS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3、差分GPS的分類