GPS原理及其應(yīng)用

(十一)第四章距離測量與GPS定位§4.6 單點(diǎn)定位§4.7 相對(duì)定位§4.6 單點(diǎn)定位GPS測量定位方法分類定位模式絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）相對(duì)定位差分定位定位時(shí)接收機(jī)天線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)靜態(tài)定位－天線相對(duì)于地固坐標(biāo)系靜止動(dòng)態(tài)定位－天線相對(duì)于地固坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)獲得定位結(jié)果的時(shí)效事后定位實(shí)時(shí)定位觀測值類型偽距測量載波相位測量距離測量與GPS定位>單點(diǎn)定位>GPS測量定位方法分類定位技術(shù)名稱精度(m)作用距離(km)響應(yīng)時(shí)間單點(diǎn)定位±10~±20m全球?qū)崟r(shí)局域差分±1.0~±5.0<150實(shí)時(shí)廣域差分/WAAS±1.0~±5.0<1500/全球?qū)崟r(shí)RTK±0.01~±0.20<15實(shí)時(shí)VRS±0.01~±0.20<70實(shí)時(shí)靜態(tài)定位±0.001~±0.050.01~10000半小時(shí)~24小時(shí)已發(fā)展的GPS技術(shù)指標(biāo)參數(shù)單點(diǎn)定位簡介定義單獨(dú)利用一臺(tái)接收機(jī)確定待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中絕對(duì)位置的方法定位結(jié)果－與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的絕對(duì)坐標(biāo)采用廣播星歷時(shí)屬WGS-84采用IGS–InternationalGPSService精密星歷時(shí)為ITRF–InternationalTerrestrialReferenceFrames特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：一臺(tái)接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測簡單，可瞬時(shí)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、...距離測量與GPS定位

>單點(diǎn)定位>單點(diǎn)定位簡介偽距單點(diǎn)定位的誤差方程①對(duì)于衛(wèi)星i，在某一個(gè)歷元的誤差方程為距離測量與GPS定位

>單點(diǎn)定位>偽距單點(diǎn)定位的誤差方程單點(diǎn)定位有4個(gè)待定參數(shù)，因而至少需要同時(shí)觀測4顆以上的衛(wèi)星，才能同時(shí)確定出所有的待定參數(shù)。偽距單點(diǎn)定位的誤差方程②對(duì)在某歷元同時(shí)觀測的n顆衛(wèi)星，其誤差方程及位置解為距離測量與GPS定位

>單點(diǎn)定位>偽距單點(diǎn)定位的誤差方程DOP值①DOP（DilutionofPrecision）GDOP–GeometryDilutionofPrecisionPDOP–PositionDilutionofPrecisionTDOP–TimeDilutionofPrecisionHDOP–HorizontalDilutionofPrecisionVDOP–VerticalDilutionofPrecisionDOP值的定義距離測量與GPS定位

>單點(diǎn)定位>DOP值DOP值②DOP值與定位精度DOP值的性質(zhì)DOP值與單點(diǎn)定位時(shí)，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距離測量與GPS定位

>單點(diǎn)定位>DOP值DOP值③距離測量與GPS定位

>單點(diǎn)定位>DOP值DOP值④距離測量與GPS定位

>單點(diǎn)定位>DOP值載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程①對(duì)于衛(wèi)星i，誤差方程為距離測量與GPS定位>單點(diǎn)定位>載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程②若在k個(gè)歷元里每歷元均觀測了n顆相同的衛(wèi)星，則誤差方程距離測量與GPS定位>單點(diǎn)定位>載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程③距離測量與GPS定位>單點(diǎn)定位>載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程④距離測量與GPS定位>單點(diǎn)定位>載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程假定在k個(gè)歷元中連續(xù)對(duì)n顆衛(wèi)星進(jìn)行了觀測，則通常有3+k+n個(gè)待定參數(shù)（3個(gè)位置參數(shù)、k個(gè)整周模糊度參數(shù)和n個(gè)接收機(jī)鐘差參數(shù)），因而，僅采用載波相位觀測值無法實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)單點(diǎn)定位。單點(diǎn)定位的誤差源及應(yīng)對(duì)方法衛(wèi)星星歷精密星歷衛(wèi)星鐘差精密鐘差、地面跟蹤電離層延遲雙頻改正對(duì)流層延遲模型改正距離測量與GPS定位

>單點(diǎn)定位>單點(diǎn)定位的誤差源及應(yīng)對(duì)方法精密單點(diǎn)定位精密單點(diǎn)定位PPP–PrecisePointPositioning特點(diǎn)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)采用復(fù)雜的模型定位精度亞分米級(jí)用途全球高精度測量衛(wèi)星定軌距離測量與GPS定位

>單點(diǎn)定位>精密單點(diǎn)定位§4.7 相對(duì)定位概述①定義確定進(jìn)行同步觀測的接收機(jī)之間相對(duì)位置的定位方法，稱為相對(duì)定位。定位結(jié)果與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的基線向量（坐標(biāo)差）及其精度信息采用廣播星歷時(shí)屬WGS-84采用IGS–InternationalGPSService精密星歷時(shí)為ITRF–InternationalTerrestrialReferenceFrame基線向量中含有：2個(gè)方位基準(zhǔn)（一個(gè)水平方法，一個(gè)垂直方位）和1個(gè)尺度基準(zhǔn)，不含有位置基準(zhǔn)距離測量與GPS定位

>相對(duì)定位>概述概述②特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：定位精度高缺點(diǎn)：多臺(tái)接收共同作業(yè)，作業(yè)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理復(fù)雜不能直接獲取絕對(duì)坐標(biāo)應(yīng)用高精度測量定位及導(dǎo)航相對(duì)定位距離測量與GPS定位

>相對(duì)定位>概述相對(duì)定位的類型靜態(tài)定位普通靜態(tài)定位快速靜態(tài)定位GoandStop快速確定整周未知數(shù)動(dòng)態(tài)定位動(dòng)態(tài)定位中整周未知數(shù)的確定靜態(tài)初始化動(dòng)態(tài)初始化（OTF）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK–RealTimeKinematic）單基準(zhǔn)站RTK多基準(zhǔn)站RTK（網(wǎng)絡(luò)RTK）測量定位原理>相對(duì)定位>相對(duì)定位的類型快速靜態(tài)相對(duì)定位模式示意圖基準(zhǔn)站觀測基線遷站路線流動(dòng)站作業(yè)方法在測區(qū)的中部選擇一個(gè)基準(zhǔn)站(或參考站)，并安置一臺(tái)接收機(jī)，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；另一臺(tái)接收機(jī)，依次到各點(diǎn)流動(dòng)設(shè)站，靜止觀測數(shù)分鐘，如圖所示。在觀測中至少跟蹤4顆衛(wèi)星，同時(shí)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距不超過15km。定位精度流動(dòng)站相對(duì)基準(zhǔn)站的基線中誤差，可達(dá)（5～10）mm+1ppm×D特點(diǎn)接收機(jī)在流動(dòng)站之間移動(dòng)時(shí)，不必保持對(duì)所測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，因而可關(guān)閉電源以降低能耗。該模式作業(yè)速度快，精度高。缺點(diǎn)是，在采用兩臺(tái)接收機(jī)作業(yè)時(shí)，直接觀測邊不構(gòu)成閉合圖形。適用范圍：小范圍的控制測量及其加密；工程測量、邊界測量；地籍測量及碎部測量等。

測量定位原理>相對(duì)定位>快速靜態(tài)相對(duì)定位作業(yè)方法在測區(qū)選一基準(zhǔn)站，在其安置一臺(tái)接收機(jī)，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；置另一臺(tái)流動(dòng)的接收機(jī)于起始點(diǎn)（如圖中1號(hào)點(diǎn)）觀測數(shù)分鐘；在保持對(duì)所測衛(wèi)星連續(xù)跟蹤的情況下，流動(dòng)的接收機(jī)依次遷到2，3…號(hào)流動(dòng)點(diǎn)各觀測數(shù)分鐘。該作業(yè)模式要求：作業(yè)時(shí)必須同時(shí)觀測4顆衛(wèi)星；在觀測過程中，流動(dòng)接收機(jī)對(duì)所測衛(wèi)星信號(hào)不能失鎖；一旦發(fā)生失鎖現(xiàn)象，應(yīng)在失鎖后的流動(dòng)點(diǎn)上，將觀測時(shí)間延長至數(shù)分鐘；流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)站相距，目前一般應(yīng)不超過15km。定位精度：中誤差（10～20）mm+1ppm×D。特點(diǎn)：該作業(yè)模式效率高。

應(yīng)用范圍：開闊地區(qū)的加密測量；工程定位及碎部測量；剖面測量和路線測量；地籍測量等。準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位模式示意圖

基準(zhǔn)站

12345678910121311測量定位原理>相對(duì)定位>準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位

作業(yè)方法：建立一個(gè)基準(zhǔn)站，并在其上安置一臺(tái)接收機(jī)，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；另一臺(tái)接收機(jī)，安置在運(yùn)動(dòng)的載體上(如圖)，在出發(fā)點(diǎn)按快速靜態(tài)相對(duì)定位法，靜止觀測數(shù)分鐘，以進(jìn)行初始化；運(yùn)動(dòng)的接收機(jī)從出發(fā)點(diǎn)開始，在運(yùn)動(dòng)過程中按預(yù)定的采樣間隔自動(dòng)觀測。該作業(yè)模式要求：至少同步觀測至少4顆衛(wèi)星，并在運(yùn)動(dòng)過程中保持連續(xù)跟蹤；同時(shí)，運(yùn)動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)站的距離，目前應(yīng)不超過15km。

定位精度：可達(dá)(1-2)cm+1ppm×D.特點(diǎn):速度快，精度高，連續(xù)實(shí)時(shí)定位。

應(yīng)用范圍：精密測定載體的運(yùn)動(dòng)軌跡；道路中心測量；航道測量；開闊地區(qū)剖面測量和水文測量等。動(dòng)態(tài)相對(duì)定位模式示意圖基準(zhǔn)站

912341178651012測量定位原理>相對(duì)定位>動(dòng)態(tài)相對(duì)定位觀測方程非差觀測方程單差觀測方程雙差觀測方程距離測量與GPS定位>相對(duì)定位>觀測方程各種誤差對(duì)相對(duì)定位結(jié)果的影響衛(wèi)星軌道誤差–削弱衛(wèi)星鐘差–消除大氣折射誤差–削弱接收機(jī)鐘差–消除接收機(jī)天線相位中心偏差和變化–消除距離測量與GPS定位

>相對(duì)定位>各種誤差對(duì)相對(duì)定位結(jié)果的影響相對(duì)定位的類型靜態(tài)定位普通靜態(tài)定位快速靜態(tài)定位GoandStop快速確定整周未知數(shù)動(dòng)態(tài)