第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.1概述5.2偽距測(cè)量5.3載波相位測(cè)量5.4整周跳變的修復(fù)5.5GPS絕對(duì)定位與相對(duì)定位5.6美國(guó)的GPS政策5.7差分GPS定位原理第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.1概述1.測(cè)角交會(huì)法1)前方交會(huì)

2)惻方交會(huì)

3)后方交會(huì)

2.測(cè)邊交會(huì)法(距離交會(huì))第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理測(cè)角交會(huì)法ABP側(cè)方交會(huì)前方交會(huì)ABPA、B和C點(diǎn)坐標(biāo)已知，P點(diǎn)坐標(biāo)未知后方交會(huì)PCAB第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理測(cè)邊（距）交會(huì)法PCABd1d2d3飛機(jī)輪船仍舊使用的一種導(dǎo)航定位方法如只有兩個(gè)無(wú)線電發(fā)射臺(tái)，可根據(jù)用戶接收機(jī)的概略位置交會(huì)出接收機(jī)的平面位置

無(wú)線電導(dǎo)航定位衛(wèi)星激光測(cè)距定位無(wú)線電發(fā)射臺(tái)或激光測(cè)距儀3.無(wú)線電接收機(jī)或衛(wèi)星1)ABC為三個(gè)無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái),坐標(biāo)已知2)P為用戶接收機(jī)3)采用無(wú)線電測(cè)距方法測(cè)得PAPBPC4)以ABC為球心,以三個(gè)長(zhǎng)為半徑作出三個(gè)定位球面,即可交出接收機(jī)的平面位置第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.1概述PCABd1d2d31)P點(diǎn)為激光測(cè)距衛(wèi)星2)ABC為固定于地面上三個(gè)的衛(wèi)星激光測(cè)距儀(坐標(biāo)已知)3)確定出P點(diǎn)位置4)利用三個(gè)衛(wèi)星位置在地面上有第四個(gè)位置,利用所測(cè)定的三個(gè)空間距離交會(huì)出該地面點(diǎn)的位置4.近代衛(wèi)星大地測(cè)量(衛(wèi)星激光測(cè)距）第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.GPS衛(wèi)星定位的基本原理(1)觀測(cè)方程P點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）5.1概述1)內(nèi)容:應(yīng)用測(cè)距交會(huì)原理,利用三顆以上衛(wèi)星的已知空間位置交會(huì)出地面未知點(diǎn)的位置2).第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理3)GPS衛(wèi)星定位方法a.依據(jù)測(cè)距的原理劃分：

1）偽距法定位（測(cè)碼）

2）載波相位測(cè)量定位（測(cè)相）

3）差分GPS定位b.根據(jù)待定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)劃分：

1）靜態(tài)定位(絕對(duì))2）動(dòng)態(tài)定位(相對(duì))

c.獲得定位結(jié)果的時(shí)效(補(bǔ)充）

1)事后定位(靜態(tài))2)實(shí)時(shí)定位(RTK)5.GPS衛(wèi)星定位的基本原理(2)5.1概述第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.2偽距測(cè)量1.偽距：由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得出的量測(cè)距離。由于各種誤差的存在，與衛(wèi)星到測(cè)站的實(shí)際幾何距離有一定差值。2.兩種測(cè)量值：-C／A碼偽距誤差20---30米-P碼偽距誤差10米3.偽距定位法:由GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)出到達(dá)四顆以上GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置，采用測(cè)距交會(huì)的方法求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。4.特點(diǎn)1)適用于導(dǎo)航和低精度測(cè)量

2)定位速度快；

3)可作為載波相位測(cè)量中解決整波數(shù)不確定問(wèn)題（模糊度）的輔助資料。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.2.1偽距測(cè)量1.衛(wèi)星發(fā)出一個(gè)測(cè)距碼，該測(cè)距碼經(jīng)過(guò)τ時(shí)間后到達(dá)接收機(jī)；2.接收機(jī)產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同的測(cè)距碼—復(fù)制碼，并通過(guò)時(shí)延器使其延遲時(shí)間τ’；5.2偽距測(cè)量5.2.1.1偽距測(cè)量的方法第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理3.將兩組測(cè)距碼進(jìn)行相關(guān)處理，直到兩組測(cè)距碼的自相關(guān)系數(shù)R(τ’)=1為止，此時(shí)，復(fù)制碼已和測(cè)距碼對(duì)齊，復(fù)制碼的延遲時(shí)間τ’就等于衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間τ；4.將τ’乘上光速c后即可求得衛(wèi)星至接收機(jī)的偽距。5.2.1.1偽距測(cè)量的方法(續(xù))5.2.1偽距測(cè)量第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.2.1.2為什么利用碼相關(guān)法測(cè)定偽距？為什么不利用碼的標(biāo)志來(lái)推算時(shí)延值？1.隨機(jī)誤差的存在：

每個(gè)測(cè)距碼在產(chǎn)生時(shí)；測(cè)距碼在傳播過(guò)程中由于外界干擾產(chǎn)生變形；復(fù)制碼在產(chǎn)生時(shí)。2.僅根據(jù)測(cè)距碼中的某一標(biāo)志來(lái)進(jìn)行量測(cè)會(huì)帶來(lái)較大誤差。利用碼相關(guān)技術(shù)在自相關(guān)系數(shù)R(τ’)=max的情況下來(lái)確定信號(hào)的傳播時(shí)間τ，實(shí)質(zhì)上是采用了多個(gè)碼特征來(lái)確定τ

，排除了隨機(jī)誤差的影響。5.2.1偽距測(cè)量第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.2.1.3偽距測(cè)量的原理(1)1.三種時(shí)間系統(tǒng)：1)各顆GPS衛(wèi)星的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)2)各臺(tái)GPS信號(hào)接收機(jī)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)3)統(tǒng)一上述時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的GPS時(shí)間系統(tǒng)5.2.1偽距測(cè)量第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.2.1.3偽距測(cè)量的原理（2）偽噪聲碼從衛(wèi)星到接收天線的傳播時(shí)間：偽噪聲碼從衛(wèi)星到達(dá)接收天線的時(shí)元偽噪聲碼在其衛(wèi)星的發(fā)射時(shí)元5.2.1偽距測(cè)量2.第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.2.1.3偽距測(cè)量的原理（3）dt—衛(wèi)星時(shí)鐘相對(duì)于GPS時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)間偏差（可根據(jù)導(dǎo)航電文求得）dT—接收機(jī)時(shí)鐘相對(duì)于GPS時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)間偏差（接收機(jī)鐘差）5.2.1偽距測(cè)量第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.2.1.3偽距測(cè)量的原理（4）衛(wèi)星到接收天線的真實(shí)距離：衛(wèi)星到接收天線的“偽距（pseudorange）”：偽噪聲碼的真實(shí)傳播時(shí)間5.2.1偽距測(cè)量3：第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.2.1.3偽距測(cè)量的原理（5）4.考慮電離層/對(duì)流層影響的偽距值：C(dt–dT)—時(shí)鐘偏差引起的距離偏差dion電離層效應(yīng)引起的距離偏差dtrop對(duì)流層引起的距離偏差5.2.1偽距測(cè)量第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.2.2偽距定位觀測(cè)方程是衛(wèi)星在軌位置和用戶位置的函數(shù)，即：—第j顆衛(wèi)星在時(shí)元t

的三維坐標(biāo)，可從導(dǎo)航電文中求得—用戶接收天線在時(shí)元t

的三維坐標(biāo)，為待求的未知數(shù)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理上式中有4個(gè)未知數(shù)（用戶三維坐標(biāo)和接收機(jī)的鐘差dT）。這樣在任何一個(gè)觀測(cè)瞬間，用戶至少需要同時(shí)觀測(cè)4顆衛(wèi)星，以便解算4個(gè)未知數(shù)。5.2.2偽距測(cè)量的基本方程（續(xù)）第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.3載波相位測(cè)量(1)1.偽距測(cè)量的不足：測(cè)距碼的碼元長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此量測(cè)精度較低。（對(duì)C/A碼而言精度3m左右，P碼約為30cm）2.如果把載波作為量測(cè)信號(hào)，載波的波長(zhǎng)要短得多（L1=19cm，L2=24cm），比P碼碼元的長(zhǎng)度小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)載波進(jìn)行相位測(cè)量，可以達(dá)到很高的精度。3.載波信號(hào)是一種周期性正弦信號(hào)，相位測(cè)量只能測(cè)定其不足一個(gè)波長(zhǎng)的部分，因而存在著整周數(shù)不確定性的問(wèn)題，使解算過(guò)程變得比較復(fù)雜。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.3載波相位測(cè)量(2)4.重建載波：1)概念:將調(diào)制在載波上的測(cè)距碼和導(dǎo)航電文去掉，重新獲得載波。2)方法：

碼相關(guān)法：(1)方法:將所接收到的調(diào)制信號(hào)(衛(wèi)星信號(hào))與接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼相乘

(2)特點(diǎn):局限制需了解碼的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)可獲得導(dǎo)航電文,可獲得全波長(zhǎng)的載波,信號(hào)質(zhì)量好平方法

:(1)方法:將所接收到的調(diào)制信號(hào)(衛(wèi)星信號(hào))自乘

(2)優(yōu)點(diǎn)無(wú)需了解碼的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)無(wú)法獲得導(dǎo)航電文,所獲載波波長(zhǎng)為原來(lái)波長(zhǎng)的一半,信號(hào)質(zhì)量較差第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.3載波相位測(cè)量(3)5.3.1載波相位測(cè)量原理5.3.2載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程5.3.3整周未知數(shù)N0的確定第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.3.1載波相位測(cè)量原理k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻tk

時(shí)觀測(cè)j

衛(wèi)星所取得的相位觀測(cè)量k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻tk

時(shí)所產(chǎn)生的本地參考信號(hào)的相位值k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻tk

時(shí)所接收到的j

衛(wèi)星載波信號(hào)的相位值1.載波相位測(cè)量的觀測(cè)量

GPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本振參考信號(hào)的相位差。2.第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理初始t0時(shí)刻，小于一周的相位差為0，其整周數(shù)為，則此時(shí)的相位觀測(cè)值為：3.第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理

任一時(shí)刻ti衛(wèi)星Sj到k接收機(jī)的相位差：整周數(shù)變化量整周模糊度（常數(shù)）三差法第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.3.2載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程(1)

1.載波相位測(cè)量是接收機(jī)（天線）和衛(wèi)星位置的函數(shù)。只有得到了它們之間的函數(shù)關(guān)系，才能從觀測(cè)量中求解接收機(jī)（或衛(wèi)星）的位置。2.1)設(shè)在GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻Ta（衛(wèi)星鐘時(shí)刻ta）衛(wèi)星Sj發(fā)射的載波信號(hào)相位為（ta），經(jīng)傳播延遲后，在GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻Tb（接收機(jī)鐘時(shí)刻tb）到達(dá)接收機(jī)。

2)根據(jù)電磁波傳播原理，Tb時(shí)接收到的和Ta時(shí)發(fā)射時(shí)的相位不變，即j（Tb）

=j（ta）

3)在Tb時(shí)，載波相位觀測(cè)量為：=（tb）-j（Tb）

=（tb）-j（ta）第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.3.2載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程(2)

4)考慮衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差，有Ta=ta+ta,Tb=tb+tb,則：=（Tb-tb）-j（Ta-ta）(1)5)載波信號(hào)的相位與頻率的關(guān)系為:（t+t）=（t）+ft（2）6)將(2)代入(1)得=（Tb）-fitb-j（Ta）+fjta（3）

fi=fj=f7)Tb=Ta+，由公式（2），得：

Nkj+（Tb）=j（Ta）+f8)公式（3）可改寫為：=j（Ta）+f-ftb-j（Ta）+fta-Nkj=f-ftb+fta-

Nkj

（4）第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.3.2載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程(3)

3.傳播延遲中考慮電離層和對(duì)流層的影響1和2

，則：

代入公式（4），得：第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.3.2載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程(3)

f：接收機(jī)產(chǎn)生的固定參考頻率c:光速ρ：衛(wèi)星至接收機(jī)之間的距離（未知數(shù)）δρ1：電離層影響δρ2：對(duì)流層影響δta：衛(wèi)星鐘差δtb：接收機(jī)鐘差（未知數(shù)）4.1)接收機(jī)k對(duì)衛(wèi)星j的載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程：第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.3.2載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程(4)由于=c/f，則上式為：兩邊同乘λ,得:2)偽距測(cè)量與載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程的聯(lián)系第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.3.3整周未知數(shù)N0的確定

靜態(tài)方法動(dòng)態(tài)方法第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.3.3.1靜態(tài)方法偽距法經(jīng)典方法多普勒法快速測(cè)定整周未知數(shù)法(FARA)Fastambiguityresolutionapproach第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理一偽距法2.將載波相位測(cè)量的觀測(cè)值(化為以距離為單位)減去偽距實(shí)際觀測(cè)值后即可得到λ·No。3.由于偽距測(cè)量的精度較低，所以要有較多的λ·No取平均值后才能獲得正確的整波段數(shù)。所以，得5.3.3.1靜態(tài)方法1.第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理二經(jīng)典方法

將整周未知數(shù)當(dāng)做平差中的待定參數(shù)一)整數(shù)解二)實(shí)數(shù)解5.3.3.1靜態(tài)方法第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理二經(jīng)典方法—整數(shù)解1.短基線定位時(shí)一般采用這種方法。2具體步驟：

1)首先根據(jù)衛(wèi)星位置和修復(fù)了周跳后的相位觀測(cè)值進(jìn)行平差計(jì)算，求得基線向量和整周未知數(shù)。

2)解得的整周未知數(shù)是一個(gè)實(shí)數(shù)，將其固定為整數(shù)(四舍五入法)，并重新進(jìn)行平差計(jì)算。

3)在計(jì)算中整周未知數(shù)采用整周值并視為已知數(shù)，以求得基線向量的最后值。5.3.3.1靜態(tài)方法第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理二經(jīng)典方法—實(shí)數(shù)解1.基線較長(zhǎng)時(shí)采用這種方法。2.具體步驟類似整數(shù)解方法，區(qū)別在于解得的整周未知數(shù)是一個(gè)實(shí)數(shù)。注:采用經(jīng)典方法時(shí)，需要較長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間，影響了作業(yè)效率，所以只有在高精度定位領(lǐng)域中才應(yīng)用5.3.3.1靜態(tài)方法第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理三多普勒法（三差法）1.由于連續(xù)跟蹤的所有載波相位觀測(cè)值中均含有相同的整周未知數(shù)N0，所以將相鄰兩個(gè)觀測(cè)歷元的載波相位相減，就可消去N0，從而解出坐標(biāo)。然后再根據(jù)坐標(biāo)值求解N0

。5.3.3.1靜態(tài)方法2.1)tm時(shí)刻衛(wèi)星Sj到k接收機(jī)的相位差：(1)2)tn時(shí)刻衛(wèi)星Sj到k接收機(jī)的相位差：(2)公式（1）-（2），即可消除N03.兩個(gè)歷元間的載波相位觀測(cè)值之差受接收機(jī)鐘及衛(wèi)星鐘的隨機(jī)誤差影響，所以精度不太好，往往用來(lái)求整周數(shù)的初始值。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理1.1990年E．Frei和G．Beutler提出2.基本思路：

1)利用初始平差的解向量及其精度信息，以參數(shù)估計(jì)和統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)為基礎(chǔ)，確定在某一置信區(qū)間內(nèi)N0的可能的整數(shù)解的組合；

2)依次將N0的每一組合作為已知值，重復(fù)進(jìn)行平差計(jì)算。使估值的驗(yàn)后平差或方差和為最小的一組N0

，即為最佳估值。

3)利用這種方法進(jìn)行短基線定位時(shí)，利用雙頻接收機(jī)只須觀測(cè)一分鐘即可確定整周未知數(shù)

此方法已在快速靜態(tài)定位中得到了廣泛應(yīng)用四快速確定整周未知數(shù)法(FARA)Fastambiguityresolutionapproach第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理補(bǔ)充靜態(tài)法的不足使用靜態(tài)方法時(shí)，一旦對(duì)所測(cè)衛(wèi)星失鎖，則接收機(jī)載體必須停下來(lái)，重新確定整周未知數(shù)，嚴(yán)重限制了載波相位觀測(cè)法在高精度動(dòng)態(tài)定位中的有效應(yīng)用。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.3.3.2動(dòng)態(tài)初始化法AROFAmbiguityresolutiononthefly1993年徠卡公司開發(fā)成功基本思想：

根據(jù)接收機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)載波信號(hào)的短時(shí)間觀測(cè)值，與參考站的同步觀測(cè)值一起，利用快速解算法確定N0。然后利用逆向求解方法來(lái)確定載體在上述短時(shí)間內(nèi)的瞬時(shí)位置。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理動(dòng)態(tài)初始化法的特點(diǎn)在載體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所觀測(cè)的衛(wèi)星一旦失鎖，為確定整周未知數(shù)，運(yùn)動(dòng)載體不需停下來(lái)重新進(jìn)行初始化工作。已在短距離（<10km）的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位中，得到了成功應(yīng)用，定位精度可達(dá)厘米級(jí)。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理作業(yè)GPS衛(wèi)星定位的基本原理是什么？2.什么叫偽距？偽距測(cè)量的特點(diǎn)有哪些？3.為什么采用碼相關(guān)法測(cè)定偽距？4.解釋重建載波，主要方法有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？5.在載波相位測(cè)量中，確定整周未知數(shù)主要有哪些方法？

第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.4整周跳變的修復(fù)5.4.1屏幕掃描法5.4.2用高次差或多項(xiàng)式擬合法5.4.3在衛(wèi)星間求差法5.4.4用雙頻觀測(cè)值修復(fù)周跳5.5.5根據(jù)平差后的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)整周跳變第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.4.1

整周跳變的修復(fù)任一時(shí)刻ti衛(wèi)星Sj到k接收機(jī)的相位差不足一周的相位差ti

時(shí)刻的整周數(shù)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理周跳的含義

在跟蹤衛(wèi)星過(guò)程中，由于某種原因，使得計(jì)數(shù)器無(wú)法連續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng)信號(hào)重新被跟蹤后，整周計(jì)數(shù)就不正確，但是不到一個(gè)整周的相位觀測(cè)值仍是正確的。這種現(xiàn)象稱為整周跳變，簡(jiǎn)稱周跳。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理周跳的含義（續(xù)）1.如果是因?yàn)殡娫吹墓收匣蛘袷幤鞅旧淼墓收鲜剐盘?hào)暫時(shí)中斷，那么中斷前后信號(hào)本身失去了連續(xù)性?；謴?fù)正常工作后的觀測(cè)值中不但整周計(jì)數(shù)不正確，不足整周的部分也不對(duì)。這時(shí)，修復(fù)周跳沒(méi)有什么意義。2.必須將資料分為兩個(gè)時(shí)段，各設(shè)一個(gè)整周未知數(shù)單獨(dú)進(jìn)行處理。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理整周跳變的修復(fù)方法

5.4.1屏幕掃描法5.4.2用高次差或多項(xiàng)式擬合法5.4.3在衛(wèi)星間求差法5.4.4用雙頻觀測(cè)值修復(fù)周跳5.4.5根據(jù)平差后的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)整周跳變第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.4.1屏幕掃描法

作業(yè)員在計(jì)算機(jī)屏幕前依次對(duì)每個(gè)站、每個(gè)時(shí)段、每顆衛(wèi)星的相位觀測(cè)值的變化率的圖像進(jìn)行逐段檢查，觀測(cè)其是否連續(xù)。如果出現(xiàn)不規(guī)則的突然變化，說(shuō)明出現(xiàn)了周跳現(xiàn)象。手工編輯修復(fù)。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.4.2用高次差或多項(xiàng)式擬合法5.4.2.1.高次差法：1.依據(jù)：該方法是根據(jù)有周跳現(xiàn)象的發(fā)生將會(huì)破壞載波相位測(cè)量的觀測(cè)值Int（Φ）+△Φ隨時(shí)間而有規(guī)律變化的特性來(lái)探測(cè)的2.方法：在相鄰的觀測(cè)值間依次求差（一次差、二次差、…、五次差），檢查是否出現(xiàn)異常。3.缺點(diǎn)：用求差法一般難于探測(cè)出只有幾周的小周跳，可用曲線擬合方法即可第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.4.2用高次差或多項(xiàng)式擬合法（續(xù)）5.4.2.2多項(xiàng)式擬合法：根據(jù)幾個(gè)相位觀測(cè)量擬合一個(gè)n階多項(xiàng)式，據(jù)此預(yù)估下一個(gè)觀測(cè)值，并與實(shí)測(cè)值比較，從而來(lái)發(fā)現(xiàn)周跳并修正整周計(jì)數(shù)。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.4.2用高次差或多項(xiàng)式擬合法（續(xù)）用高次差檢查周跳高次差具有隨機(jī)特性，無(wú)周跳現(xiàn)象存在。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.4.2用高次差或多項(xiàng)式擬合法（續(xù)）歷元t5觀測(cè)值有周跳，使四次差產(chǎn)生異常。用高次差檢查周跳（續(xù)）第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.4.3在衛(wèi)星間求差法

由于每顆衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值受到接收機(jī)振蕩器的隨機(jī)誤差的影響相同，所以在衛(wèi)星間求差即可消除接收機(jī)振蕩器的隨機(jī)誤差引起的周跳誤差第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.4.4用雙頻觀測(cè)值修復(fù)周跳1.又稱電離層殘差法2.對(duì)雙頻載波相位觀測(cè)值進(jìn)行組合運(yùn)算，同時(shí)考慮電離層折射改正，結(jié)果中只剩下整周數(shù)之差和電離層折射的殘差項(xiàng)。利用此結(jié)果即可探測(cè)周跳。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.4.4用雙頻觀測(cè)值修復(fù)周跳（續(xù)）雙頻接收機(jī)的兩個(gè)載波頻率的相位觀測(cè)量：考慮到電離層折射改正則有：已消去距離項(xiàng)和鐘差項(xiàng)，以及對(duì)流層改正項(xiàng)。只剩整周數(shù)之差與電離層折射的殘差項(xiàng)（值很?。?。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.4.4用雙頻觀測(cè)值修復(fù)周跳（續(xù)）優(yōu)點(diǎn)：

-中只涉及頻率，取決于電離層殘差影響，無(wú)須預(yù)先知道測(cè)站和衛(wèi)星坐標(biāo)。缺點(diǎn)：

1.如果兩個(gè)載波相位觀測(cè)值中都出現(xiàn)周跳，則無(wú)法采用此方法。

2.不能顧及多路徑效應(yīng)和測(cè)量噪聲的影響。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.4.5根據(jù)平差后的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)周跳1.經(jīng)過(guò)上述處理的觀測(cè)值中還可能存在一些小周跳,修復(fù)后的周跳可能會(huì)引入1~2周的偏差。2.對(duì)修復(fù)后的觀測(cè)值進(jìn)行平差計(jì)算，求得各觀測(cè)值的殘差。有周跳的觀測(cè)值會(huì)出現(xiàn)很大的殘差。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5GPS絕對(duì)定位與相對(duì)定位A1.GPS絕對(duì)定位也叫單點(diǎn)定位，即直接確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中相對(duì)于坐標(biāo)系原點(diǎn)——地球質(zhì)心的絕對(duì)位置。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5GPS絕對(duì)定位與相對(duì)定位2.絕對(duì)定位實(shí)質(zhì)：應(yīng)用測(cè)距交會(huì)的原理，利用三顆以上衛(wèi)星的已知空間位置交會(huì)出地面未知點(diǎn)（用戶接收機(jī)）的在WGS-84坐標(biāo)系中的位置。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5GPS絕對(duì)定位與相對(duì)定位

靜態(tài)動(dòng)態(tài)：偽距法3絕對(duì)定位

偽距法（測(cè)碼）載波相位測(cè)量（測(cè)相）載波相位測(cè)量較難應(yīng)用于動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位中的原因：載體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，要保持對(duì)所測(cè)相同衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，技術(shù)上有一定困難動(dòng)態(tài)解算整周未知數(shù)的方法，其應(yīng)用尚有一定的局限第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5GPS絕對(duì)定位與相對(duì)定位4.受衛(wèi)星軌道誤差、鐘差以及信號(hào)傳播誤差等影響，定位精度較低

-靜態(tài)絕對(duì)定位精度約為米級(jí)

-動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位精度為10~40m第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5GPS絕對(duì)定位與相對(duì)定位B相對(duì)定位1.定義：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）2.它是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法3.應(yīng)用范圍：精密導(dǎo)航、大地測(cè)量、精密工程測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)研究等第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5GPS絕對(duì)定位與相對(duì)定位5.5.1靜態(tài)絕對(duì)定位5.5.2靜態(tài)相對(duì)定位第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5.1靜態(tài)絕對(duì)定位5.5.1.1偽距法絕對(duì)定位5.5.1.2偽距法絕對(duì)定位的解算5.5.1.3應(yīng)用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行靜態(tài)絕對(duì)定位5.5.1.4絕對(duì)定位精度評(píng)價(jià)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5.1靜態(tài)絕對(duì)定位注：上式中有4個(gè)未知數(shù)（用戶三維坐標(biāo)和接收機(jī)的鐘差dT）。在任何一個(gè)觀測(cè)瞬間，用戶至少需要同時(shí)觀測(cè)4顆衛(wèi)星，以便解算4個(gè)未知數(shù)。1.觀測(cè)方程：5.5.1.1偽距法絕對(duì)定位第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5.1.1偽距法絕對(duì)定位令(X0

Y0

Z0)T，(xyz)T分別為測(cè)站坐標(biāo)的近似值與改正數(shù)。令其中：偽距觀測(cè)方程的線性化形式：2.觀測(cè)方程的線性化：5.5.1靜態(tài)絕對(duì)定位第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5.1.2偽距法絕對(duì)定位的解法1利用最小二乘原理（通過(guò)最小化誤差的平方和找到一組數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配）求解測(cè)站坐標(biāo)的改正數(shù)(xyz)。

2是一個(gè)迭代的過(guò)程。將每次計(jì)算出的坐標(biāo)和鐘差作為初始值，重新代入進(jìn)行解算。直到結(jié)果符合一定閾值。注：具體解算看書5.5.1靜態(tài)絕對(duì)定位第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5.1.3應(yīng)用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行靜態(tài)絕對(duì)定位f：接收機(jī)產(chǎn)生的固定參考頻率c:光速ρ：衛(wèi)星至接收機(jī)之間的距離（未知數(shù)）

:整周未知數(shù)（未知數(shù)）δρ1：電離層影響δρ2：對(duì)流層影響δta：衛(wèi)星鐘差δtb：接收機(jī)鐘差（未知數(shù)）1.接收機(jī)k對(duì)衛(wèi)星j的載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程：5.5.1靜態(tài)絕對(duì)定位第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5.1.3應(yīng)用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行靜態(tài)絕對(duì)定位2.將觀測(cè)方程線性化3.利用最小二乘原理求解測(cè)站坐標(biāo)、接收機(jī)鐘差、整周未知數(shù)4.由于存在整周未知數(shù)問(wèn)題，在觀測(cè)4顆衛(wèi)星的情況下，至少必須3個(gè)歷元，對(duì)相同的衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測(cè)5.精度高于偽距法靜態(tài)絕對(duì)定位

整周未知數(shù)－＞固定解/實(shí)數(shù)解6.解算結(jié)果可為相對(duì)定位的參考站提供較為精密的起始坐標(biāo)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5.1.4絕對(duì)定位精度評(píng)價(jià)1.DOP值的性質(zhì)

a用于單點(diǎn)定位時(shí)，所觀測(cè)衛(wèi)星的數(shù)量與分布有關(guān)，它表示的是定位的幾何條件

b它的值越小，定位的幾何條件越好。2.GPS絕對(duì)定位精度主要取決于

1）衛(wèi)星分布的幾何條件

2）觀測(cè)量的精度

3.精度因子看書

4.精度因子的數(shù)值與所觀測(cè)衛(wèi)星的幾何分布有關(guān)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5.1.4絕對(duì)定位精度評(píng)價(jià)一般地，六面體體積越大，GDOP值越小精度高接收機(jī)GDOP較小接收機(jī)GDOP較大第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理選星問(wèn)題實(shí)際觀測(cè)中，為了減弱大氣折射的影響，所測(cè)衛(wèi)星的高度角不能過(guò)低。在這一條件下，盡可能使衛(wèi)星與測(cè)站構(gòu)成的六面體體積最大。理論分析表明：在觀測(cè)四顆星時(shí)，任意兩方向之間的夾角為109度時(shí)，其六面體的體積最大。可由用戶接收設(shè)備自動(dòng)完成。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理單點(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)流層延遲模型改正補(bǔ)充第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理精密單點(diǎn)定位精密單點(diǎn)定位PPP–PrecisePointPositioning特點(diǎn)主要觀測(cè)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(cè)量衛(wèi)星定軌補(bǔ)充第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理1.概念：用兩臺(tái)GPS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，以確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對(duì)位置（坐標(biāo)差）。5.5.2靜態(tài)相對(duì)定位第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5.2靜態(tài)相對(duì)定位

靜態(tài)：載波相位測(cè)量（測(cè)相）

動(dòng)態(tài)相對(duì)定位

偽距法（測(cè)碼）載波相位測(cè)量2.特點(diǎn)：1）可以消除許多相同或相近的誤差，定位精度高

2）廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量、精密工程測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)的研究和精密導(dǎo)航3.分類第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.5.2靜態(tài)相對(duì)定位4.1）在高精度靜態(tài)相對(duì)定位中，當(dāng)僅有兩臺(tái)接收機(jī)時(shí)，一般應(yīng)考慮將單獨(dú)測(cè)定的基線向量聯(lián)結(jié)成向量網(wǎng)（三角網(wǎng)或?qū)Ь€網(wǎng)），以增強(qiáng)幾何強(qiáng)度，改善定位精度。

2）當(dāng)有多臺(tái)接收機(jī)時(shí)，應(yīng)采用網(wǎng)定位方式，可檢核和控制多種誤差對(duì)觀測(cè)量的影響，明顯提高定位精度。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理作業(yè)1.什么是周跳？它是如何產(chǎn)生的？修復(fù)的方法有哪些？2.如何評(píng)價(jià)絕對(duì)定位的精度？3.一次差、二次差、三次差分別能消除什么誤差？第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.6美國(guó)的GPS政策5.6.1美國(guó)的SA和AS政策5.6.2針對(duì)SA和AS政策的政策5.6.3GPS現(xiàn)代化計(jì)劃第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.6.1SA和AS政策1.GPS衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼：

1）P碼精密定位服務(wù)（PPS）精度10米軍用、得到特許的部門

2）C/A碼標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）精度20—30米民用AS政策后100米1989.11~1990.9：“SA”和“AS”實(shí)驗(yàn)1991.7：實(shí)施SA技術(shù)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.6.1.1SA（SelectiveAvailability）技術(shù)1.SA技術(shù)稱有選擇可用性技術(shù)2.目的：降低非特許用戶GPS實(shí)時(shí)定位精度

水平定位精度100米高程定位精度140米定時(shí)精度340納秒3.主要內(nèi)容：

1）廣播星歷：對(duì)衛(wèi)星基準(zhǔn)頻率使用δ技術(shù)，降低星歷精度；

2）在衛(wèi)星鐘的鐘頻信號(hào)中加高頻抖動(dòng)（ε技術(shù)）第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.6.1.1SA（SelectiveAvailability）技術(shù)（續(xù)）4現(xiàn)狀補(bǔ)充

1）2001年5月1日下午，美國(guó)宣布取消SA政策2）隨著GPS系統(tǒng)的增強(qiáng)，第二頻率上蔣發(fā)播C/A碼偽距，增強(qiáng)第三頻率，衛(wèi)星鐘差和電離層延時(shí)的影響進(jìn)一步減小。雙頻單點(diǎn)定位精度可達(dá)12米。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.6.1.2AS（Anti-Spoofing）技術(shù)1.反電子欺騙技術(shù)2.將P碼與保密的W碼相加成Y碼，Y碼嚴(yán)格保密。3.目的：防止敵方使用P碼進(jìn)行精密導(dǎo)航定位。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.6.1.3SA和AS技術(shù)對(duì)定位的影響1.降低單點(diǎn)定位精度2.降低長(zhǎng)距離相對(duì)定位精度3.AS技術(shù)給確定整周未知數(shù)帶來(lái)不便是否實(shí)施SA政策，可以從導(dǎo)航電文中的測(cè)距精度（URA）中判別（書上例子）第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.6.1.2針對(duì)SA和AS政策的政策1.應(yīng)用P-W技術(shù)和L1與L2交叉相關(guān)技術(shù)2研制能同時(shí)接收GPS和GLONASS信號(hào)的接收機(jī)3發(fā)展DGPS和WADGPS差分GPS系統(tǒng)4建立獨(dú)立的GPS衛(wèi)星測(cè)軌系統(tǒng)5建立獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理應(yīng)用P-W技術(shù)和L1與L2交叉相關(guān)技術(shù)目的：使L2載波相位觀測(cè)值得到恢復(fù)，其精度與使用P碼相同P-W技術(shù)：將接收到的L1和L2信號(hào)和接收機(jī)生成的以原P碼信號(hào)為基礎(chǔ)的人工復(fù)制信號(hào)相關(guān)，并將頻帶寬度降低得到密碼帶寬，便可獲知W碼的估值，將上述接收到的信號(hào)減去W碼估值，恢復(fù)P碼L1與L2交叉相關(guān)技術(shù)：可辨認(rèn)Y1-Y2的值，進(jìn)一步得到L2碼偽距第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理研制能同時(shí)接收GPS和GLONASS信號(hào)的接收機(jī)GLONASS無(wú)SA技術(shù)，定位精度高于GPS接收機(jī)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理發(fā)展DGPS和WADGPS差分GPS系統(tǒng)已在不少國(guó)家和地區(qū)得到了發(fā)展定位精度達(dá)厘米級(jí)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理建立獨(dú)立的GPS衛(wèi)星測(cè)軌系統(tǒng)利用GPS衛(wèi)星，建立獨(dú)立的跟蹤系統(tǒng)，以精密地測(cè)定衛(wèi)星軌道，為用戶提供精密星歷服務(wù)加拿大、澳大利亞和歐洲的一些國(guó)家在實(shí)施建立區(qū)域性或全球精密測(cè)軌系統(tǒng)的計(jì)劃以美國(guó)為首從1986年開始建立的國(guó)際合作GPS衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)（CIGNET）第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理建立獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)GLONASS、伽俐略計(jì)劃、北斗計(jì)劃技術(shù)復(fù)雜、耗資巨大第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理GPS現(xiàn)代化計(jì)劃

增加民用信號(hào)改善現(xiàn)有信號(hào)克服大氣層效應(yīng)改善地面設(shè)施開發(fā)第三代GPS衛(wèi)星第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理增加民用信號(hào)民用空間信號(hào)：標(biāo)準(zhǔn)精度服務(wù)SPS1998年美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栃荚贚2=1227.6MHz頻率上廣播第二民用信號(hào)2005年在L5=1176.45MHz上廣播第三民用信號(hào)對(duì)于單點(diǎn)定位的用戶，利用第二和第三民用信號(hào)改善定位精度，提高信號(hào)的可用性和服務(wù)的連續(xù)性第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理軍用信號(hào)保護(hù)作戰(zhàn)區(qū)內(nèi)的軍用服務(wù)，防止敵方使用GPS服務(wù)，保存區(qū)域外的民用服務(wù)軍用PPS服務(wù)中提供新的軍用M碼，比現(xiàn)有的P碼功率大第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理改善現(xiàn)有信號(hào)為了提高對(duì)歐盟GNSS定位系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力，2000年5月2日，克林頓總統(tǒng)宣布：即日起停止SA技術(shù)用戶可得到優(yōu)于22m的水平SPS定位精度第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理克服大氣層效應(yīng)使用L2C/A碼與L1相結(jié)合，使電離層誤差從7.0m降低到0.1m第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理改善地面設(shè)施改善地面控制設(shè)備，提高對(duì)GPS衛(wèi)星的監(jiān)測(cè)能力，使控制網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定，提高定位精度第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理差分定位靜態(tài)定位中：相對(duì)定位動(dòng)態(tài)定位中：差分定位講授內(nèi)容5.7差分GPS定位原理第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理兩臺(tái)GPS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，以確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對(duì)位置（坐標(biāo)差）。GPS相對(duì)定位第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理

一個(gè)測(cè)站上對(duì)兩個(gè)目標(biāo)的觀測(cè)值；兩個(gè)測(cè)站上對(duì)同一目標(biāo)的觀測(cè)值；一個(gè)測(cè)站上對(duì)一個(gè)目標(biāo)的兩次觀測(cè)值；

…利用求差后的觀測(cè)值解算兩觀測(cè)站間的基線向量。差分技術(shù)在相對(duì)定位中的運(yùn)用第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理“(DGPS)DifferentialGPS”至少需兩臺(tái)接收機(jī)，分別在運(yùn)動(dòng)載體和基準(zhǔn)站上。兩臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)一組衛(wèi)星，基準(zhǔn)接收機(jī)為動(dòng)態(tài)接收機(jī)提供差分改正數(shù)（DGPS數(shù)據(jù)），動(dòng)態(tài)接收機(jī)根據(jù)自己的觀測(cè)值和差分改正數(shù)，精確解算用戶的三維坐標(biāo)。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理基準(zhǔn)接收機(jī)動(dòng)態(tài)接收機(jī)DGPS數(shù)據(jù)鏈基準(zhǔn)接收機(jī)的DGPS數(shù)據(jù)無(wú)線電發(fā)送機(jī)，與動(dòng)態(tài)接收機(jī)的DGPS數(shù)據(jù)無(wú)線電接收機(jī)，構(gòu)成了DGPS數(shù)據(jù)鏈差分改正數(shù)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理DGPS數(shù)據(jù)鏈的組成調(diào)制解調(diào)器無(wú)線電電臺(tái)通過(guò)RS-232-C接口與信號(hào)接收機(jī)相連GPS信號(hào)接收機(jī)RS-232-C接口調(diào)制解調(diào)器無(wú)線電發(fā)射機(jī)基準(zhǔn)站上的DGPS數(shù)據(jù)鏈第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理RS-232-C接口數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換的接口在基準(zhǔn)站上：將DGPS數(shù)據(jù)送到調(diào)制解調(diào)器在動(dòng)態(tài)站上：從調(diào)制解調(diào)器取得DGPS數(shù)據(jù)，并送到信號(hào)接收機(jī)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理調(diào)制解調(diào)器在基準(zhǔn)站上：將DGPS數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，進(jìn)而將其調(diào)制在載波上，送到無(wú)線電發(fā)射機(jī)在動(dòng)態(tài)站上：從已調(diào)波中解調(diào)出DGPS數(shù)據(jù)，通過(guò)RS-232-C接口送到信號(hào)接收機(jī)GPS信號(hào)接收機(jī)RS-232-C接口調(diào)制解調(diào)器無(wú)線電發(fā)射機(jī)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理無(wú)線電收發(fā)機(jī)在基準(zhǔn)站上：無(wú)線電發(fā)射機(jī)以電磁波的形式將DGPS數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶在動(dòng)態(tài)站上：接收DGPS數(shù)據(jù)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理

基準(zhǔn)站基準(zhǔn)站坐標(biāo)(X0,Y0,Z0)L1、L2(P’、INT、Frd（φ）)流動(dòng)站第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理差分GPS技術(shù)可以消除的誤差1.多臺(tái)接收機(jī)公有的誤差（可完全消除）

-衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差2.傳播延遲誤差（大部分消除）

-電離層誤差、對(duì)流層誤差3.接收機(jī)固有的誤差

-內(nèi)部噪聲、通道延遲誤差、多路徑效應(yīng)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理差分GPS分類（一）按數(shù)據(jù)處理方式：實(shí)時(shí)DGPS測(cè)量后處理DGPS測(cè)量如：GPS航空攝影測(cè)量技術(shù)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理差分GPS分類（二）5.7.1單基準(zhǔn)站GPS差分5.7.2局部區(qū)域差分5.7.3廣域差分

位置差分偽距差分載波相位差分第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.7.1.單站GPS的差分5.7.1.1位置差分5.7.1.2偽距差分5.7.1.3載波相位差分第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理1.原理1)計(jì)算基準(zhǔn)站的精密坐標(biāo)與觀測(cè)坐標(biāo)的改正數(shù)；2)基準(zhǔn)站發(fā)送坐標(biāo)改正數(shù)，用戶接收機(jī)接收其并對(duì)自身觀測(cè)值進(jìn)行修正。5.7.1.1位置差分第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.7.1.1位置差分2.計(jì)算步驟

1）基準(zhǔn)站的精密坐標(biāo)已知（X0，Y0，Z0），在基準(zhǔn)站上的接收機(jī)測(cè)得的坐標(biāo)為（X，Y，Z）（包含各種誤差），所以，坐標(biāo)改正數(shù)為：2）基準(zhǔn)站用數(shù)據(jù)鏈將改正數(shù)發(fā)送出去，用戶接收機(jī)在解算時(shí)加上改正數(shù)：經(jīng)過(guò)改正后的坐標(biāo)：第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理3位置差分的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

-消去了基準(zhǔn)站和用戶站共同的誤差

-基準(zhǔn)接收機(jī)只需向動(dòng)態(tài)用戶發(fā)送三個(gè)DGPS數(shù)據(jù)，易于實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸

-計(jì)算簡(jiǎn)單，適用于各種型號(hào)接收機(jī)。缺點(diǎn)：

-基準(zhǔn)站與用戶須觀測(cè)同一組衛(wèi)星，距離較長(zhǎng)時(shí)難以滿足。

-隨著站間距離的加長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)用戶的位置測(cè)量精度逐漸降低5.7.1.1位置差分第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.7.1.2偽距差分1.原理根據(jù)基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)和測(cè)出的衛(wèi)星地心坐標(biāo)，求出衛(wèi)星至基準(zhǔn)站的真正距離，計(jì)算偽距改正數(shù)及其變化率；用戶根據(jù)偽距改正數(shù)及其變化率求出改正后的偽距，計(jì)算用戶接收機(jī)坐標(biāo)。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理2.計(jì)算步驟1）根據(jù)基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)（X0,Y0,Z0）和觀測(cè)到的衛(wèi)星星歷,計(jì)算每顆衛(wèi)星每一時(shí)刻到基準(zhǔn)站的真實(shí)距離，如下：偽距改正數(shù)為：其變化率為：偽距5.7.1.2偽距差分第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理5.7.1.2偽距差分2）基準(zhǔn)站將j和dj發(fā)送給用戶，用戶在測(cè)出的偽距j上加上改正，求出經(jīng)改正后的偽距：然后按下式計(jì)算坐標(biāo)：用戶接收機(jī)鐘差接收機(jī)噪聲第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理3C/A碼偽距的單點(diǎn)定位和DGPS測(cè)量的精度估值比較第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理4.偽距差分定位精度高的原因消除了GPS衛(wèi)星時(shí)鐘偏差的精度損失（用戶接收機(jī)計(jì)算出的偽距同偽距改正數(shù)中的鐘差相互抵消）能夠顯著減小甚至消除電離層/對(duì)流層效應(yīng)和星歷誤差的精度損失5.7.1.2偽距差分第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理優(yōu)點(diǎn)：

基準(zhǔn)接收機(jī)發(fā)送的DGPS數(shù)據(jù)，是所有在視衛(wèi)星的偽距改正數(shù)，動(dòng)態(tài)接收機(jī)只需選用其中4顆以上的偽距改正值。缺點(diǎn)：

精度隨基準(zhǔn)站到用戶的距離增加而降低。5.偽距差分的特性5.7.1.2偽距差分第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理1RTK（RealTimeKinematic）技術(shù)2實(shí)時(shí)處理兩個(gè)觀測(cè)站載波相位觀測(cè)量的差分方法。3分類修正法（準(zhǔn)RTK）：將基準(zhǔn)接收機(jī)的載波相位修正值發(fā)送給用戶，改正用戶接收到的載波相位，再解求坐標(biāo)差分法（真RTK）：將基準(zhǔn)接收機(jī)的載波相位發(fā)送給用戶，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)5.7.1.3載波相位差分第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理4載波相位差分觀測(cè)量方程RTK的工作原理5.7.1.3載波相位差分第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理靜態(tài)方法動(dòng)態(tài)方法載波相位差分求解的關(guān)鍵起始相位模糊度的確定第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理靜態(tài)法偽距法經(jīng)典方法多普勒法快速確定法需要對(duì)GPS衛(wèi)星的靜態(tài)觀測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理偽距法將載波相位測(cè)量的觀測(cè)值(化為以距離為單位)減去偽距實(shí)際觀測(cè)值后即可得到λ·No。由于偽距測(cè)量的精度較低，所以要有較多的λ·No取平均值后才能獲得正確的整波段數(shù)。所以，得第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理經(jīng)典方法

將整周未知數(shù)當(dāng)做平差中的待定參數(shù)

整數(shù)解實(shí)數(shù)解第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理多普勒法（三差法）由于連續(xù)跟蹤的所有載波相位觀測(cè)值中均含有相同的整周未知數(shù)N0，所以將相鄰兩個(gè)觀測(cè)歷元的載波相位相減，就可消去N0，從而解出坐標(biāo)。然后再根據(jù)坐標(biāo)值求解N0

。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理快速確定整周未知數(shù)法1990年E．Frei和G．Beutler提出基本思路：利用初始平差的解向量及其精度信息，以參數(shù)估計(jì)和統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)為基礎(chǔ)，確定在某一置信區(qū)間內(nèi)N0的可能的整數(shù)解的組合；依次將N0的每一組合作為已知值，重復(fù)進(jìn)行平差計(jì)算。使估值的驗(yàn)后平差或方差和為最小的一組N0

，即為最佳估值。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理單站差分技術(shù)的局限測(cè)量精度隨著站間距離的增加而降低如：采用偽距法DGPS測(cè)量，站間距離為500km時(shí)，用戶定位誤差為12.2m；站間距離為600km時(shí)，用戶定位誤差為14.4m第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理克服單站差分技術(shù)的局限局部區(qū)域差分（LADGPS）廣域差分（WADGPS）第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理局部區(qū)域差分（LADGPS）在局部區(qū)域布設(shè)差分GPS網(wǎng)，該網(wǎng)由若干個(gè)基準(zhǔn)站組成，通常還包含一個(gè)或數(shù)個(gè)監(jiān)控站。位于區(qū)域中的用戶根據(jù)多個(gè)基準(zhǔn)站提供的改正信息，經(jīng)平差后求得自己的改正數(shù)。第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理局部區(qū)域差分（續(xù)）用戶接收機(jī)通常采用加權(quán)平均法或最小方差法對(duì)來(lái)自多個(gè)基準(zhǔn)站的改正信息進(jìn)行平差計(jì)算，求得自己的坐標(biāo)改正數(shù)或距離改正數(shù)用戶與基準(zhǔn)站之間的距離一般在500km以