一、衛(wèi)星定位技術(shù)發(fā)展的回顧

衛(wèi)星定位技術(shù)是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)位測量的。五十年代美國國家大地測量局,開始利用衛(wèi)星幾何光學(xué)觀測法和衛(wèi)星軌道跟蹤法建立全球衛(wèi)星網(wǎng)和全球地心坐標(biāo)系，建立了一個(gè)由45個(gè)點(diǎn)組成的全球三角網(wǎng)。前蘇聯(lián)和若干歐洲國家也作了類似的工作。

六十年代美國還完成了多普勒衛(wèi)星定位系統(tǒng)---海軍子午導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（NNSS）的布設(shè)，并于1968年向民用開放。前蘇聯(lián)也建立了一個(gè)由12顆所謂宇宙衛(wèi)星組成的叫做CICADA系統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，自此揭開了衛(wèi)星定位的新篇章。美國在七十年代又開始研制第二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)---全球定位系統(tǒng)（GPS）。1第一頁，共51頁。第一頁，共51頁。

進(jìn)入八十年代，GPS得到了全面的發(fā)展。俄羅斯、法國和德國也相繼研制了GLONASS、DORIS和PRARE系統(tǒng)。進(jìn)入九十年代,空間定位技術(shù)群更是得到了空前發(fā)展,GLONASS系統(tǒng)正式投入運(yùn)行，西歐歐洲空間局(ESA)開始籌NAVSAT。日本也在積極籌劃建立日本的多功能衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)(MSAS)。

歐盟在1998年提出GALILEO計(jì)劃,決定建立一個(gè)獨(dú)立于GPS的、專門為全球民用用戶設(shè)計(jì)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),并于2002年正式啟動(dòng)了GALILEO計(jì)劃。目前,GALILEO系統(tǒng)完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì),并于2005年和2007年各發(fā)射了一顆試驗(yàn)衛(wèi)星。歐盟在1999年2月首次提出“伽利略”計(jì)劃.衛(wèi)星星座將由30顆衛(wèi)星組成，衛(wèi)星采用中等地球軌道，衛(wèi)星均勻地分布在高度約為2.3萬公里的三個(gè)軌道面上2第二頁，共51頁。第二頁，共51頁。

GLONASS系統(tǒng)本世紀(jì)70年代，作為對(duì)美國宣布建立和發(fā)展GPS的反應(yīng)，前蘇聯(lián)國防部構(gòu)想了GLONASS。1993年，俄羅斯政府正式將GLONASS由俄空軍（VKS）負(fù)責(zé).GLONASS的空間部分也是由24顆衛(wèi)星組成，軌道排列在3個(gè)平面上，升交點(diǎn)赤經(jīng)彼此相隔120度，軌道平面傾角為64.8度。每個(gè)軌道平面上有8顆衛(wèi)星，同一平面上衛(wèi)星分布均勻，衛(wèi)星軌道長半軸25510km，衛(wèi)星運(yùn)行周期為11小時(shí)15分，目前，GLONASS系統(tǒng)中有13至15顆衛(wèi)星處于正常工作狀態(tài)。到24顆GLONASS衛(wèi)星全部投入運(yùn)行時(shí)，在全球的任何時(shí)間任何地點(diǎn)都可以看到5至10顆GLONASS衛(wèi)星。3第三頁，共51頁。第三頁，共51頁。

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中國到1983年初才開始醞釀利用靜止軌道衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航定位的技術(shù)方案。陳芳允院士提出了利用兩顆北斗一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星測定用戶位置的衛(wèi)星無線電定位系統(tǒng)的概念,并稱之為雙星定位通信系統(tǒng)。1989年,雙星定位的設(shè)想通過使用兩顆“東方紅二號(hào)”對(duì)地靜止通信衛(wèi)星得以證實(shí)。2000年10月和12月成功發(fā)射了兩顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星,建成了中國第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——“北斗一代”,2003年5月發(fā)射了第三顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星,使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行。中國成為世界上第三個(gè)擁有獨(dú)立導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。目前,中國正在進(jìn)行類似于GPS的“北斗二代”的建設(shè)。2007年4月,中國發(fā)射了“北斗二代”的試驗(yàn)衛(wèi)星,2009年4月,又發(fā)射了屬于“北斗二代”的第一顆正式導(dǎo)航衛(wèi)星。4第四頁，共51頁。第四頁，共51頁。

日期火箭衛(wèi)星軌道目前狀態(tài)系統(tǒng)2000年10月31日長征三號(hào)甲北斗-1A地球靜止軌道

59°E結(jié)束任務(wù)北斗一號(hào)2000年12月21日長征三號(hào)甲北斗-1B地球靜止軌道80°E正常北斗一號(hào)2003年5月25日長征三號(hào)甲北斗-1C地球靜止軌道110.5°E正常北斗一號(hào)2007年2月3日長征三號(hào)甲北斗-1D超同步轉(zhuǎn)移軌道失效?北斗一號(hào)2007年4月14日長征三號(hào)甲北斗-M1中地球軌道~21500km正常北斗二號(hào)2009年4月15日長征三號(hào)丙北斗-G2地球靜止軌道（預(yù)定）失效？北斗二號(hào)2010年1月17日長征三號(hào)丙北斗-G1地球靜止軌道144.5°E正常北斗二號(hào)2010年6月2日長征三號(hào)丙北斗-G3地球靜止軌道84°E正常北斗二號(hào)2010年8月1日長征三號(hào)甲北斗-I1傾斜地球同步軌道傾角55°正常北斗二號(hào)2010年11月1日長征三號(hào)丙北斗-G4地球靜止軌道160°E正常北斗二號(hào)2010年12月18日長征三號(hào)甲北斗-I2傾斜地球同步軌道正常北斗二號(hào)2011年4月10日長征三號(hào)甲BD-I3傾斜地球同步軌道正常北斗二號(hào)5第五頁，共51頁。第五頁，共51頁。二、GPS定位系統(tǒng)的組成

GPS定位技術(shù)是利用高空中的GPS衛(wèi)星，向地面發(fā)射L波段的載頻無線電測距信號(hào)，由地面上用戶接收機(jī)實(shí)時(shí)地連續(xù)接收，并計(jì)算出接收機(jī)天線所在的位置。因此，GPS定位系統(tǒng)是由以下三個(gè)部分組成：（1）GPS衛(wèi)星星座（空間部分）21+3（2）地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）（3）GPS信號(hào)接收機(jī)（用戶設(shè)備部分）。這三部分有各自獨(dú)立的功能和作用，對(duì)于整個(gè)全球定位系統(tǒng)來說，它們都是不可缺少的。6第六頁，共51頁。第六頁，共51頁。7第七頁，共51頁。第七頁，共51頁。

目前覆蓋全球的“GPS全星座”，使得在地球上任何地方可以同時(shí)觀測到4-12顆高度角15以上的衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星分布在6個(gè)近圓形軌道面，高度在地面以上約20200km，軌道面相對(duì)于地球赤道面傾斜55角，衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期約11小時(shí)58分（半個(gè)恒星日）。（一）GPS衛(wèi)星和星座8第八頁，共51頁。第八頁，共51頁。GPS衛(wèi)星分布圖9第九頁，共51頁。第九頁，共51頁。（二）地面監(jiān)控系統(tǒng)

地面監(jiān)控系統(tǒng)由一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測站組成。主控站的作用是收集各個(gè)監(jiān)測站所測得的偽距和積分多普勒觀測值、環(huán)境要素等數(shù)據(jù)，計(jì)算每顆GPS衛(wèi)星的星歷、時(shí)鐘改正量、狀態(tài)數(shù)據(jù)、以及信號(hào)的大氣層傳播改正，并按一定的形式編制成導(dǎo)航電文，傳送到注入站，此外還控制和監(jiān)視其余站的工作情況并管理調(diào)度GPS衛(wèi)星。

注入站的作用是將主控站傳來的導(dǎo)航電文，用10cm（S）波段的微波作載波，分別注入到相應(yīng)的GPS衛(wèi)星中，通過衛(wèi)星將導(dǎo)航電文傳遞給地面上的廣大用戶。由于導(dǎo)航電文是GPS用戶所需要的一項(xiàng)重要信息，通過導(dǎo)航電文才能確定出GPS衛(wèi)星在各時(shí)刻的具體位置，因此注入站的作用是很重要的。10第十頁，共51頁。第十頁，共51頁。

監(jiān)測站的主要任務(wù)是為主控站編算導(dǎo)航電文提供原始觀測數(shù)據(jù)。每個(gè)監(jiān)測站上都有GPS信號(hào)接收機(jī)對(duì)所見衛(wèi)星作偽距測量和積分多普勒觀測，采集環(huán)境要素等數(shù)據(jù)，經(jīng)初步處理后發(fā)往主控站。以上地面監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際上都是由美國軍方所控制。由于軍方為了限制民間用戶通過GPS所達(dá)到的實(shí)時(shí)定位精度，而對(duì)GPS衛(wèi)星軌道精度和時(shí)鐘穩(wěn)定性作了有意降低（SA政策），這不利于廣大民間用戶。為了克服SA政策的影響，一些國際性科研機(jī)構(gòu)建立了廣泛分布的全球性跟蹤網(wǎng)絡(luò)，用來精確測定GPS衛(wèi)星的軌道元素供后處理之用，或計(jì)算預(yù)報(bào)星歷。但是這兩種星歷都不是由GPS衛(wèi)星播發(fā)給用戶，而是要通過一定的信息渠道獲得，有別于GPS衛(wèi)星的廣播星歷。11第十一頁，共51頁。第十一頁，共51頁。(三)用戶設(shè)備部分

用戶設(shè)備部分主要由GPS接收機(jī)硬件和數(shù)據(jù)處理軟件組成。關(guān)于GPS接收機(jī)有多種分類方法，但對(duì)于大地測量應(yīng)用來說，一般都是采用較精密的雙頻接收機(jī)，可作雙頻載波相位測量。從具體應(yīng)用與成本價(jià)格出發(fā)，也可選用稍為便宜的單頻接收機(jī)。所有GPS接收機(jī)生產(chǎn)廠家一般都隨機(jī)提供數(shù)據(jù)處理軟件包，但其作用是有限的。國際上有一些科研機(jī)構(gòu)為了克服商用數(shù)據(jù)處理軟件的不足，已經(jīng)開發(fā)研制了多種精密的GPS數(shù)據(jù)后處理軟件包，如GAMIT（美國麻省理工學(xué)院）、Bernese（瑞士伯爾尼大學(xué)天文學(xué)院）、GIPSY（美國加州大學(xué)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室）等，主要用于科研目的。

12第十二頁，共51頁。第十二頁，共51頁。按用途分類：導(dǎo)航型接收機(jī)、測地型接收機(jī)按載波頻率分類：單頻接收機(jī)、雙頻接收機(jī)，單頻接收機(jī)只能接收L1載波信號(hào)，測定載波相位觀測值進(jìn)行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機(jī)只適用于短基線（<15km）的精密定位。雙頻接收機(jī)可以同時(shí)接收L1，L2載波信號(hào)。利用雙頻對(duì)電離層延遲的不一樣，可以消除電離層對(duì)電磁波信號(hào)的延遲的影響，因此雙頻接收機(jī)可用于長達(dá)幾千公里的精密定位

按接收機(jī)通道數(shù)分類：多通道接收機(jī)序貫通道接收機(jī)多路多用通道接收機(jī)

13第十三頁，共51頁。第十三頁，共51頁。（四）、相對(duì)于經(jīng)典的測量技術(shù)來說，這一新技術(shù)的主要特點(diǎn)如下：

●全球地面覆蓋?！窆δ芏?，精度高?！駥?shí)時(shí)定位?！駪?yīng)用廣泛。14第十四頁，共51頁。第十四頁，共51頁。●觀測站之間無需通視。既要保持良好的通視條件，又要保障測量控制網(wǎng)的良好結(jié)構(gòu)，這一直是經(jīng)典測量技術(shù)在實(shí)踐方面的困難問題之一。GPS測量不要求觀測站之間相互通視，因而不再需要建造覘標(biāo)，這一優(yōu)點(diǎn)既可大大減少測量工作的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，同時(shí)也使點(diǎn)位的選擇變得甚為靈活。不過為了使接收GPS衛(wèi)星的信號(hào)不受干擾，必須保持觀測站的上空開闊（凈空）。15第十五頁，共51頁。第十五頁，共51頁?！穸ㄎ痪雀摺，F(xiàn)已完成的大量實(shí)驗(yàn)表明，目前在小于50km的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)1~2×10-6，而在100km~500km的基線上可達(dá)10-6~10-7。隨著觀測技術(shù)與數(shù)據(jù)處理方法的改善，可望在大于1000km的距離上，相對(duì)定位精度可達(dá)到或優(yōu)于10-8。16第十六頁，共51頁。第十六頁，共51頁?！裼^測時(shí)間短。目前，利用經(jīng)典的靜態(tài)定位方法，完成一條基線的相對(duì)定位所需要的觀測時(shí)間，根據(jù)要求的精度不同，一般約為1~3小時(shí)。為了進(jìn)一步縮短觀測時(shí)間，提高作業(yè)速度，近年來發(fā)展的短基線（例如不超過20km）快速相對(duì)定位法，其觀測時(shí)間僅需數(shù)分鐘。17第十七頁，共51頁。第十七頁，共51頁?！裉峁┤S坐標(biāo)。GPS測量，在精確測定觀測站平面位置的同時(shí)，可以精確測定觀測站的大地高程。GPS測量的這一特點(diǎn)，不僅為研究大地水準(zhǔn)面的形狀和確定地面點(diǎn)的高程開辟了新途徑，同時(shí)也為其在航空物探，航空攝影測量及精度導(dǎo)航中的應(yīng)用，提供了重要的高程數(shù)據(jù)。18第十八頁，共51頁。第十八頁，共51頁?！癫僮骱啽?。GPS測量的自動(dòng)化程度很高，在觀測中測量員的主要任務(wù)只是安置并開關(guān)儀器，量取儀器高，監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)和采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)，而其它觀測工作，如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測和記錄等均由儀器自動(dòng)完成。另外，GPS用戶接收機(jī)一般重量較輕，體積較小，因此攜帶和搬運(yùn)都很方便。19第十九頁，共51頁。第十九頁，共51頁?！袢旌钭鳂I(yè)。GPS觀測工作，可以在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般也不受天氣狀況的影響。20第二十頁，共51頁。第二十頁，共51頁。三、GPS定位的觀測方程（一）偽距法

GPS全球定位系統(tǒng)的基本定位方法，是通過測量信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)的傳播時(shí)間，得到衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離，然后根據(jù)多個(gè)這樣的距離來解算接收機(jī)天線所在的位置坐標(biāo)。假定衛(wèi)星和接收機(jī)的時(shí)鐘都是與GPS系統(tǒng)的時(shí)間（或UTC時(shí)間）保持完全同步，即不存在衛(wèi)星鐘差與接收機(jī)鐘差，并且為簡化起見，也不考慮大氣層折射延遲（包括電離層和對(duì)流層）等的影響，則此時(shí)衛(wèi)星至地面接收機(jī)的距離，與信號(hào)傳播時(shí)間之間有如下簡單關(guān)系：

式中c為光速。實(shí)際上衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘一般并沒有與GPS系統(tǒng)時(shí)間完全同步，再考慮到大氣層折射延遲的影響，因此測量得到的并非真正的衛(wèi)星至接收機(jī)的幾何直線距離，而是所謂的偽距PR：

21第二十一頁，共51頁。第二十一頁，共51頁。無SA時(shí)

C/A碼單點(diǎn)定位精度15-30m有SA時(shí)

C/A碼單點(diǎn)定位精度100m

軍用P碼單點(diǎn)定位精度3m精度:GPS衛(wèi)星GPS單機(jī)實(shí)時(shí)定位原理22第二十二頁，共51頁。第二十二頁，共51頁。23第二十三頁，共51頁。第二十三頁，共51頁。(二)載波相位測量方法由于載波的波長遠(yuǎn)小于測距碼的波長，所以在分辨率相同的情況下，載波相位的觀測精度遠(yuǎn)較碼相位的觀測精度高。載波相位觀測值的定義為

(2.10)式中，S(tS)為接收機(jī)于tR時(shí)刻收到的衛(wèi)星信號(hào)的相位，R(tR)為接收機(jī)同時(shí)刻產(chǎn)生的參考信號(hào)的相位，tS、tR

是GPS系統(tǒng)時(shí)間或UTC時(shí)間。對(duì)于連續(xù)波，載波相位測量的觀測方程可表示為：

(2.11)式中，為信號(hào)發(fā)射時(shí)刻（tS）的衛(wèi)星至接收機(jī)距離，=c/fS為信號(hào)波長，fS為衛(wèi)星信號(hào)頻率，

N為初始觀測時(shí)刻傳播路徑上整波長數(shù)目（整周未知數(shù)），t包括衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘誤差和大氣層折射延遲等影響。從上式中可以看到，用精密的載波相位測量值解算時(shí)，除了同樣要考慮衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘的時(shí)間同步差，以及大氣層折射延遲影響外，還有整周未知數(shù)的問題。只有這些問題都解決了，才能得出高精度的衛(wèi)星測量定位結(jié)果。24第二十四頁，共51頁。第二十四頁，共51頁?；鶞?zhǔn)站（坐標(biāo)已知）GPS衛(wèi)星待定站（坐標(biāo)未知）差分定位精度偽距：<5m相位：厘米級(jí)到毫米級(jí)差分GPS定位原理25第二十五頁，共51頁。第二十五頁，共51頁。四、GPS衛(wèi)星測量的誤差來源

GPS衛(wèi)星在距離地面約20200公里的高空，向地面上的廣大用戶發(fā)送測距信號(hào)和導(dǎo)航電文等信息。GPS定位的觀測量不可避免地會(huì)受到多種誤差源影響。按照這些誤差源的來源，一般可分為三種情況：（1）與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差、（2）與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差、（3）與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。以下作簡要的分析：(一)與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差1．衛(wèi)星星歷誤差:

它是指廣播星歷或其它軌道信息給出的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星真實(shí)位置之間的差值。前面已經(jīng)提到過，GPS衛(wèi)星星歷是由布設(shè)在地面上、具有一定數(shù)量與空間分布的監(jiān)測站連續(xù)跟蹤觀測GPS衛(wèi)星，26第二十六頁，共51頁。第二十六頁，共51頁。并結(jié)合環(huán)境要素等其它信息，再由主控站對(duì)衛(wèi)星作精密定軌計(jì)算得到的。而廣播星歷又是由定軌結(jié)果外推得出，因此廣播星歷的精度是有限的，另外由于SA政策的實(shí)施，人為地對(duì)廣播星歷精度又作了降低，這都不利于高精度用戶對(duì)廣播星歷的使用。一些國際性科學(xué)研究組織為了克服這種困難，建立了全球范圍大量分布的衛(wèi)星跟蹤站，對(duì)觀測數(shù)據(jù)做精密的定軌計(jì)算，可以提供高精度的后處理用GPS星歷，其中IGS精密星歷，據(jù)稱其絕對(duì)定軌精度已達(dá)5cm。國際上進(jìn)行了一些大范圍的GPS會(huì)測實(shí)驗(yàn)，采用IGS精密星歷，并使用Bernese等高精度后處理軟件，結(jié)果精度普遍達(dá)到10-8以上。2．衛(wèi)星鐘誤差

由于衛(wèi)星位置是時(shí)間的函數(shù)，所以GPS的觀測量均以精密測時(shí)為前提。雖然GPS衛(wèi)星均配有高精度的原子鐘，但它們與理想的GPS時(shí)之間仍會(huì)有偏差或漂移，難以避免。對(duì)于此，導(dǎo)航電文是用二階多項(xiàng)式表示這種偏差量：

其中，t0e為參考?xì)v元，a0為衛(wèi)星鐘的固定鐘差，a1為衛(wèi)星鐘的鐘速，a2為衛(wèi)星鐘的鐘速變化率（鐘漂）。這些值都在導(dǎo)航電文中給出。而對(duì)于IGS精密星歷，在解算出各歷元時(shí)刻GPS衛(wèi)星的軌道位置時(shí)，一般也提供了關(guān)于此衛(wèi)星的時(shí)鐘偏差量，準(zhǔn)確度在0.5ns～5.0ns以內(nèi)，由此引起的等效距離誤差在0.5m左右。27第二十七頁，共51頁。第二十七頁，共51頁。(二)與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差與GPS信號(hào)傳播有關(guān)的誤差主要是大氣折射誤差和多路徑效應(yīng)。而大氣折射誤差根據(jù)其性質(zhì)，往往區(qū)分為電離層折射影響和對(duì)流層折射影響。實(shí)際上，這里對(duì)流層折射影響也包括有來自平流層與中間層的折射，因此也可合稱為中性大氣折射影響，但一般還是簡單地稱為對(duì)流層折射。所謂多路徑效應(yīng)，是指接收機(jī)天線除直接收到來自GPS衛(wèi)星的信號(hào)外，還可能收到天線周圍地物反射來的信號(hào)。這兩種信號(hào)疊加在一起將會(huì)引起測量參考點(diǎn)（相位中心）的變化，而且這種變化隨天線周圍反射面的性質(zhì)而異，難以控制。多路徑效應(yīng)具有周期性誤差，其變化幅度可達(dá)數(shù)厘米。

消除或減弱多路徑效應(yīng)，除了采用載波相位測量方法外，一般是采用造型適宜且屏蔽良好的天線。這種天線一般裝備有抑徑板或抑徑圈，可以阻擋來自水平面以下的多路徑信號(hào)被接收。但是實(shí)際上，有些多路徑信號(hào)并不是來自地面的反射，而是豎立的高大建筑物表面，經(jīng)過這種表面反射的多路徑信號(hào)，往往也具有較大的高度角值，可以從水平面以上進(jìn)入接收機(jī)天線。因此在進(jìn)行GPS測量選址工作時(shí)，還應(yīng)當(dāng)考慮多路徑信號(hào)產(chǎn)生的可能性，盡量避開這種高大建筑物。

28第二十八頁，共51頁。第二十八頁，共51頁。(三)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差這類誤差主要有：觀測誤差、接收機(jī)鐘差、相位中心誤差和載波相位觀測的整周不定性誤差等。1．觀測誤差

分觀測的分辨誤差與接收機(jī)天線相對(duì)測站點(diǎn)的安置誤差。一般認(rèn)為觀測的分辨誤差約為信號(hào)波長的1%。由于載波的波長遠(yuǎn)小于GPS偽隨機(jī)測距碼的波長，因此采用載波相位觀測量一般可以達(dá)到更高的精度。而天線的安置誤差主要有天線的置平與對(duì)中誤差和量取天線高的誤差。只要在觀測中認(rèn)真操作，可以盡量減少這些誤差的影響。2．接收機(jī)的鐘差

對(duì)于這種誤差，一般是在數(shù)據(jù)處理中作為未知數(shù)來解出。另外在作差分法相對(duì)定位時(shí)，也可以通過在不同衛(wèi)星之間求差來消除這部分影響。29第二十九頁，共51頁。第二十九頁，共51頁。3．天線的相位中心誤差

GPS測量的觀測值都是以天線的相位中心為準(zhǔn)的，而我們一般只能觀察到天線的幾何中心，因此要求天線的幾何中心與相位中心一致，這應(yīng)在天線的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)上達(dá)到，是天線生產(chǎn)廠家的任務(wù)。另外，若采用同種型號(hào)的接收機(jī)天線，可以近似認(rèn)為相位中心與幾何中心的偏離情況是一樣的，因此用觀測值的求差和相對(duì)定位能削弱這種影響，但這時(shí)要求統(tǒng)一按天線的方向標(biāo)定向，使各天線的指北極都指向正北方向。關(guān)于載波相位測量的整周不定性誤差，主要是指觀測中整周未知數(shù)的跳變現(xiàn)象（周跳）。另外也有在數(shù)據(jù)處理時(shí)求解整周未知數(shù)時(shí)的失敗，不能將整周未知數(shù)固定為某一整數(shù)，而只能取實(shí)數(shù)解的情況。周跳的發(fā)生是與多種因素有關(guān)的，如信號(hào)受阻擋失鎖、接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲影響、電離層活動(dòng)出現(xiàn)異常變化等。這里涉及到太多的專業(yè)內(nèi)容，限于篇幅本文中不作詳細(xì)介紹。

返回30第三十頁，共51頁。第三十頁，共51頁。五、差分法載波相位測量設(shè)在某基線兩端安設(shè)GPS接收機(jī)Ti（i=1，2），對(duì)衛(wèi)星sk和sj與歷元t1和t2進(jìn)行同步觀測，則對(duì)任一頻率Li（i=1，2），有獨(dú)立的載波相位觀測量j1(t1)、j1(t2)、k1(t1)、k1(t2)、j2(t1)、j2(t2)、k2(t1)、k2(t2)。這些觀測量被稱為基本觀測量，而相應(yīng)的基本觀測方程為

式中t1(t)為歷元t時(shí)測站1的接收機(jī)鐘差，tj(t)為歷元t時(shí)衛(wèi)星j的時(shí)鐘誤差，j1,IP(t)為電離層折射延遲量，j1,T(t)為對(duì)流層折射延遲量。為了克服關(guān)于大氣折射延遲改正不夠準(zhǔn)確，以及減少未知數(shù)等原因，常對(duì)以上觀測量作差分處理。一般用到的有單差、雙差、和三差法。31第三十一頁，共51頁。第三十一頁，共51頁。(一)單差法單差觀測量通常是指不同觀測站同步觀測相同衛(wèi)星所得觀測量之差，其表達(dá)形式為

(2.16)相應(yīng)的觀測方程為

(2.17)可見其中已經(jīng)消去了兩站共視衛(wèi)星sj的時(shí)鐘誤差tj(t)，另外對(duì)流層折射與電離層折射部分也都有所消弱。32第三十二頁，共51頁。第三十二頁，共51頁。圖2-4測站間同步觀測量的單差

T2

T1

S1

33第三十三頁，共51頁。第三十三頁，共51頁。(二)雙差法雙差觀測量是在單差法基礎(chǔ)上，對(duì)不同測站同步觀測一組衛(wèi)星所得單差之差，即

(2.18)

相應(yīng)的觀測方程為

(2.19)這樣進(jìn)一步消除了兩站的接收機(jī)時(shí)鐘誤差項(xiàng)。為了簡便起見，式中忽略了有關(guān)大氣折射延遲的雙差項(xiàng)。34第三十四頁，共51頁。第三十四頁，共51頁。圖2-5GPS同步觀測量之雙差

T1

T2S1

S235第三十五頁，共51頁。第三十五頁，共51頁。(三)三差法三差法是在雙差法基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)不同歷元之間，不同測站同步觀測的同一組衛(wèi)星所得雙差觀測量作差分，即

(2.20)相應(yīng)的觀測方程為(2.21)這樣一來，就進(jìn)一步消去了雙差觀測方程中含有整周未知數(shù)的項(xiàng)。36第三十六頁，共51頁。第三十六頁，共51頁。圖2-6GPS相對(duì)定位的觀測量T1T237第三十七頁，共51頁。第三十七頁，共51頁。差分法載波相位測量雖然可以消去一系列多余參數(shù)項(xiàng)（即指不含有測站坐標(biāo)的項(xiàng)），但是在組成差分觀測方程的同時(shí)，減少了觀測方程的個(gè)數(shù)，另外也增加了觀測量之間的相關(guān)性，這些都不利于提高最后解的精度。一般是采用雙差法求解最終結(jié)果，而三差法則只是用于確定整周未知數(shù)或求得測站坐標(biāo)的近似解。38第三十八頁，共51頁。第三十八頁，共51頁。GPS技