6、GPS動態(tài)定位測量GPS測量及應(yīng)用石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院測繪工程系10/9/20251一、GPS定位方法分類GPS測量定位的類型根據(jù)定位模式：單點(diǎn)定位（絕對定位）相對定位差分定位根據(jù)定位時接收機(jī)天線的運(yùn)動狀態(tài)：靜態(tài)定位動態(tài)定位根據(jù)定位時效：實(shí)時定位事后定位根據(jù)觀測值類型：偽距測量載波相位測量10/9/20252二、GPS動態(tài)定位

GPS動態(tài)定位概述

GPS動態(tài)定位的應(yīng)用

GPS動態(tài)定位的特點(diǎn)

動態(tài)定位的類型（方法）GPS動態(tài)定位的基本原理整周未知數(shù)的動態(tài)求解

RTK（Real

Time

Kinematic）GPS技術(shù)

——載波相位實(shí)時動態(tài)差分技術(shù)10/9/202531、概述什么是GPS動態(tài)定位GPS動態(tài)定位（測量），是利用GPS信號，測定相對于地球運(yùn)動的用戶天線的狀態(tài)參數(shù)，這些狀態(tài)參數(shù)包括三維坐標(biāo)、三維速度和時間七個參數(shù)。導(dǎo)航，是測得運(yùn)動載體的狀態(tài)參數(shù)，并導(dǎo)引運(yùn)動載體準(zhǔn)確地運(yùn)動到預(yù)定的后續(xù)位置。10/9/20254GPS動態(tài)定位的應(yīng)用導(dǎo)航

–探險、車輛、船舶、航空器等跟蹤、監(jiān)控與調(diào)度

–車輛、船舶、航空器等制導(dǎo)

–武器制導(dǎo)、自動駕駛等定軌

–衛(wèi)星、航天器等姿態(tài)確定

–衛(wèi)星、航天器、航空器等測量

–測圖、放樣、監(jiān)測等10/9/202552、GPS動態(tài)定位的特點(diǎn)用戶多樣性速度多異性定位實(shí)時性數(shù)據(jù)短時性精度要求多變性10/9/202563、GPS動態(tài)定位的類型（1）單點(diǎn)動態(tài)定位（動態(tài)絕對定位）（2）實(shí)時差分動態(tài)定位法：

①位置差分

②偽距差分

③相位平滑偽距差分：載波多普勒計(jì)數(shù)平滑偽距、載波相位平滑偽距

④載波相位差分：修正法、求差法10/9/202574、GPS動態(tài)定位的基本原理單點(diǎn)偽距動態(tài)定位（動態(tài)絕對定位）

GPS絕對定位主要是以GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線之間的距離為基本觀測量，并利用已知的衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)來確定接收機(jī)天線對應(yīng)的點(diǎn)位在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的位置。

動態(tài)絕對定位是確定處于運(yùn)動載體上的接收機(jī)在運(yùn)動的每一瞬間的位置。由于接收機(jī)天線處于運(yùn)動狀態(tài)，故天線點(diǎn)位的坐標(biāo)是一個變化的量，因此確定每一瞬間坐標(biāo)的觀測方程只有較少的多余觀測(甚至沒有多余觀測)，且一般常利用測距碼偽距進(jìn)行動態(tài)絕對定位。因此，其精度較低，一般僅有幾十米的精度，在SA政策影響下，其精度甚至低于百米。通常這種定位方法只用于精度要求不高的飛機(jī)、船舶以及陸地車輛等運(yùn)動載體的導(dǎo)航。

10/9/20258位置差分原理

位置差分GPS是一種最簡單的差分方法。安置在已知點(diǎn)基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)，經(jīng)過對4顆及4顆以上的衛(wèi)星觀測，便可實(shí)現(xiàn)定位。先求出基準(zhǔn)站的坐標(biāo)(X′，Y′，Z′)，由于存在著衛(wèi)星星歷、時鐘誤差、大氣折射等誤差的影響，該坐標(biāo)與已知基準(zhǔn)站坐標(biāo)(X，Y，Z)不一樣，存在誤差。即：式中：ΔX、ΔY、ΔZ為坐標(biāo)改正數(shù)，基準(zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將坐標(biāo)改正數(shù)發(fā)送給用戶站。10/9/20259位置差分原理

用戶站用接收到的坐標(biāo)改正數(shù)對其坐標(biāo)進(jìn)行改正：

經(jīng)過坐標(biāo)改正后的用戶坐標(biāo)已消去了基準(zhǔn)站與用戶站的共同誤差，如衛(wèi)星星歷誤差、大氣折射誤差、衛(wèi)星鐘差、SA政策影響等，提高了定位的精度。10/9/202510位置差分的優(yōu)點(diǎn)是需要傳輸?shù)牟罘指恼龜?shù)較少，計(jì)算方法較簡單，任何一種GPS接收機(jī)均可改裝成這種差分系統(tǒng)。其缺點(diǎn)主要為：（1)要求基準(zhǔn)站與用戶站必須保持觀測同一組衛(wèi)星，由于基準(zhǔn)站與用戶站接收機(jī)配備的不完全相同，且兩站觀測環(huán)境也不完全相同，因此難以保證兩站觀測同一組衛(wèi)星，并會導(dǎo)致定位所產(chǎn)生的誤差可能會不很匹配，從而影響定位精度。（2)位置差分定位效果不如偽距差分好。10/9/202511偽距差分原理

偽距差分是目前應(yīng)用最廣泛的一種差分定位技術(shù)之一。該定位技術(shù)通過在基準(zhǔn)站上利用已知坐標(biāo)求出測站至衛(wèi)星的距離，并將其與含有誤差的測量距離比較，然后利用一個α-β濾波器將此差值濾波并求出其偏差，并將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用戶利用此測距誤差來改正測量的偽距。最后，用戶利用改正后的偽距求出自身的坐標(biāo)。如果基準(zhǔn)站、用戶站均觀測了相同的4顆或4顆以上的衛(wèi)星，即可實(shí)現(xiàn)用戶站的定位。

10/9/202512偽距差分原理

其定位基本公式如下：

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由于偽距差分可提供單顆衛(wèi)星的距離改正數(shù)

，因此用戶站可選其中任意4顆相同衛(wèi)星的偽距改正數(shù)進(jìn)行改正，而不必要求兩站觀測的衛(wèi)星完全相同，且偽距改正數(shù)是直接在WGS-84坐標(biāo)系上進(jìn)行的，是一種直接改正數(shù)，不必先變換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，定位精度更高，且使用更方便。

10/9/202514

由于偽距差分定位依賴于兩站公共誤差的抵消來提高定位精度，誤差抵消的程度決定了精度的高低。而誤差的公共性在很大程度依賴于兩站距離，隨著兩站距離的增加，其誤差公共性逐漸減弱，例如對流層、電離層誤差。因此用戶和基準(zhǔn)站之間的距離對精度有著決定性的影響，用戶站離基準(zhǔn)站的距離越大，偽距差分后的剩余誤差越大，定位精度越低。

10/9/202515相位平滑偽距差分原理

偽距差分實(shí)際上是在測站之間求偽距觀測值的一次差，因而消除了兩偽距觀測值中所含有的共同的系統(tǒng)誤差，但是卻無法消除偽距觀測值中所含有的隨機(jī)誤差，從而限制了偽距差分定位的精度。載波相位測量的精度較測距碼偽距測量的精度高2個數(shù)量級，如果能用載波相位觀測值對偽距觀測值進(jìn)行修正，就可提高偽距定位的精度，但是載波相位整周數(shù)無法直接測得，因而難以直接利用載波觀測值。

10/9/202516相位平滑偽距差分原理

雖然整周數(shù)無法獲得，但可由多普勒頻率計(jì)數(shù)獲得載波相位的變化信息，即可獲得偽距變化率的信息，可利用這一信息來輔助偽距差分定位，稱為載波多普勒計(jì)數(shù)平滑偽距差分；另外，在同一顆衛(wèi)星的兩歷元間求差，可消除整周未知數(shù)，可利用歷元間的相位差觀測值對偽距進(jìn)行修正，即所謂的相位平滑偽距差分。

10/9/202517載波相位差分原理

載波相位差分GPS定位與偽距差分GPS原理相類似，其基本思想是：在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機(jī)，對衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并通過無線電傳輸設(shè)備實(shí)時地將觀測數(shù)據(jù)及站坐標(biāo)信息傳送給用戶站；用戶站一方面通過接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星信號，同時還通過無線電接收設(shè)備接收基準(zhǔn)站傳送的觀測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實(shí)時地處理數(shù)據(jù)，并能實(shí)時地以厘米級的精度給出用戶站的三維坐標(biāo)。10/9/202518載波相位差分原理

載波相位差分GPS有兩種定位方法，一種與偽距差分相同，基準(zhǔn)站將載波相位的修正量發(fā)送給用戶站，以對用戶站的載波相位進(jìn)行改正實(shí)現(xiàn)定位，該方法稱為修正法。另一種是將基準(zhǔn)站的載波相位發(fā)送給用戶站，并由用戶站將觀測值求差進(jìn)行坐標(biāo)解算，這種方法稱為求差法。10/9/202519最小二乘搜索法最小二乘模糊度不相關(guān)法（LAMBDA）模糊度函數(shù)法綜合法（AOTF）5、整周未知數(shù)的動態(tài)求解10/9/202520

實(shí)時差分動態(tài)（RealTimeKinematic——RTK）測量系統(tǒng)，是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng)。它是GPS測量技術(shù)發(fā)展中的一個新的突破。

RTK測量技術(shù)，是以載波相位觀測量為根據(jù)的實(shí)時差分GPS測量技術(shù)。

RTK測量技術(shù)是準(zhǔn)動態(tài)測量技術(shù)與AROTF算法和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的，它完全可以達(dá)到“精度、速度、實(shí)時、可用”等各方面的要求。

6、載波相位實(shí)時動態(tài)差分技術(shù)

——RTK（RealTimeKinematic）GPS技術(shù)10/9/202521RTK–RealTimeKinametic（實(shí)時動態(tài)差分）系統(tǒng)構(gòu)成參考站（基準(zhǔn)站）流動站數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用10/9/202522三、廣域差分GPS技術(shù)

差分GPS系統(tǒng)與單站差分GPS（SRDGPS）

局部區(qū)域差分（LADGPS）

廣域差分GPS系統(tǒng)（WADGPS）

增強(qiáng)型的差分GPS系統(tǒng)10/9/2025231、什么是差分GPS（DGPS–DifferentialGPS）基本思路：利用設(shè)于坐標(biāo)已知的參考站，計(jì)算各類改正數(shù)影響GPS測量定位的誤差10/9/202524

誤差的特性衛(wèi)星軌道誤差：影響大小與測站位置有關(guān)，距離較近時，影響大小相近（誤差的空間位置相關(guān)性）衛(wèi)星鐘差：影響大小與測站無關(guān)大氣折射（電離層、對流層折射）：影響具有空間位置相關(guān)性SA：Epsilon可以歸于衛(wèi)星軌道誤差，Dither可歸于衛(wèi)星鐘差多路徑：與測站有關(guān)，測站間無關(guān)10/9/202525差分GPS基準(zhǔn)站（Reference/BaseStation）與流動站（Mobile/RoverStation）差分改正數(shù)10/9/202526差分GPS系統(tǒng)的構(gòu)成10/9/2025272、局域差分與廣域差分差分局域差分局域差分GPS（LADGPS–LocalAreaDGPS）基準(zhǔn)站作用距離：數(shù)百公里特點(diǎn)：用戶根據(jù)多個基準(zhǔn)站所提供的改正信息經(jīng)平差計(jì)算后求的用戶站定位改正數(shù)10/9/202528廣域差分GPS（WADGPS–WideAreaDGPS）

基準(zhǔn)站作用距離：數(shù)千公里特點(diǎn)：將各項(xiàng)誤差分離出來，建立誤差與位置的關(guān)系

——分離出的誤差：衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差

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