1、GPS測(cè)距定位基本原理,GPS定位的基本原理和過(guò)程 GPS定位依據(jù)的是空間幾何三點(diǎn)定位原理。 為了消除時(shí)差引入的誤差，GPS系統(tǒng)技術(shù)上采取四星定位。 定位除依據(jù)星座的幾何構(gòu)圖外，還必須有準(zhǔn)確的定時(shí)。 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度取決于衛(wèi)星和用戶(hù)間的幾何結(jié)構(gòu)、衛(wèi)星星歷精度、GPS系統(tǒng)時(shí)同步精度、測(cè)距精度和機(jī)內(nèi)噪聲等諸因素的組合。,GPS系統(tǒng)的定位步驟： 跟蹤、選擇衛(wèi)星、接收選定衛(wèi)星的信號(hào)。 解讀、解算出衛(wèi)星位置。 測(cè)量得到衛(wèi)星和用戶(hù)之間的相對(duì)位置。 解算得到用戶(hù)的最可信賴(lài)位置。,三個(gè)未知量需要三個(gè)方程,GPS定位的基本原理,需解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題 如何確定衛(wèi)星的位置 如何測(cè)量出站星距離,？,GPS

2、系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)（關(guān)鍵），是要得到用戶(hù)（載體）的高精度的瞬時(shí)位置。若根據(jù)前面在概論中所描述的幾何模型，定位過(guò)程就是： 首先，根據(jù)衛(wèi)星廣播的星歷，計(jì)算出第i顆衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置xi，yi，zi； 其次，根據(jù)測(cè)量的碼偽距或相位的偽距 ，計(jì)算出用戶(hù)與第i顆衛(wèi)星之間的相對(duì)距離 ； 最后，根據(jù)導(dǎo)航方法計(jì)算出用戶(hù)的三維位置x，y，z。,測(cè)距方法 偽距測(cè)量（偽碼測(cè)距）：測(cè)量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)用戶(hù)接收機(jī)的傳播時(shí)間。 載波相位測(cè)量：測(cè)量具有載波多普勒頻移的GPS衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)產(chǎn)生的參考信號(hào)之間的相位差。 多普勒測(cè)量：由積分多普勒計(jì)數(shù)得出的偽距。 所需觀(guān)測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，一般數(shù)小時(shí)，同時(shí)觀(guān)測(cè)過(guò)程中，要求接收機(jī)的

3、震蕩器保持高度穩(wěn)定。,偽距觀(guān)測(cè)值,載波相位觀(guān)測(cè)值,C/A碼，碼元寬293M，精度2.9M P碼，碼元寬29 . 3M，精度0. 29M,L1載波，波長(zhǎng)19cm，精度0. 19cm L2載波，波長(zhǎng)24cm，精度0. 24cm,原始觀(guān)測(cè)量,載波相位觀(guān)測(cè)值,優(yōu)點(diǎn)：觀(guān)測(cè)值精度高，用精密定位 存在問(wèn)題,整周不確定（模糊度解算） 整周跳變現(xiàn)象,確定時(shí)間的必要性,至少有兩個(gè)原因用戶(hù)需要知道精確的時(shí)間： 用戶(hù)通過(guò)測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)的延遲來(lái)確定與衛(wèi)星之間的距離。 衛(wèi)星、用戶(hù)以及它們所在的坐標(biāo)系（固定在地球上）都是運(yùn)動(dòng)的。它們的位置都需要時(shí)間來(lái)確定。,假設(shè)用戶(hù)的時(shí)鐘慢千分之一秒，于是延遲就多了0.001秒，所測(cè)量得的距

4、離也就多了三百公里。 GPS衛(wèi)星的速率大約是每秒3.87公里。赤道上一點(diǎn)由于地球自轉(zhuǎn)移動(dòng)的速率是每秒456米。所以以上千分之一秒的誤差將引起大約3870*0.001=3.87米的誤差。,被測(cè)點(diǎn)接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離是： R2 （x1x）2（y1y）2（z1z）2 式中：X，Y，Z為被測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)值，是待求解的未知數(shù)；,R的測(cè)定與時(shí)間量有關(guān)，而用戶(hù)便攜接收機(jī)一般不可能有十分準(zhǔn)確的時(shí)鐘，因此由它測(cè)出的衛(wèi)星信號(hào)在空間的傳播時(shí)間也是不準(zhǔn)確的，因而測(cè)出的距衛(wèi)星的距離也不準(zhǔn)確，這種距離叫做偽距（PR）。,由碼相位觀(guān)測(cè)所確定的偽距簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)碼偽距， 由載波相位觀(guān)測(cè)所確定的偽距簡(jiǎn)稱(chēng)為測(cè)相偽距。,r 是已知值 P 是測(cè)

5、量值 R 是未知值,對(duì)于某顆衛(wèi)星：,接收機(jī)的時(shí)鐘與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所用的時(shí)間差是一個(gè)定值，假設(shè)為t，那么上述公式就要改寫(xiě)成,R sqrt（x1x）2（y1y）2（z1z）2 tc 式中，c是電波傳播速度（光速）；t也是個(gè)未知數(shù)。,只要接收機(jī)能測(cè)出距四顆衛(wèi)星的偽距，便有四個(gè)這樣的方程，把它們聯(lián)立起來(lái)，便可以解出四個(gè)未知量x、y、z和t，即能求出接收機(jī)的位置并告訴它準(zhǔn)確的時(shí)間。,定位方法分類(lèi) 按參考點(diǎn)的不同位置劃分為： （1）絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀(guān)測(cè)站相對(duì)地球質(zhì)心的位置。 （2）相對(duì)定位：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀(guān)測(cè)站與地面某一參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。,GPS定位方法分類(lèi),按用

6、戶(hù)接收機(jī)作業(yè)時(shí)所處的狀態(tài)劃分： （1）靜態(tài)定位：在定位過(guò)程中，接收機(jī)位置靜止不動(dòng)，是固定的。靜止?fàn)顟B(tài)只是相對(duì)的，在衛(wèi)星大地測(cè)量中的靜止?fàn)顟B(tài)通常是指待定點(diǎn)的位置相對(duì)其周?chē)c(diǎn)位沒(méi)有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀(guān)測(cè)期內(nèi)可以忽略。 （2）動(dòng)態(tài)定位：在定位過(guò)程中，接收機(jī)天線(xiàn)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。,GPS定位方法分類(lèi),1. GPS定位方法分類(lèi),絕對(duì)定位,靜態(tài)定位 動(dòng)態(tài)定位,相對(duì)定位,靜態(tài)定位 動(dòng)態(tài)定位,定位方式,絕對(duì)定位 將接收機(jī)安置在固定點(diǎn)上觀(guān)測(cè)數(shù)分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間，以確定該點(diǎn)三維坐標(biāo)。 在一個(gè)待定點(diǎn)上，利用GPS接收機(jī)觀(guān)測(cè)4顆以上的GPS衛(wèi)星，獨(dú)立確定待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系的位置（目前為WGPS84坐標(biāo)系），稱(chēng)之

7、為絕對(duì)定位。 絕對(duì)定位的優(yōu)點(diǎn) 只需用一臺(tái)接收機(jī)獨(dú)立定位，觀(guān)測(cè)的組織與實(shí)施簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單。 主要問(wèn)題 受衛(wèi)星星歷誤差和衛(wèi)星信號(hào)在傳播過(guò)程中的大氣延遲誤差的影響顯著 定位精度較低。,相對(duì)定位： 將兩臺(tái)或更多臺(tái)接收機(jī)置于不同點(diǎn)上，通過(guò)一段時(shí)間的觀(guān)測(cè)確定點(diǎn)間的相對(duì)位置關(guān)系。 在兩個(gè)或若干個(gè)測(cè)量站上，設(shè)置GPS接收機(jī)，同步跟蹤觀(guān)測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，測(cè)定它們之間的相對(duì)位置，稱(chēng)為相對(duì)定位。 在相對(duì)定位中，至少其中一點(diǎn)或幾個(gè)點(diǎn)的位置是已知的，即其在WGS84坐標(biāo)系的坐標(biāo)為已知，稱(chēng)之為基準(zhǔn)點(diǎn)。 相對(duì)定位是高精度定位的基本方法 廣泛應(yīng)用于高精度大地控制網(wǎng)、精密工程測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)和導(dǎo)彈和火箭等外彈

8、道測(cè)量方面。,動(dòng)態(tài)、靜態(tài)定位的區(qū)別 過(guò)去動(dòng)態(tài)、靜態(tài)定位的區(qū)別 動(dòng)態(tài)定位 基本上就是指GPS導(dǎo)航，所采用的技術(shù)是P碼或C/A碼的偽碼距測(cè)量定位。 相位測(cè)量由于存在整周模糊問(wèn)題，不能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量定位。 靜態(tài)定位 被測(cè)點(diǎn)固定，實(shí)時(shí)性不高，因而可以采取大量的重復(fù)觀(guān)測(cè)，基本上采用載波相位測(cè)量定位技術(shù) 少數(shù)對(duì)精度要求不高的情況下才使用偽碼測(cè)量定位方式。,近幾年情況變化： GPS動(dòng)態(tài)用戶(hù)越來(lái)越多，精度要求也越來(lái)越高。 C/A碼定位精度不能滿(mǎn)足廣大用戶(hù)的要求，人們積極研究高精度的動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。 近年來(lái)國(guó)際上模糊度快速解算技術(shù)取得突破性進(jìn)展，從而使載波相位測(cè)量定位技術(shù)在動(dòng)態(tài)定位中得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。 所以動(dòng)態(tài)和

9、靜態(tài)定位不再能簡(jiǎn)單的從使用相位或偽碼測(cè)量技術(shù)上區(qū)分。,近來(lái)基本區(qū)分方法 靜態(tài)： 接收機(jī)天線(xiàn)在測(cè)量期間靜止不動(dòng)。 測(cè)量的參數(shù)在測(cè)量期間是不隨時(shí)間變化的。 目的是測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)。 動(dòng)態(tài)： 接收機(jī)天線(xiàn)在測(cè)量期間是運(yùn)動(dòng)的。 測(cè)量的參數(shù)在測(cè)量期間是隨時(shí)間變化的，所以測(cè)量期間同時(shí)要定時(shí)。 目的是測(cè)量載體的運(yùn)動(dòng)軌道，要確定其七維坐標(biāo)參數(shù)（三維空間坐標(biāo)、三維速度、時(shí)間）。,動(dòng)態(tài)定位的特點(diǎn)與分類(lèi) 用戶(hù)廣泛 陸地運(yùn)動(dòng)載體 水上運(yùn)動(dòng)載體 空中運(yùn)動(dòng)載體。 運(yùn)動(dòng)速度差異大。 低速：幾米幾十米/秒 中速：幾十米1000米/秒 高速：大于1000米/秒 采樣時(shí)間短 用于運(yùn)載火箭或飛船定位時(shí)每次采樣時(shí)間為0.3秒左右。 動(dòng)態(tài)實(shí)

10、時(shí)性強(qiáng) 例如為導(dǎo)彈導(dǎo)航，為火箭定軌。 精度要求差別大 為船類(lèi)導(dǎo)航，精度幾十米即可。 為飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)導(dǎo)航，精度12米即可。 為導(dǎo)彈測(cè)軌，精度要求約在0.1米。,動(dòng)態(tài)定位和靜態(tài)定位的差異 由于靜態(tài)定位可以多次重復(fù)觀(guān)測(cè)，可以采取事后處理，對(duì)隨機(jī)誤差進(jìn)行平差處理，這些辦法動(dòng)態(tài)定位無(wú)法采取，所以定位精度更高。 動(dòng)態(tài)定位的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好。,測(cè)距方法,雙程測(cè)距 電磁波測(cè)距儀 單程測(cè)距 GPS,測(cè)距碼,C/A碼（測(cè)距時(shí)有模糊度）,P碼,距離測(cè)定的基本思路 信號(hào)（測(cè)距碼）傳播時(shí)間的測(cè)定,測(cè)距碼測(cè)距原理,信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)定,測(cè)距碼測(cè)距原理,利用測(cè)距碼測(cè)距的必要條件 必須了解測(cè)距碼的結(jié)構(gòu) 利用測(cè)距碼進(jìn)行測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)

11、采用的是CDMA（碼分多址）技術(shù) 易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào) 可提高測(cè)距精度 便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理（如AS）,每顆GPS衛(wèi)星都采用特定的 偽隨機(jī)噪聲碼,微弱信號(hào)的捕獲,偽距測(cè)量的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn) 無(wú)模糊度（相對(duì)相位測(cè)距而言） 缺點(diǎn) 精度低,偽碼測(cè)距與碼元寬度的關(guān)系： 測(cè)量分辨率很大程度上取決于碼元寬度 碼速越高，碼元寬度越小，分辨率越好 P碼速為10.23Mb/s,C/A碼速率為1.023Mb/s, 碼元寬度 P碼：29.3m C/A碼； 293.05m 分辨率可達(dá)碼元寬度的1/64 1/100 P碼分辨率較C/A碼高10倍。,Z跟蹤技術(shù),AS P碼+W碼Y碼 W碼的碼元寬度比Y碼大幾十倍（嚴(yán)格保密

12、） 無(wú)法對(duì)其進(jìn)行直接跟蹤與測(cè)量 Z跟蹤技術(shù) ASHTECH 公司的專(zhuān)利技術(shù) 核心：基于Y 碼是P 碼和一顯著低速率的保密碼W 的模二和，從而打破Y 碼，將其重新分解為P 碼和W 碼，然后再利用P 碼來(lái)測(cè)距,Z跟蹤技術(shù),原理 將接收到的L1 和L2 信號(hào)分別和接收機(jī)生成的、以P 碼信號(hào)為基礎(chǔ)的復(fù)制信號(hào)相關(guān)，頻帶寬度降低到保密W 碼的帶寬，從而得到未知的W碼調(diào)制信號(hào)的估值 應(yīng)用反向頻率信號(hào)處理法，將接收到的信號(hào)減去這一W 碼的估值，就可以大部分消除W 碼的影響，進(jìn)而恢復(fù)P 碼 相關(guān)處理的積分間隔限制為W 碼的一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)很小的時(shí)間間隔 根據(jù)CDMA 測(cè)量原理可知，信噪比與相關(guān)處理的積分時(shí)間的平方根

13、成正比，從而采用Z 跟蹤技術(shù)所獲取的P（Y）碼偽距的精度有所下降。 由于增加了處理環(huán)節(jié)和使用近似的W碼（準(zhǔn)確的W 碼是未知的）信息，也增加了測(cè)量噪聲。,Z跟蹤技術(shù)精度,利用Z 跟蹤技術(shù)所獲取的P（Y）碼偽距觀(guān)測(cè)值中，P1 碼偽距的精度與C/A 碼基本相同，而P2 碼偽距觀(guān)測(cè)值的精度較低。 P1 碼、C/A 碼偽距單點(diǎn)定位的精度基本相同，而P2 碼偽距單點(diǎn)定位的精度較低。,偽距法絕對(duì)定位原理 設(shè)GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)為T(mén)，衛(wèi)星鐘面時(shí)間tj 接收機(jī)鐘面時(shí)間tk 衛(wèi)星與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)偏差tj 接收機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)偏差tk tj =Tj+ tj tk = Tk +tk 已知，只有接收機(jī)位置三參數(shù)和接收機(jī)鐘差未知 只需收到4顆

14、衛(wèi)星信號(hào)，列出4方程，就可求解。 將接收機(jī)鐘差作為未知參數(shù)可降低成本，還可實(shí)現(xiàn)GPS定時(shí)。 為提高GPS定位精度，實(shí)際定位模型應(yīng)考慮電離層和對(duì)流層影響,偽碼測(cè)距,通過(guò)測(cè)量GPS衛(wèi)星發(fā)射測(cè)距碼到達(dá)接收機(jī)的傳播時(shí)間，從而算出接收機(jī)到衛(wèi)星的距離：=tc 實(shí)際距離 = 電離層和對(duì)流層改正； 接收機(jī)時(shí)鐘相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差； 衛(wèi)星時(shí)鐘相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差。 C/A碼偽距（20米精度）、P碼偽距（2米精度）,當(dāng)觀(guān)測(cè)衛(wèi)星數(shù)大于4時(shí)可采用最小二乘法計(jì)算接收機(jī)的位置坐標(biāo)的最或然值(最可靠值 ) 對(duì)某一量進(jìn)行多次觀(guān)測(cè)，各次觀(guān)測(cè)的結(jié)果總是互不一致只有在觀(guān)測(cè)次數(shù)無(wú)限增大時(shí)，其平均值即趨近于該量的真值。 在實(shí)際工作中不

15、可能進(jìn)行無(wú)限次觀(guān)測(cè)，因而根據(jù)觀(guān)測(cè)結(jié)果所得到的僅是相對(duì)真值，它就是該量的最或然值。 對(duì)一個(gè)未知量進(jìn)行一組同精度觀(guān)測(cè)，其簡(jiǎn)單平均值就是該量的最或然值；當(dāng)不同精度時(shí)，加權(quán)平均值就是該量的最或然值，對(duì)于較復(fù)雜的問(wèn)題，最或然值可按最小二乘法原理求解。,線(xiàn)性化處理,首先確定待定點(diǎn)近似坐標(biāo)X0,Y0,Z0,求殘差V：,當(dāng)同時(shí)觀(guān)測(cè)的衛(wèi)星數(shù)等于4時(shí)，可求未知參數(shù)唯一解：,X=A-1L 當(dāng)同時(shí)觀(guān)測(cè)的衛(wèi)星數(shù)大于4時(shí)，可用最小二乘法求解： X=(ATA)-1ATL,采用迭代法獲取更高精度,載波相位測(cè)量,相比于偽碼測(cè)量，載波相位測(cè)量精度更高 L1載波波長(zhǎng)19.03cm， L2載波波長(zhǎng)24.42cm 測(cè)量精度可達(dá)0.2c

16、m。 由于載波是周期信號(hào)，相位測(cè)量只能測(cè)出不足一周的小數(shù)部分，因此存在整周的確定問(wèn)題 整周模糊度的精確求解問(wèn)題。,載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波,重建載波 將非連續(xù)的載波信號(hào)恢復(fù)成連續(xù)的載波信號(hào)。,載波調(diào)制了電文之后 變成了非連續(xù)的波,偽距測(cè)量與載波相位測(cè)量,載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波,碼相關(guān)法 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。 技術(shù)要點(diǎn) 衛(wèi)星信號(hào)（弱）與接收機(jī)信號(hào)（強(qiáng)）相乘。 特點(diǎn) 限制：需要了解碼的結(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（信噪比高）,碼相關(guān)法,載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波,平方法 方法 將所接收到的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信

17、號(hào)）自乘。 技術(shù)要點(diǎn) 衛(wèi)星信號(hào)（弱）自乘。 特點(diǎn) 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（信噪比低，降低了30dB）,平方法,載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波,互相關(guān)（交叉相關(guān)） 方法 在不同頻率的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）進(jìn)行相關(guān)處理，獲取兩個(gè)頻率間的偽距差和相位差 技術(shù)要點(diǎn) 不同頻率的衛(wèi)星信號(hào)（弱）進(jìn)行相關(guān)。 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需了Y解碼的結(jié)構(gòu)，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了27dB）,載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波,Z跟蹤 方法：將衛(wèi)星信號(hào)在一個(gè)W碼碼元內(nèi)與接收機(jī)復(fù)制出的P碼進(jìn)行相關(guān)處理。 在一個(gè)W碼碼元內(nèi)進(jìn)

18、行衛(wèi)星信號(hào)（弱）與復(fù)制信號(hào)（強(qiáng)）進(jìn)行相關(guān)。 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需了解Y碼結(jié)構(gòu)，可測(cè)定雙頻偽距觀(guān)測(cè)值，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了14dB）,載波相位測(cè)量,GPS載波相位測(cè)量的基本原理,理想情況,實(shí)際情況,載波相位觀(guān)測(cè)值,觀(guān)測(cè)值 整周計(jì)數(shù) 整周未知數(shù)（整周模糊度）,載波相位觀(guān)測(cè)值,載波相位觀(guān)測(cè)的主要問(wèn)題：無(wú)法直接測(cè)定衛(wèi)星載波信號(hào)在傳播路徑上相位變化的整周數(shù)，存在整周不確定性問(wèn)題。此外，在接收機(jī)跟蹤GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀(guān)測(cè)過(guò)程中，常常由于接收機(jī)天線(xiàn)被遮擋、外界噪聲信號(hào)干擾等原因，還可能產(chǎn)生整周跳變現(xiàn)象。有關(guān)整周不確定性問(wèn)題，通常可通過(guò)適當(dāng)數(shù)據(jù)處理而解決，但將使數(shù)據(jù)處

19、理復(fù)雜化。,載波相位測(cè)量的主要問(wèn)題,載波相位測(cè)量值,通常的相位測(cè)量或相位差測(cè)量只是測(cè)出一周以?xún)?nèi)的相位值，實(shí)際測(cè)量中，如果對(duì)整周進(jìn)行計(jì)數(shù)，則自某一初始取樣時(shí)刻（t0）以后就可以取得連續(xù)的相位觀(guān)測(cè)值。,載波相位測(cè)量觀(guān)測(cè)方程,t0 時(shí)刻和tk 時(shí)刻的相位觀(guān)測(cè)值可以寫(xiě)成：,接收機(jī)在跟蹤衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，不斷測(cè)定小于一周的相位差，并利用整周計(jì)數(shù)器記錄從t0 到tk 時(shí)間內(nèi)的整周數(shù)變化量Int()，這一時(shí)間段內(nèi)，要求衛(wèi)星信號(hào)沒(méi)有中斷。如果過(guò)程中衛(wèi)星失鎖了，那要采取其他方法進(jìn)行處理。,載波相位測(cè)量的線(xiàn)性化,原始形式：,線(xiàn)性化后：,誤差方程為：,測(cè)相偽距觀(guān)測(cè)方程為：,設(shè),測(cè)相偽距觀(guān)測(cè)方程可變?yōu)椋?當(dāng)存在多余觀(guān)測(cè)時(shí)，

20、誤差方程式可表示為,其中：,當(dāng)同一歷元同步觀(guān)測(cè)衛(wèi)星數(shù)為 時(shí)，則可一列出誤差方程組為：,在一個(gè)歷元的觀(guān)測(cè)方程中，包含3個(gè)接收機(jī)坐標(biāo)未知參數(shù)，1個(gè)初始整周模糊度，1個(gè)接收機(jī)鐘差。接收機(jī)同時(shí)接收j個(gè)衛(wèi)星，就有4+j個(gè)未知參數(shù)，所以無(wú)法一個(gè)歷元定位，即不能實(shí)時(shí)定位。 靜態(tài)定位，可觀(guān)測(cè)多個(gè)歷元，接收機(jī)鐘差隨歷元不同發(fā)生變化，用一個(gè)二階或三階多項(xiàng)式描述。,若觀(guān)測(cè)n個(gè)歷元，每個(gè)歷元觀(guān)測(cè)m顆衛(wèi)星,有nm個(gè)觀(guān)測(cè)值。未知參數(shù)包含3個(gè)坐標(biāo)改正參數(shù)，3個(gè)接收機(jī)鐘差參數(shù)以及m個(gè)整周模糊度,共(6+m)個(gè)。為求解，必須mn大于等于6+m,載波相位測(cè)量的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn) 精度高，測(cè)距精度可達(dá)0.1m量級(jí) 難點(diǎn) 整周未知數(shù)問(wèn)題 整

21、周跳變問(wèn)題,觀(guān)測(cè)衛(wèi)星的幾何分布及其對(duì)絕對(duì)定位精度的影響,決定GPS絕對(duì)定位精度的兩個(gè)因素是： （1）所測(cè)衛(wèi)星在空間的幾何分布（衛(wèi)星分布的幾何圖形）。 （2）觀(guān)測(cè)量的精度。,以測(cè)碼偽距為觀(guān)測(cè)量，進(jìn)行動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位時(shí)，根據(jù)測(cè)碼偽距方程可以得到在空間直角坐標(biāo)系中權(quán)系數(shù)陣為,或：,絕對(duì)定位精度的評(píng)價(jià),對(duì)于大地坐標(biāo)系中相應(yīng)點(diǎn)位坐標(biāo)的權(quán)系數(shù)陣為：,為偽距測(cè)量中誤差。,根據(jù)不同要求，可采用不同的精度評(píng)價(jià)模型和相應(yīng)的精度因子： 平面位置精度因子HDOP（Horizontal DOP)：相應(yīng)平面精度。 高程精度因子VDOP(Vertical DOP)：相應(yīng)的高程精度。 空間位置精度因子PDOP(Position

22、DOP)：相應(yīng)的三維定位精度。 接收機(jī)鐘差精度因子TDOP（Time DOP)：鐘差精度。 幾何精度因子GDOP（Geometric DOP）：描述空間位置誤差 和時(shí)間誤差綜合影響的精度因子。,在導(dǎo)航學(xué)中，估算未知參數(shù)解的精度，一般采用有關(guān)精度因子DOP（Dilution of precision）的概念，其定義為：,幾種精度因子的計(jì)算公式：,平面位置精度因子HDOP：,高程精度因子VDOP：,空間位置精度因子PDOP：,接收機(jī)鐘差精度因子TDOP：,幾何精度因子GDOP：,衛(wèi)星選擇原則,由觀(guān)測(cè)站與4顆衛(wèi)星構(gòu)成六面體，設(shè)其體積為V,所以，原則上應(yīng)在可測(cè)衛(wèi)星中，選擇各種可能的4顆衛(wèi)星的組合來(lái)計(jì)算

23、相應(yīng)的GDOP（或PDOP），并選取其中GDOP（或PDOP）為最小的一組衛(wèi)星進(jìn)行觀(guān)測(cè)和計(jì)算。,1.衛(wèi)星高度角的控制。 2.衛(wèi)星所構(gòu)成的空間圖形使其GDOP值最小。,GPS接收機(jī)載體航速的測(cè)定,設(shè)歷元 測(cè)定載體的實(shí)時(shí)位置分別為： 其運(yùn)動(dòng)速度可表示為：,GPS測(cè)時(shí),利用GPS測(cè)時(shí)，目前主要有兩種方法 （1）單站單機(jī)測(cè)時(shí)法,（2）共視法,原理：在兩個(gè)觀(guān)測(cè)站上各設(shè)一臺(tái)GPS接收機(jī)，并同步觀(guān)測(cè)同 一衛(wèi)星，來(lái)測(cè)定兩用戶(hù)時(shí)鐘的相對(duì)偏差，從而達(dá)到高精度時(shí)間比對(duì)目的。,設(shè)兩觀(guān)測(cè)站 和 ，于歷元t同步觀(guān)測(cè)衛(wèi)星 ，則可以求得偽距分別為：,將兩式相減,GPS相對(duì)定位,相對(duì)定位 在兩個(gè)或若干個(gè)測(cè)量站上，設(shè)置GPS接收

24、機(jī)，同步跟蹤觀(guān)測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，測(cè)定它們之間的相對(duì)位置 在相對(duì)定位中，至少其中一點(diǎn)或幾個(gè)點(diǎn)的位置是已知的，即其在WGS84坐標(biāo)系的坐標(biāo)為已知，稱(chēng)之為基準(zhǔn)點(diǎn)。 衛(wèi)星的星歷誤差，衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差和電離層、對(duì)流層延遲誤差，對(duì)同一顆衛(wèi)星的兩站觀(guān)測(cè)值的影響是相同的或基本相同 通過(guò)相對(duì)定位可有效地消除或減弱這些誤差的影響，提高定位精度。,GPS相對(duì)定位,相對(duì)定位是高精度定位的基本方法 廣泛應(yīng)用于高精度大地控制網(wǎng)、精密工程測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)和導(dǎo)彈和火箭彈道測(cè)量等方面 相對(duì)定位有兩類(lèi)解算方法： 一是用直接觀(guān)測(cè)值組成定位觀(guān)測(cè)誤差方程、法方程，一并解算出兩點(diǎn)間的相對(duì)位置； 另一類(lèi)方法是將直接觀(guān)測(cè)值

25、進(jìn)行不同的線(xiàn)性組合，構(gòu)成虛擬觀(guān)測(cè)值，由虛擬觀(guān)測(cè)值組成相應(yīng)的觀(guān)測(cè)誤差方程，進(jìn)行相對(duì)定位解算。,1.直接法 直接觀(guān)測(cè)值的相對(duì)定位，其最簡(jiǎn)單的方法為： 兩點(diǎn)各自根據(jù)觀(guān)測(cè)值，組成觀(guān)測(cè)誤差方程，各自答解出點(diǎn)位坐標(biāo)； 然后求兩點(diǎn)間的坐標(biāo)差，即兩點(diǎn)的相對(duì)位置。 在已知其中一點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，即可求得另一點(diǎn)的坐標(biāo)。,如在D和K點(diǎn)同時(shí)設(shè)站，在ti時(shí)刻同步觀(guān)測(cè)衛(wèi)星j的偽距，得觀(guān)測(cè)值為jDi和jKi。 由偽距觀(guān)測(cè)值組成觀(guān)測(cè)誤差方程、法方程，解出D與K點(diǎn)的定位坐標(biāo)（XD、YD、ZD）和（XK、YK、ZK），則可得坐標(biāo)差 XDK XKXD YDK YKYD ZDK ZKZD 當(dāng)D點(diǎn)為已知點(diǎn)，其在WGS84坐標(biāo)坐標(biāo)為（XD、YD

26、、ZD），則可得待定點(diǎn)K的坐標(biāo)為 XK XDXDK YK YDYDK ZK ZDZDK,代入前式，則得 XK （XDXD）XK XK +XD YK （YDYD）YK YK +YD ZK （ZDZD） ZK ZK +ZD 這種相對(duì)定位的實(shí)質(zhì)是，利用已知點(diǎn)定位值與已知值之差（XD、YD、ZD）修正未知點(diǎn)的定位結(jié)果。 因而消除或減弱了相同的或基本相同的誤差影響，提高定位精度。 這樣，相對(duì)定位提高精度是以增加一點(diǎn)的多余觀(guān)測(cè)為代價(jià)的。,2求差法 目前，相對(duì)定位中廣泛采用的方法是由直接觀(guān)測(cè)值線(xiàn)性組合構(gòu)成虛擬觀(guān)測(cè)值的方法，即所謂的求差法。 可按測(cè)站、衛(wèi)星和觀(guān)測(cè)歷元三個(gè)要素來(lái)產(chǎn)生和劃分相位差觀(guān)測(cè)值的各種形式不

27、同的差分。由求差分次數(shù)的多寡可分為一次差、二次差和三次差觀(guān)測(cè)值。,觀(guān)測(cè)值的線(xiàn)性組合,同類(lèi)型同頻率觀(guān)測(cè)值的線(xiàn)性組合 同類(lèi)型不同頻率觀(guān)測(cè)值的線(xiàn)性組合 不同類(lèi)型觀(guān)測(cè)值的線(xiàn)性組合,同類(lèi)型同頻率相位觀(guān)測(cè)值的線(xiàn)性組合差分觀(guān)測(cè)值,按差分方式可分為: 站間差分 星間差分 歷元間差分 按差分次數(shù)可分為： 一次差 二次差 三次差,差分觀(guān)測(cè)值的定義 將相同頻率的GPS載波相位觀(guān)測(cè)值依據(jù)某種方式求差所獲得的新的組合觀(guān)測(cè)值（虛擬觀(guān)測(cè)值） 差分觀(guān)測(cè)值的特點(diǎn) 可以消去某些不重要的參數(shù)，或?qū)⒛承?duì)確定待定參數(shù)有較大負(fù)面影響的因素消去或消弱其影響 求差方式 站間求差 衛(wèi)星間求差 歷元間求差,原始載波相位觀(guān)測(cè)值,站間求差（站間差分）,求差方式 同步觀(guān)測(cè)值在接收機(jī)間求差 數(shù)學(xué)形式 特點(diǎn) 消除了衛(wèi)星鐘差影響 削弱了電離層折射影響 削弱了對(duì)流層折射影響 削弱了衛(wèi)星軌道誤差的影響,星間求差（星間差分）,求差方式 同步觀(guān)測(cè)值在衛(wèi)星間求差 數(shù)學(xué)形式 特點(diǎn) 消除了接收機(jī)鐘差的影響,歷元間求差（歷元間差分）,差分方式 觀(guān)測(cè)值在間歷元求差 數(shù)學(xué)形式 特點(diǎn) 消去了整周未知數(shù)參數(shù),單差、雙差和三差,單差：站間一次差分 雙差：站間、星間各求一次差（共兩次差） 三差：站間、星間和歷元間