GPS絕對(duì)定位課件

1、GPS測(cè)量定位發(fā)展情況測(cè)量定位發(fā)展情況1定位模式定位模式絕對(duì)定位絕對(duì)定位相對(duì)定位相對(duì)定位差分定位差分定位5天線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)天線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)靜態(tài)定位靜態(tài)定位動(dòng)態(tài)定位動(dòng)態(tài)定位相對(duì)于地相對(duì)于地固坐標(biāo)系固坐標(biāo)系3獲得定位獲得定位結(jié)果的時(shí)效結(jié)果的時(shí)效事后定位事后定位實(shí)時(shí)定位實(shí)時(shí)定位2觀測(cè)值類(lèi)型觀測(cè)值類(lèi)型偽距測(cè)量偽距測(cè)量載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量非差定位非差定位4數(shù)據(jù)處理方式數(shù)據(jù)處理方式絕對(duì)定位絕對(duì)定位相對(duì)定位相對(duì)定位偽距單點(diǎn)定位偽距單點(diǎn)定位載波靜態(tài)定位載波靜態(tài)定位偽距差分定位偽距差分定位常規(guī)常規(guī)RTK廣域差分定位廣域差分定位非差精密單點(diǎn)定位非差精密單點(diǎn)定位網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)定位技術(shù)-X第一代第一代第二代第

2、二代第三代第三代第四代第四代GPS測(cè)量定位方法分類(lèi)測(cè)量定位方法分類(lèi)4.1單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位簡(jiǎn)介單點(diǎn)定位簡(jiǎn)介 定義定義單獨(dú)利用一臺(tái)接收機(jī)確定待定點(diǎn)在地固坐單獨(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。標(biāo)系中絕對(duì)位置的方法。 定位結(jié)果定位結(jié)果 與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的絕對(duì)坐標(biāo)。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)屬采用廣播星歷時(shí)屬WGS-84采用采用IGS International GNSS Service精密星歷時(shí)為精密星歷時(shí)為ITRF International Terrestrial Reference Frames（常規(guī)測(cè)量中，測(cè)出的點(diǎn)位與控制點(diǎn)同屬一（常規(guī)

3、測(cè)量中，測(cè)出的點(diǎn)位與控制點(diǎn)同屬一個(gè)坐標(biāo)系原理類(lèi)似）個(gè)坐標(biāo)系原理類(lèi)似）單點(diǎn)定位原理單點(diǎn)定位原理1234P (X, Y, Z) +P (X, Y, Z) +dTdT觀測(cè)值：觀測(cè)值：i i或或i i未知參數(shù)：未知參數(shù)：X,Y,Z,dTX,Y,Z,dT22211u1u1u22222u2u2u22233u3u3uxxyyzzxxyyzzxxyyzz22244u4u4uxxyyzzuuuctctctuct偽距單點(diǎn)定位偽距單點(diǎn)定位1. 1.偽距觀測(cè)方程的線性化偽距觀測(cè)方程的線性化 偽距觀測(cè)方程的線性化形式為偽距觀測(cè)方程的線性化形式為: : jjjjtkzyxjjjjtccnml210)(2/12020200

4、000000)()()(/ )()/(/ )()/(/ )()/(000ZZYYXXnZZdzdmYYdydlXXdxdjsjsjsjjjjszjjjsyjjjsx式中其中其中:電離層電離層延遲延遲對(duì)流層對(duì)流層延遲延遲衛(wèi)星衛(wèi)星鈡差鈡差偽距觀偽距觀測(cè)值測(cè)值2.2.偽距單點(diǎn)定位的解算偽距單點(diǎn)定位的解算 對(duì)任一歷元同步觀測(cè)的四顆衛(wèi)星對(duì)任一歷元同步觀測(cè)的四顆衛(wèi)星j=1,2,3,4, j=1,2,3,4, 令令 , , 則方程組形式如下：則方程組形式如下： tkc442414332313222212112111444333222111403020101111tctctctcnmlnmlnmlnmlzyx

5、TijjjjjjzyxiLLLLLtcLXnmlnmlnmlnmlAT43210214443332221111111令0iiLXA方程組簡(jiǎn)化為方程組簡(jiǎn)化為：解方程求解解方程求解2.2.偽距法絕對(duì)定位的解算偽距法絕對(duì)定位的解算當(dāng)同步觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)多于四顆時(shí)，則可組成誤差方程式：當(dāng)同步觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)多于四顆時(shí)，則可組成誤差方程式： iiiLXAV)()(1iTiiTiLAAAX最小二乘法最小二乘法求解求解1)(iTixAAQ協(xié)因數(shù)陣協(xié)因數(shù)陣iixqM0未知數(shù)的未知數(shù)的中誤差中誤差 偽距測(cè)量中誤偽距測(cè)量中誤差差 特點(diǎn)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：一臺(tái)接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測(cè)簡(jiǎn)單，優(yōu)點(diǎn)：一臺(tái)接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測(cè)簡(jiǎn)單，可瞬時(shí)定位可

6、瞬時(shí)定位缺點(diǎn)：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定缺點(diǎn)：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低位精度低 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域低精度導(dǎo)航、資源普查、軍事、低精度導(dǎo)航、資源普查、軍事、.偽距單點(diǎn)定位偽距單點(diǎn)定位3. 3.非差載波相位觀測(cè)值單點(diǎn)定位非差載波相位觀測(cè)值單點(diǎn)定位PPPPPP 難點(diǎn)：難點(diǎn)：進(jìn)行周跳探測(cè)修復(fù)及整進(jìn)行周跳探測(cè)修復(fù)及整 周模糊周模糊度的固定。度的固定。需要對(duì)各種誤差進(jìn)行修正需要對(duì)各種誤差進(jìn)行修正1234P (X, Y, Z) 觀測(cè)值觀測(cè)值：載波相位：載波相位i、偽距觀測(cè)值、偽距觀測(cè)值Pi衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷：IGS精密衛(wèi)星星歷精密衛(wèi)星星歷衛(wèi)星鈡差衛(wèi)星鈡差：IGS精密衛(wèi)星鈡差精密衛(wèi)星鈡差單點(diǎn)定位

7、的誤差源及應(yīng)對(duì)方法單點(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)()(intttNpk)()()()()()(int)(0tTtItdtctttNcnmlpkpkporbpitkzyxjjjj)()()()()(0tTtItdtctcnmlpkpkporbptkzyxjjjj1. 1.觀測(cè)方程的線性化觀測(cè)方程的線性化 2/12020200000000)()()(/ )()/(/ )()/(/ )()/(000ZZYYXXnZZdzdmYYdydlXXdxdjsjsjsjjjjszjjjsyjjjsx式中P偽距偽距載波載波其中：

8、其中：NoImage對(duì)任一歷元同步觀測(cè)的四顆衛(wèi)星對(duì)任一歷元同步觀測(cè)的四顆衛(wèi)星j=1,2,3,4,j=1,2,3,4,則方程組形式如下：則方程組形式如下： )()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()(int)()()()()()(int)()()()()()(int)()()()()()(int00000000000000000000000000004444433333222221111144444433333322222211111143214443332221114443332221114030201040302010tTtItdtctPtTtIt

9、dtctPtTtItdtctPtTtItdtctPtTtItdtcttttTtItdtcttttTtItdtcttttTtItdtctttNNNNcnmlcnmlcnmlcnmlcnmlcnmlcnmlcnmlPPPPkkorbkkorbkkorbkkorbkkorbkkorbkkorbkkorbtkzyx1. 1.觀測(cè)方程的線性化觀測(cè)方程的線性化 當(dāng)某歷元觀測(cè)顆衛(wèi)星時(shí)，需要列個(gè)方程。包含當(dāng)某歷元觀測(cè)顆衛(wèi)星時(shí)，需要列個(gè)方程。包含 個(gè)未知量。個(gè)未知量。2nn+4因此需要同步觀測(cè)因此需要同步觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星！顆以上衛(wèi)星！2.2.的解算的解算當(dāng)同步觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)多于四顆時(shí)，則可組成誤差方程式：當(dāng)同步觀

10、測(cè)的衛(wèi)星數(shù)多于四顆時(shí)，則可組成誤差方程式： iiiLXAV)()(1iTiiTiLAAAX最小二乘法最小二乘法求解求解1)(iTixAAQ協(xié)因數(shù)陣協(xié)因數(shù)陣iixqM0未知數(shù)的未知數(shù)的中誤差中誤差 偽距測(cè)量中誤偽距測(cè)量中誤差差 精密單點(diǎn)定位精密單點(diǎn)定位PPP Precise Point Positioning特點(diǎn)特點(diǎn) 主要觀測(cè)值為載波相位主要觀測(cè)值為載波相位 采用精密的衛(wèi)星軌道和鐘數(shù)據(jù)采用精密的衛(wèi)星軌道和鐘數(shù)據(jù) 采用復(fù)雜的模型采用復(fù)雜的模型定位精度定位精度 亞分米級(jí)亞分米級(jí)用途用途 全球高精度測(cè)量全球高精度測(cè)量 衛(wèi)星定軌衛(wèi)星定軌4.2衛(wèi)星幾何分布及授時(shí)衛(wèi)星幾何分布及授時(shí)GPSGPS絕對(duì)定位的定位

11、精度主要取決于：絕對(duì)定位的定位精度主要取決于： 1) 1)衛(wèi)星分布的幾何圖形衛(wèi)星分布的幾何圖形 2) 2)觀測(cè)量精度觀測(cè)量精度權(quán)系數(shù)陣權(quán)系數(shù)陣Q Qx x ：44434241343332312423222114131211qqqqqqqqqqqqqqqqQx333231232221131211qqqqqqqqqQB空空間間直直角角坐坐標(biāo)標(biāo)形形式式大大地地坐坐標(biāo)標(biāo)形形式式RQRQxB333231232221131211sinsincoscoscos0cossincossinsincossinqqqqqqqqqQBLBLBLLBLBLBRX式中0 DOPMx等效距離誤差等效距離誤差精度因子精度因子

12、精度因子精度因子DOP(1/2)DOP(1/2)平面位置精度因子平面位置精度因子HDOP(horizontal DOP) 及其相應(yīng)的平面位置精度及其相應(yīng)的平面位置精度 02211HDOPMqqHDOPH高程精度因子高程精度因子VDOP(Vertical DOP) 及其相應(yīng)的高程精度及其相應(yīng)的高程精度 033VDOPMqVDOPV精度因子精度因子DOP(2/2)DOP(2/2)空間位置精度因子空間位置精度因子PDOP(Position DOP)及其相應(yīng)及其相應(yīng)的三維定位精度的三維定位精度 0332211PDOPMqqqPDOPP接收機(jī)鐘差精度因子接收機(jī)鐘差精度因子TDOP(Time DOP)及其

13、鐘及其鐘差精度差精度 044TDOPMqTDOPT幾何精度因子幾何精度因子GDOP(Geometric DOP)及其相應(yīng)的中誤差及其相應(yīng)的中誤差 02244332211)()(GDOPMTDOPPDOPqqqqGDOPG衛(wèi)星幾何分布對(duì)精度因子的影響衛(wèi)星幾何分布對(duì)精度因子的影響 精度因子與所測(cè)衛(wèi)星的空間分布有關(guān)精度因子與所測(cè)衛(wèi)星的空間分布有關(guān) GDOP 1/VGDOP 1/V 六面體體積六面體體積V V 最大情形：一顆最大情形：一顆衛(wèi)星處于天頂，衛(wèi)星處于天頂，其余其余3 3顆衛(wèi)星相顆衛(wèi)星相距距1201200 0 DOP值值 DOP值與定位精度 DOP值的性質(zhì)單點(diǎn)定位時(shí)，DOP值與所觀測(cè)衛(wèi)星的數(shù)量

14、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posposmURA PDOPmURA其中：為位置中誤差，為用戶等效距離誤差。4.2.2 GPS授時(shí)授時(shí) 1.單測(cè)站測(cè)時(shí) 2.共視法測(cè)時(shí)RStttropionjijijiVcVcVVzzyyxx22211112121211RStttropioniiiVcVcVVzzyyxx22222222222RStttropioniiiVcVcVVzzyyxx4.3相對(duì)定位相對(duì)定位靜態(tài)相對(duì)定位概述靜態(tài)相對(duì)定位概述 定義定義確定進(jìn)行同步觀測(cè)的接收機(jī)之間確定進(jìn)行同步觀測(cè)的接收機(jī)之間相對(duì)位置的定位方法相對(duì)位置的定位方法 定位結(jié)果定位結(jié)果與所用星

15、歷同屬一坐標(biāo)系的與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的基線基線向量向量（坐標(biāo)差）及其精度信息（坐標(biāo)差）及其精度信息p采用廣播星歷時(shí)屬采用廣播星歷時(shí)屬WGS-84WGS-84p采用采用IGS IGS 精密星歷時(shí)為精密星歷時(shí)為ITRFITRF基線向量中含有：基線向量中含有：2 2個(gè)方位基個(gè)方位基準(zhǔn)（一個(gè)水平方位，一個(gè)垂直準(zhǔn)（一個(gè)水平方位，一個(gè)垂直方位）和方位）和1 1個(gè)尺度基準(zhǔn)，不含有個(gè)尺度基準(zhǔn)，不含有位置基準(zhǔn)位置基準(zhǔn)靜態(tài)相對(duì)定位概述靜態(tài)相對(duì)定位概述 特點(diǎn)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)用應(yīng)用高精度測(cè)量定位及導(dǎo)航相對(duì)定位相對(duì)定位4.3 4.3 靜態(tài)相

16、對(duì)定位靜態(tài)相對(duì)定位 參考站參考站未知站未知站至少兩臺(tái)接收機(jī)固至少兩臺(tái)接收機(jī)固定連續(xù)同步觀測(cè)定連續(xù)同步觀測(cè) 。采用載波相位觀采用載波相位觀測(cè)值（或測(cè)相偽距）測(cè)值（或測(cè)相偽距）為基本觀測(cè)量。為基本觀測(cè)量。 中等長(zhǎng)度的基線（中等長(zhǎng)度的基線（100-100-500km500km），相對(duì)定位精），相對(duì)定位精度可達(dá)度可達(dá)1010-6-6-10-10-7-7甚至更好甚至更好 單差（單差（Single-DifferenceSingle-DifferenceSDSD） )()()()()()(12121212ijijijikikiktttSDtttSDu站間單差：站間單差：消除了與衛(wèi)星有關(guān)消除了與衛(wèi)星有關(guān)的誤差

17、：如衛(wèi)星鐘差的誤差：如衛(wèi)星鐘差 站間距不大時(shí)可消站間距不大時(shí)可消除大部分大氣誤差除大部分大氣誤差 多測(cè)站時(shí)注意選取多測(cè)站時(shí)注意選取基站基站1. 1. 觀測(cè)量的線性組合觀測(cè)量的線性組合 t ti i時(shí)刻載波相位觀測(cè)量：時(shí)刻載波相位觀測(cè)量： kjtropkjionkjktjtkjjkjjkjjkjkjkitropkiionkiktitkiikiikiikikiVVcVcVNdZndYmdXlVVcVcVNdZndYmdXlSRSR)()()()()()()()(00pjpikjki和和,組單差觀測(cè)方程：組單差觀測(cè)方程： kjitropkjiionkjijitkjijikjijikjijikjiki

18、kjkjiVVcVNdZndYmdXlR,0,)()()(非差線性觀測(cè)方程非差線性觀測(cè)方程：雙差（雙差（Double-DifferenceDouble-DifferenceDDDD）u星際二次差：星際二次差：)()()()()()()(1212121212ikikijijikijikjtttttSDtSDtDD在一次差的基礎(chǔ)進(jìn)一步在一次差的基礎(chǔ)進(jìn)一步消除了與接收機(jī)有關(guān)的消除了與接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)載波相位及其鐘差項(xiàng) 注意選取基星注意選取基星 GPSGPS基線向量處理時(shí)常基線向量處理時(shí)常用的模型用的模型lkjitroplkjiionlkjilkjijilkjijilkjijilkjiljitropkjitropljiionkjiionljikjiljikjijiljikjijiljikjijiljikjikjiljilkjiVVNdZndYmdXlVVVVNNdZnndYmmdXll,0,0,0,)()()()()()