GPS動態(tài)定位測量ppt課件

1、6、GPS動態(tài)定位丈量動態(tài)定位丈量GPSGPS丈量及運(yùn)用丈量及運(yùn)用石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 測繪工程系測繪工程系NoImage一、GPS定位方法分類 GPS丈量定位的類型丈量定位的類型根據(jù)定位方式：根據(jù)定位方式： 單點(diǎn)定位絕單點(diǎn)定位絕對定位對定位 相對定位相對定位 差分定位差分定位根據(jù)定位時接根據(jù)定位時接納機(jī)天線的運(yùn)納機(jī)天線的運(yùn)動形狀：動形狀： 靜態(tài)定位靜態(tài)定位 動態(tài)定位動態(tài)定位根據(jù)定位時效：根據(jù)定位時效： 實(shí)時定位實(shí)時定位 事后定位事后定位根據(jù)觀測值類根據(jù)觀測值類型：型： 偽距丈量偽距丈量 載波相位丈量載波相位丈量NoImageNoImage二、二、GPS動態(tài)定位動態(tài)定位

2、 GPS動態(tài)定位概述動態(tài)定位概述 GPS動態(tài)定位的運(yùn)用動態(tài)定位的運(yùn)用 GPS動態(tài)定位的特點(diǎn)動態(tài)定位的特點(diǎn) 動態(tài)定位的類型方法動態(tài)定位的類型方法 GPS動態(tài)定位的根本原理動態(tài)定位的根本原理整周未知數(shù)的動態(tài)求解整周未知數(shù)的動態(tài)求解 RTKReal Time KinematicGPS技術(shù)技術(shù) 載波相位實(shí)時動態(tài)差分技載波相位實(shí)時動態(tài)差分技術(shù)術(shù)NoImageNoImage1、概述、概述 什么是什么是GPS動態(tài)定位動態(tài)定位 GPS動態(tài)定位丈量，是利用動態(tài)定位丈量，是利用GPS信號，測信號，測定相對于地球運(yùn)動的用戶天線的形狀參數(shù)，這定相對于地球運(yùn)動的用戶天線的形狀參數(shù)，這些形狀參數(shù)包括三維坐標(biāo)、三維速度和時

3、間七些形狀參數(shù)包括三維坐標(biāo)、三維速度和時間七個參數(shù)。個參數(shù)。 導(dǎo)航，是測得運(yùn)動載體的形狀參數(shù)，并導(dǎo)引運(yùn)導(dǎo)航，是測得運(yùn)動載體的形狀參數(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。動載體準(zhǔn)確地運(yùn)動到預(yù)定的后續(xù)位置。NoImageNoImage GPS動態(tài)定位的運(yùn)用動態(tài)定位的運(yùn)用 導(dǎo)航導(dǎo)航 探險、車輛、船舶、航空器等探險、車輛、船舶、航空器等 跟蹤、監(jiān)控與調(diào)度跟蹤、監(jiān)控與調(diào)度 車輛、船舶、航空器等車輛、船舶、航空器等 制導(dǎo)制導(dǎo) 武器制導(dǎo)、自動駕駛等武器制導(dǎo)、自動駕駛等 定軌定軌 衛(wèi)星、航天器等衛(wèi)星、航天器等 姿態(tài)確定姿態(tài)確定 衛(wèi)星、航天器、航空器等衛(wèi)星、航天器、航空器等 丈量丈量 測圖、放樣、監(jiān)測等

4、測圖、放樣、監(jiān)測等NoImageNoImage2、GPS動態(tài)定位的特點(diǎn)動態(tài)定位的特點(diǎn) 用戶多樣性用戶多樣性 速度多異性速度多異性 定位實(shí)時性定位實(shí)時性 數(shù)據(jù)短時性數(shù)據(jù)短時性 精度要求多變性精度要求多變性NoImageNoImage3、GPS動態(tài)定位的類型動態(tài)定位的類型1 1單點(diǎn)動態(tài)定位動態(tài)絕對定位單點(diǎn)動態(tài)定位動態(tài)絕對定位 2 2實(shí)時差分動態(tài)定位法：實(shí)時差分動態(tài)定位法： 位置差分位置差分 偽距差分偽距差分 相位平滑偽距差分：載波多普勒計數(shù)平相位平滑偽距差分：載波多普勒計數(shù)平滑偽距、載波相位平滑偽距滑偽距、載波相位平滑偽距 載波相位差分：修正法、求差法載波相位差分：修正法、求差法NoImageNo

5、Image4、GPS動態(tài)定位的根本原理動態(tài)定位的根本原理 單點(diǎn)偽距動態(tài)定位動態(tài)絕對定位單點(diǎn)偽距動態(tài)定位動態(tài)絕對定位 GPS絕對定位主要是以絕對定位主要是以GPS衛(wèi)星和用戶接納機(jī)衛(wèi)星和用戶接納機(jī)天線之間的間隔天線之間的間隔 為根本觀丈量，并利用知的衛(wèi)星為根本觀丈量，并利用知的衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)來確定接納機(jī)天線對應(yīng)的點(diǎn)位在協(xié)議地瞬時坐標(biāo)來確定接納機(jī)天線對應(yīng)的點(diǎn)位在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的位置。球坐標(biāo)系中的位置。 動態(tài)絕對定位是確定處于運(yùn)動載體上的接納機(jī)動態(tài)絕對定位是確定處于運(yùn)動載體上的接納機(jī)在運(yùn)動的每一瞬間的位置。由于接納機(jī)天線處于在運(yùn)動的每一瞬間的位置。由于接納機(jī)天線處于運(yùn)動形狀，故天線點(diǎn)位的坐標(biāo)是一個變化

6、的量，運(yùn)動形狀，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)的觀測方程只需較少的多因此確定每一瞬間坐標(biāo)的觀測方程只需較少的多余觀測余觀測(甚至沒有多余觀測甚至沒有多余觀測)，且普通常利用測距碼，且普通常利用測距碼偽距進(jìn)展動態(tài)絕對定位。因此，其精度較低，普偽距進(jìn)展動態(tài)絕對定位。因此，其精度較低，普通僅有幾十米的精度，在通僅有幾十米的精度，在SA政策影響下，其精度政策影響下，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。導(dǎo)航。 位置差分原理位置差分原理 位置

7、差分位置差分GPS是一種最簡單的差分方法。安頓是一種最簡單的差分方法。安頓在知點(diǎn)基準(zhǔn)站上的在知點(diǎn)基準(zhǔn)站上的GPS接納機(jī)，經(jīng)過對接納機(jī)，經(jīng)過對4顆及顆及4顆以顆以上的衛(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)標(biāo)(X，Y，Z)，由于存在著衛(wèi)星星歷、時鐘誤差、，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)與知基準(zhǔn)站坐標(biāo)大氣折射等誤差的影響，該坐標(biāo)與知基準(zhǔn)站坐標(biāo)(X，Y，Z)不一樣，存在誤差。即：不一樣，存在誤差。即： 式中：式中：X、Y、Z為坐標(biāo)矯正數(shù)，基準(zhǔn)站利用數(shù)為坐標(biāo)矯正數(shù)，基準(zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將坐標(biāo)矯正數(shù)發(fā)送給用戶站。據(jù)鏈將坐標(biāo)矯正數(shù)發(fā)送給

8、用戶站。Z-ZZY-YYX-XXNoImageNoImage 位置差分原理位置差分原理 用戶站用接納到的坐標(biāo)矯正數(shù)對其坐標(biāo)進(jìn)展矯用戶站用接納到的坐標(biāo)矯正數(shù)對其坐標(biāo)進(jìn)展矯正：正： 經(jīng)過坐標(biāo)矯正后的用戶坐標(biāo)已消去了基準(zhǔn)站與用戶經(jīng)過坐標(biāo)矯正后的用戶坐標(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、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、衛(wèi)星鐘差、SA政策影響等，提高了定位的精度。政策影響等，提高了定位的精度。ZZZYYYXXXkkkkkkNoImageNoImage 位置差分的優(yōu)點(diǎn)是需求傳輸?shù)牟罘殖C正數(shù)較少，位置差分的優(yōu)點(diǎn)是需求傳輸?shù)牟罘殖C正數(shù)較少，計算方法較簡單，任

9、何一種計算方法較簡單，任何一種GPSGPS接納機(jī)均可改裝成這種接納機(jī)均可改裝成這種差分系統(tǒng)。其缺陷主要為：差分系統(tǒng)。其缺陷主要為： 1)1)要求基準(zhǔn)站與用戶站必需堅持觀測同一組衛(wèi)要求基準(zhǔn)站與用戶站必需堅持觀測同一組衛(wèi)星，由于基準(zhǔn)站與用戶站接納機(jī)配備的不完全一樣，星，由于基準(zhǔn)站與用戶站接納機(jī)配備的不完全一樣，且兩站觀測環(huán)境也不完全一樣，因此難以保證兩站觀且兩站觀測環(huán)境也不完全一樣，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)生的誤差能夠會不測同一組衛(wèi)星，并會導(dǎo)致定位所產(chǎn)生的誤差能夠會不很匹配，從而影響定位精度。很匹配，從而影響定位精度。 2)2)位置差分定位效果不如偽距差分好。位置差分定位效

10、果不如偽距差分好。NoImageNoImage 偽距差分原理偽距差分原理 偽距差分是目前運(yùn)用最廣泛的一種差分定位技偽距差分是目前運(yùn)用最廣泛的一種差分定位技術(shù)之一。該定位技術(shù)經(jīng)過在基準(zhǔn)站上利用知坐標(biāo)求術(shù)之一。該定位技術(shù)經(jīng)過在基準(zhǔn)站上利用知坐標(biāo)求出測站至衛(wèi)星的間隔出測站至衛(wèi)星的間隔 ，并將其與含有誤差的丈量間，并將其與含有誤差的丈量間隔隔 比較，然后利用一個比較，然后利用一個-濾波器將此差值濾波并濾波器將此差值濾波并求出其偏向，并將一切衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，求出其偏向，并將一切衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用戶利用此測距誤差來矯正丈量的偽距。最后，用用戶利用此測距誤差來矯正丈量的偽距。最后，用戶利

11、用矯正后的偽距求出本身的坐標(biāo)。假設(shè)基準(zhǔn)站、戶利用矯正后的偽距求出本身的坐標(biāo)。假設(shè)基準(zhǔn)站、用戶站均觀測了一樣的用戶站均觀測了一樣的4顆或顆或4顆以上的衛(wèi)星，即可顆以上的衛(wèi)星，即可實(shí)現(xiàn)用戶站的定位。實(shí)現(xiàn)用戶站的定位。 偽距差分原理偽距差分原理 其定位根本公式如下：其定位根本公式如下： jijijiDDDjijijijijijidDTIttcDD222)()()(ijijijjizzyyxxDjijkjkDDDtkjkjkjjiVCzzyyxxD222)()()(NoImageNoImage 由于偽距差分可提供單顆衛(wèi)星的間隔 矯正數(shù) ，因此用戶站可選其中恣意4顆一樣衛(wèi)星的偽距矯正數(shù)進(jìn)展矯正，而不用要

12、求兩站觀測的衛(wèi)星完全一樣，且偽距矯正數(shù)是直接在WGS-84坐標(biāo)系上進(jìn)展的，是一種直接矯正數(shù)，不用先變換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，定位精度更高，且運(yùn)用更方便。 iDNoImageNoImage 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，誤差抵消的程度決議了精度的高低。而誤差的公共性在很大程度依賴于兩站間隔 ，隨著兩站間隔 的添加，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)站之間的間隔 對精度有著決議性的影響，用戶站離基準(zhǔn)站的間隔 越大，偽距差分后的剩余誤差越大，定位精度越低。 NoImageNoImage 相位平滑偽距差分原理相位平滑偽距差分原理 偽距差分實(shí)踐上是在測站之間求偽

13、距觀測值的一偽距差分實(shí)踐上是在測站之間求偽距觀測值的一次差，因此消除了兩偽距觀測值中所含有的共同的次差，因此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。隨機(jī)誤差，從而限制了偽距差分定位的精度。 載波相位丈量的精度較測距碼偽距丈量的精度高載波相位丈量的精度較測距碼偽距丈量的精度高2個數(shù)量級，假設(shè)能用載波相位觀測值對偽距觀測值個數(shù)量級，假設(shè)能用載波相位觀測值對偽距觀測值進(jìn)展修正，就可提高偽距定位的精度，但是載波相進(jìn)展修正，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，因此

14、難以直接利用載波觀位整周數(shù)無法直接測得，因此難以直接利用載波觀測值。測值。 NoImageNoImage 相位平滑偽距差分原理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數(shù)雖然整周數(shù)無法獲得，但可由多普勒頻率計數(shù)獲得載波相位的變化信息，即可獲得偽距變化率的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，稱為載波多普勒計數(shù)平滑偽距差分；另外，在同一顆衛(wèi)載波多普勒計數(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

15、偽距進(jìn)展修正，即所謂的相元間的相位差觀測值對偽距進(jìn)展修正，即所謂的相位平滑偽距差分。位平滑偽距差分。 NoImageNoImage 載波相位差分原理載波相位差分原理 載波相位差分載波相位差分GPS定位與偽距差分定位與偽距差分GPS原理相類原理相類似，其根本思想是：在基準(zhǔn)站上安頓一臺似，其根本思想是：在基準(zhǔn)站上安頓一臺GPS接納接納機(jī)，對衛(wèi)星進(jìn)展延續(xù)觀測，并經(jīng)過無線電傳輸設(shè)備機(jī)，對衛(wèi)星進(jìn)展延續(xù)觀測，并經(jīng)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；用戶站一方面經(jīng)過接納機(jī)接納戶站一方面經(jīng)過接納機(jī)接納GPS衛(wèi)星信號，同時還衛(wèi)星信號，同時還經(jīng)過無

16、線電接納設(shè)備接納基準(zhǔn)站傳送的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)過無線電接納設(shè)備接納基準(zhǔn)站傳送的觀測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實(shí)時地處置數(shù)據(jù)，并能實(shí)然后根據(jù)相對定位原理，實(shí)時地處置數(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)。時地以厘米級的精度給出用戶站的三維坐標(biāo)。NoImageNoImage 載波相位差分原理載波相位差分原理 載波相位差分載波相位差分GPS有兩種定位方法，一種與偽有兩種定位方法，一種與偽距差分一樣，基準(zhǔn)站將載波相位的修正量發(fā)送給用距差分一樣，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)展矯正實(shí)現(xiàn)定位，戶站，以對用戶站的載波相位進(jìn)展矯正實(shí)現(xiàn)定位，該方法稱為修正法。另一種是將基準(zhǔn)

17、站的載波相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)展坐標(biāo)發(fā)送給用戶站，并由用戶站將觀測值求差進(jìn)展坐標(biāo)解算，這種方法稱為求差法。解算，這種方法稱為求差法。 NoImageNoImage最小二乘搜索法最小二乘搜索法 最小二乘模糊度不相關(guān)法最小二乘模糊度不相關(guān)法LAMBDA 模糊度函數(shù)法模糊度函數(shù)法 綜合法綜合法AOTF5、整周未知數(shù)的動態(tài)求解、整周未知數(shù)的動態(tài)求解NoImageNoImage 實(shí)時差分動態(tài)實(shí)時差分動態(tài)Real Time KinematicRTKReal Time KinematicRTK丈量丈量系統(tǒng)，是系統(tǒng)，是GPSGPS丈量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳

18、輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合丈量技術(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)。它是系統(tǒng)。它是GPSGPS丈量技術(shù)開展中的一個新的突破。丈量技術(shù)開展中的一個新的突破。 RTK RTK 丈量技術(shù)，是以載波相位觀丈量為根據(jù)的實(shí)時差丈量技術(shù)，是以載波相位觀丈量為根據(jù)的實(shí)時差分分GPSGPS丈量技術(shù)。丈量技術(shù)。 RTK RTK 丈量技術(shù)是準(zhǔn)動態(tài)丈量技術(shù)與丈量技術(shù)是準(zhǔn)動態(tài)丈量技術(shù)與AROTFAROTF算法和數(shù)據(jù)傳算法和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的，它完全可以到達(dá)輸技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的，它完全可以到達(dá)“精度、速度、實(shí)精度、速度、實(shí)時、可用等各方面的要求。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)、載波相位實(shí)

19、時動態(tài)差分技術(shù) RTKReal Time KinematicGPS技術(shù)技術(shù)NoImageNoImageRTK Real Time Kinametic實(shí)時動態(tài)差分實(shí)時動態(tài)差分 系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成 參考站基準(zhǔn)站參考站基準(zhǔn)站 流動站流動站 數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)鏈 運(yùn)用運(yùn)用NoImageNoImage三、廣域差分三、廣域差分GPSGPS技術(shù)技術(shù) 差分差分GPSGPS系統(tǒng)與單站差分系統(tǒng)與單站差分GPSGPSSRDGPSSRDGPS 部分區(qū)域差分部分區(qū)域差分LADGPSLADGPS 廣域差分廣域差分GPSGPS系統(tǒng)系統(tǒng)WADGPSWADGPS 加強(qiáng)型的差分加強(qiáng)型的差分GPSGPS系統(tǒng)系統(tǒng)NoImageNoImage1

20、、什么是差分、什么是差分GPSDGPS Differential GPS 根本思緒：利用設(shè)于坐標(biāo)知的參考站，計算各類矯根本思緒：利用設(shè)于坐標(biāo)知的參考站，計算各類矯正數(shù)正數(shù) 影響影響GPS丈量定位的誤差丈量定位的誤差NoImageNoImage 誤差的特性誤差的特性 衛(wèi)星軌道誤差：影響大小與測站位置有關(guān)，間隔衛(wèi)星軌道誤差：影響大小與測站位置有關(guān)，間隔 較近時，較近時，影響大小相近誤差的空間位置相關(guān)性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)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大氣折射電離層、對流層折射：影響具有空間位置相關(guān)性關(guān)性 SA：Epsilon可以歸于衛(wèi)星軌道誤差，可以歸于衛(wèi)星軌道誤差，Dither可歸于衛(wèi)星鐘可歸于衛(wèi)星鐘差差 多途徑：與測站有關(guān)，測站間無關(guān)多途徑：與測站有關(guān)，測站間無關(guān)NoImageNoImage 差分差分GPS 基準(zhǔn)站基