全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(第五次)

1、14.1 利用測距碼測定衛(wèi)地距利用測距碼測定衛(wèi)地距4.2 載波相位測量載波相位測量4.3 觀測值的線性組合觀測值的線性組合4.4 周跳的探測與修復(fù)周跳的探測與修復(fù)4.5 整周模糊度的確定整周模糊度的確定4.6 單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位4.7 相對定位相對定位4.8 差分差分GPS4.9 差分差分GPS的實(shí)際應(yīng)用的實(shí)際應(yīng)用23需解決的兩個關(guān)鍵問題需解決的兩個關(guān)鍵問題l如何確定衛(wèi)星的位置如何確定衛(wèi)星的位置l如何測量出站星距離如何測量出站星距離4雙程測距雙程測距用于電磁波測用于電磁波測距儀距儀單程測距單程測距用于用于GPS5C/A碼（測距時有模糊度）碼（測距時有模糊度）P碼碼6信號傳播時間距離測定的基本思路

2、距離測定的基本思路(p56，P230)信號（測距碼）傳播時間信號（測距碼）傳播時間的測定的測定dtTutTuTRT)()(1相關(guān)系數(shù)：ctc信號傳播時間的測定信號傳播時間的測定t7利用測距碼測距的必要條件利用測距碼測距的必要條件l必須了解測距碼的結(jié)構(gòu)必須了解測距碼的結(jié)構(gòu)利用測距碼進(jìn)行測距的優(yōu)點(diǎn)利用測距碼進(jìn)行測距的優(yōu)點(diǎn)l采用的是采用的是CDMA（碼分多（碼分多址）技術(shù)址）技術(shù)l易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號l可提高測距精度可提高測距精度l便于對系統(tǒng)進(jìn)行控制和管便于對系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理（如理（如AS）每顆每顆GPS衛(wèi)星都采用特定的衛(wèi)星都采用特定的偽隨機(jī)噪聲碼偽隨機(jī)噪聲碼微弱信號的捕獲

3、微弱信號的捕獲8ASlP碼碼+W碼碼Y碼碼lW碼的碼元寬度比碼的碼元寬度比Y碼大幾碼大幾十倍十倍Z跟蹤技術(shù)跟蹤技術(shù)l原理原理l將相關(guān)間隔（積分間隔）將相關(guān)間隔（積分間隔）限定在一個限定在一個W碼碼元內(nèi)碼碼元內(nèi)碼碼碼碼碼元內(nèi)在一個PPYW 0 1 0 0 1 0 0（1） W 碼 0 1 0 0 1 0 P 碼 Y 碼 + = 0 1 0 0 1 0 1（-1） W 碼 1 0 1 1 0 1 P 碼 Y 碼 + = 9優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)l無模糊度無模糊度缺點(diǎn)缺點(diǎn)l精度低精度低1011對流層折射延對流層折射延遲改正遲改正電離層折射延電離層折射延遲改正遲改正接收機(jī)鐘的接收機(jī)鐘的改正數(shù)改正數(shù)衛(wèi)星鐘的改衛(wèi)星鐘的

4、改正數(shù)正數(shù)信號離開信號離開衛(wèi)星的時衛(wèi)星的時刻（由衛(wèi)刻（由衛(wèi)星鐘測定）星鐘測定）信號到達(dá)接信號到達(dá)接收機(jī)的時刻收機(jī)的時刻（由接收機(jī)（由接收機(jī)鐘測定）鐘測定）RSRSsRRStttropiontropionabttabtatbSRtRbtSaSRVcVcVVVVcVcVccVVcttcVtVtttc)()()()()()(故：站星真實(shí)距離：則：；設(shè)：偽距：12222222000000000000()()()()()()()()()()()()()SRiiiiiiiiiontropttiiiiiiiiiiiiiiixXyYzZixXyYzZVVc Vc VxXyYzZxXyYzdXdYdZdXdY

5、令真實(shí)的站星距離：， 為衛(wèi)星則站星距離的觀測值：將 用泰勒級數(shù)展開，保留一階項(xiàng)，有0022200000000000000()()()()()()()()()()()SiRiiiiiiiiiiiiiiiiiionitropitiiiitiZdZxXyYzZXXdXYYdYZZdZxXyYzZlmnLc VVVVl dXmdYndZc VL 其中：；令：；則誤差方程為：1314itjtitijttR(c )2002, 黃勁松15重建載波重建載波l將非連續(xù)的載波信號恢復(fù)成連續(xù)的載波信號。將非連續(xù)的載波信號恢復(fù)成連續(xù)的載波信號。載波調(diào)制了電文之后載波調(diào)制了電文之后變成了非連續(xù)的波變成了非連續(xù)的波偽距測

6、量與載波相位測量偽距測量與載波相位測量1617碼相關(guān)法碼相關(guān)法l方法方法將所接收到的調(diào)制信號（衛(wèi)星信號）將所接收到的調(diào)制信號（衛(wèi)星信號）與接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼相乘。與接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼相乘。l技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)衛(wèi)星信號（弱）與接收機(jī)信號（強(qiáng)）衛(wèi)星信號（弱）與接收機(jī)信號（強(qiáng)）相乘。相乘。l特點(diǎn)特點(diǎn)限制：需要了解碼的結(jié)構(gòu)。限制：需要了解碼的結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全優(yōu)點(diǎn)：可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波長的載波，信號質(zhì)量好（信噪波長的載波，信號質(zhì)量好（信噪比比高）衛(wèi)星信號的生成接收機(jī)重建載波(c )2002, 黃勁松碼相關(guān)法碼相關(guān)法18平方法平方法l方法方法將所接收到的調(diào)制信號（衛(wèi)星信將所接收到的

7、調(diào)制信號（衛(wèi)星信號）自乘。號）自乘。l技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)衛(wèi)星信號（弱）自乘。衛(wèi)星信號（弱）自乘。l特點(diǎn)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無需了解碼的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：無需了解碼的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：無法獲得導(dǎo)航電文，所獲缺點(diǎn)：無法獲得導(dǎo)航電文，所獲載波波長為原來波長的一半，載波波長為原來波長的一半，信號質(zhì)量較差（信噪比低，降信號質(zhì)量較差（信噪比低，降低了低了30dB）平方法平方法1920互相關(guān)（交叉相關(guān)）互相關(guān)（交叉相關(guān)）l方法方法在不同頻率的調(diào)制信號（衛(wèi)星信號）進(jìn)行相關(guān)處理，獲取兩在不同頻率的調(diào)制信號（衛(wèi)星信號）進(jìn)行相關(guān)處理，獲取兩個頻率間的偽距差和相位差個頻率間的偽距差和相位差l技術(shù)要點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)不同頻率的衛(wèi)星信號（弱）進(jìn)行相關(guān)。不同

8、頻率的衛(wèi)星信號（弱）進(jìn)行相關(guān)。l特點(diǎn)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無需了優(yōu)點(diǎn)：無需了Y解碼的結(jié)構(gòu)，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波解碼的結(jié)構(gòu)，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長的載波，信號質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了波長的載波，信號質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了27dB）)()(12/, 12, 1, 2/, 12LLACLLYLYLACLLRRRR21Z跟蹤跟蹤l方法：將衛(wèi)星信號在一個方法：將衛(wèi)星信號在一個W碼碼元內(nèi)與接收碼碼元內(nèi)與接收機(jī)復(fù)制出的機(jī)復(fù)制出的P碼進(jìn)行相關(guān)處理。碼進(jìn)行相關(guān)處理。l在一個在一個W碼碼元內(nèi)進(jìn)行衛(wèi)星信號（弱）與復(fù)碼碼元內(nèi)進(jìn)行衛(wèi)星信號（弱）與復(fù)制信號（強(qiáng)）進(jìn)行相關(guān)。制信號（強(qiáng)）進(jìn)行相關(guān)。l特點(diǎn)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

9、無需了解優(yōu)點(diǎn)：無需了解Y碼結(jié)構(gòu)，可測定雙頻偽距觀測值，碼結(jié)構(gòu)，可測定雙頻偽距觀測值，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長的載波，信號可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長的載波，信號質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了14dB）22itjtitijttR(c )2002, 黃勁松23SR SR)理想情況理想情況實(shí)際情況實(shí)際情況24觀測值觀測值整周計(jì)數(shù)整周計(jì)數(shù)整周未知數(shù)（整周模糊度）整周未知數(shù)（整周模糊度）載波相位觀測值載波相位觀測值)()()()()(000FrIntNFrIntFriii通常表示為：以后的觀測：首次觀測： Int0NN0Fr0N0Int( )iFrit0ti25優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

10、l精度高，測距精度可達(dá)精度高，測距精度可達(dá)0.1mm量級量級難點(diǎn)難點(diǎn)l整周未知數(shù)問題整周未知數(shù)問題l整周跳變問題整周跳變問題26tropiioniiiittiiiiiVVLLcVcVNdZndYmdXlvSR)()(其中：0tropiionttiiiitropiionttiiiVVcVcVNVVcVcVNSRSR)()()(原始形式：原始形式：線性化后：線性化后：tropiionttiiiiiiitropiionttiiiiiiiiVVcVcVNdZZzdYYydXXxVVcVcVNdZzZdYyYdXxXSRSR)()()()()()()()()()(00000000000000誤差方程為：

11、誤差方程為：274.3 觀測值的線性組合觀測值的線性組合28同類型同頻率觀測值的線性組合同類型同頻率觀測值的線性組合同類型不同頻率觀測值的線性組合同類型不同頻率觀測值的線性組合不同類型觀測值的線性組合不同類型觀測值的線性組合29按差分方式可分為按差分方式可分為:l站間差分站間差分l星間差分星間差分l歷元間差分歷元間差分按差分次數(shù)可分為：按差分次數(shù)可分為：l一次差一次差l二次差二次差l三次差三次差30差分觀測值的定義差分觀測值的定義l將相同頻率的將相同頻率的GPS載波相位觀測值依據(jù)某種方式求載波相位觀測值依據(jù)某種方式求差所獲得的新的組合觀測值（虛擬觀測值）差所獲得的新的組合觀測值（虛擬觀測值）差

12、分觀測值的特點(diǎn)差分觀測值的特點(diǎn)l可以消去某些不重要的參數(shù)，或?qū)⒛承Υ_定待定可以消去某些不重要的參數(shù)，或?qū)⒛承Υ_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求差方式l站間求差站間求差l衛(wèi)星間求差衛(wèi)星間求差l歷元間求差歷元間求差31與接收與接收機(jī)無關(guān)機(jī)無關(guān)與衛(wèi)星與衛(wèi)星無關(guān)無關(guān)空間相關(guān)空間相關(guān)性強(qiáng)性強(qiáng)空間相關(guān)空間相關(guān)性強(qiáng)性強(qiáng)不隨時間不隨時間變化變化mSRmmmLjiktitkiTropLkiIonoLkikiLkitVctVctVtVNtt)()()()()()(32求差方式求差方式l同步觀測值在接收機(jī)間求差同步觀測值在接收機(jī)間求差數(shù)學(xué)形式數(shù)學(xué)形

13、式特點(diǎn)特點(diǎn)l消除了衛(wèi)星鐘差影響消除了衛(wèi)星鐘差影響l削弱了電離層折射影響削弱了電離層折射影響l削弱了對流層折射影響削弱了對流層折射影響l削弱了衛(wèi)星軌道誤差的影響削弱了衛(wèi)星軌道誤差的影響ABI站間差分：B I-A I)()()(,tttIAIBIBA33求差方式求差方式l同步觀測值在衛(wèi)星間求差同步觀測值在衛(wèi)星間求差數(shù)學(xué)形式數(shù)學(xué)形式特點(diǎn)特點(diǎn)l消除了接收機(jī)鐘差的影響消除了接收機(jī)鐘差的影響AI星間差分：A J-A IJJ為參考星)()()(,tttIAJAJIA34差分方式差分方式 l觀測值在間歷元求差觀測值在間歷元求差數(shù)學(xué)形式數(shù)學(xué)形式特點(diǎn)特點(diǎn)l消去了整周未知數(shù)參數(shù)消去了整周未知數(shù)參數(shù)AI(t )i+1

14、歷元間差分：A I(t )-A I(t)i+1iI(t)i)()(),(11iIAiIAiiIAtttt35單差：站間一次差分單差：站間一次差分雙差：站間、星間各求一次差（共兩次差）雙差：站間、星間各求一次差（共兩次差）三差：站間、星間和歷元間各求一次差三差：站間、星間和歷元間各求一次差（三次差）（三次差）單差單差雙差雙差三差)()()(,tttjAjBjBA)()()(,tttjBAkBAkjBA)()(),(,1,1,ikjBAikjBAiikjBAtttt36數(shù)據(jù)利用率低數(shù)據(jù)利用率低l只有同步數(shù)據(jù)才能進(jìn)行差分只有同步數(shù)據(jù)才能進(jìn)行差分 引入基線矢量替代了位置矢量差分觀測值間引入基線矢量替代

15、了位置矢量差分觀測值間具有了相關(guān)性，使處理問題復(fù)雜化具有了相關(guān)性，使處理問題復(fù)雜化l參數(shù)估計(jì)時，觀測值的權(quán)重參數(shù)估計(jì)時，觀測值的權(quán)重某些參數(shù)無法求出某些參數(shù)無法求出l某些信息在差分觀測值中被消除某些信息在差分觀測值中被消除37L1的特性的特性L2的特性的特性2111L1L11L1101)()()(cm0 .19MHz42.1575154LLLionionLionLLfAcfAfcfAff2222L2L22L2202)()()(cm4 .24MHz60.1227120LLLionionLionLLfAcfAfcfAffsedsNCA28.4038兩個不同頻率的載波兩個不同頻率的載波(L1,L2)

16、相位觀測值間相位觀測值間線性組合的一般形式線性組合的一般形式 n,m)(,2121,LLLLmnfmfntftmftnftftfccf由于21,LLmnmn39mnmnmnmnLLLLLionLionmnionLLmnmnmnLLmnmnfffmfnAmnNmNnNfcfmfnf,2122211221,21,21,)()()()(：相位觀測值的誤差特性電離層延遲：整周未知數(shù)：波長：頻率：40寬巷組合（寬巷組合（wide-lane）(n=1, m=-1)*利于求解模糊度利于求解模糊度,測量噪聲大測量噪聲大.cmffffANNNfcffflanewideLLLLlanewideLLlanewide

17、lanewidewide-laneLLlanewideLLlanewide9 .121cm19.86MHz82.347211221212141無電離層折射的組合（無電離層折射的組合（iono-free）098368. 154573. 221122212122221212122221211222121LLLLLLLLLLLfreeionoLLLLLLLLLLLfreeionofffffffffffAfffffff42不同類型雙頻觀測值間的線性組合不同類型雙頻觀測值間的線性組合不同類型單頻觀測值間的線性組合不同類型單頻觀測值間的線性組合4312122211112222APfAPfANcfANcf2

18、212122212121212121111ffPPAf fAcffNN 44221212221222111222221212121212121212121212121111f fAPPffffPPffffANNcffffPPNNff 代入：得：4512121212121212121 122120ccfffffPPNNfff Pf PNff 即為寬巷觀測值。將代入：得：46221211221122221212112211221211220IIffANNffPPNNLLPPNN 此外，還可做變化：令，并將其稱為電離層殘差組合，則有471112111111112111/2/222AAPNfcfAAP

19、NcffPN 整理后得：484.6單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位4.7相對定位相對定位4950定位模式定位模式l絕對定位（單點(diǎn)定位）絕對定位（單點(diǎn)定位）l相對定位相對定位l差分定位差分定位定位時接收機(jī)天線的運(yùn)動狀態(tài)定位時接收機(jī)天線的運(yùn)動狀態(tài)l靜態(tài)定位天線相對于地固坐標(biāo)系靜止靜態(tài)定位天線相對于地固坐標(biāo)系靜止l動態(tài)定位天線相對于地固坐標(biāo)系運(yùn)動動態(tài)定位天線相對于地固坐標(biāo)系運(yùn)動獲得定位結(jié)果的時效獲得定位結(jié)果的時效l事后定位事后定位l實(shí)時定位實(shí)時定位觀測值類型觀測值類型l偽距測量偽距測量l載波相位測量載波相位測量51定義定義l單獨(dú)利用一臺接收機(jī)確定待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中絕對單獨(dú)利用一臺接收機(jī)確定待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中絕對

20、位置的方法位置的方法定位結(jié)果與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的絕對坐標(biāo)定位結(jié)果與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的絕對坐標(biāo)l采用廣播星歷時屬采用廣播星歷時屬WGS-84l采用采用IGS International GPS Service精密星歷時為精密星歷時為ITRF International Terrestrial Reference Frames特點(diǎn)特點(diǎn)l優(yōu)點(diǎn)：一臺接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測簡單，可瞬時定位優(yōu)點(diǎn)：一臺接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測簡單，可瞬時定位l缺點(diǎn)：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低缺點(diǎn)：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域l低精度導(dǎo)航、資源普查、軍事、低精度導(dǎo)航、資源普查、軍事、.

21、52對于衛(wèi)星對于衛(wèi)星i，在某一個歷元的誤差方程為，在某一個歷元的誤差方程為itropiionitiitiiiiVVVcVcdZndYmdXlVSR)()()(0534)()()()()(.)()()()()()(1.11.)()()(.)()()()()()(2011020222210111122211121022222022221111101111nVVVcVVVcVVVccVdZdYdXnmlnmlnmlVVVVVVcVcdZndYmdXlVVVVcVcdZndYmdXlVVVVcVcdZndYmdXlVnntropnionntntropionttropionttnnnnntropnion

22、ntnntnnnntropiontttropionttSSSRSRSRSRVVQDBBQlBBBxlxBVlBxVT0TTT；用矩陣形式表示：單點(diǎn)定位有單點(diǎn)定位有4個待定參數(shù)，個待定參數(shù)，因而至少需因而至少需要同時觀測要同時觀測4顆以上的衛(wèi)顆以上的衛(wèi)星，才能同星，才能同時確定出所時確定出所有的待定參有的待定參數(shù)。數(shù)。對在某歷元同時觀測的對在某歷元同時觀測的n顆衛(wèi)星，其誤差方顆衛(wèi)星，其誤差方程及位置解為程及位置解為54DOP（Dilution of Precision）lGDOP Geometry Dilution of PrecisionlPDOP Position Dilution of P

23、recisionlTDOP Time Dilution of PrecisionlHDOP Horizontal Dilution of PrecisionlVDOP Vertical Dilution of Precision,XXXYXZXtYXYYYZYtZXZYZZZttXtYtZttXXYYZZttXXYYZZttNNEEUUqqqqqqqqqqqqqqqqGDOPqqqqPDOPqqqTDOPqHDOPqqVDOPqN E UQ其中：為站心地平坐標(biāo)系下的坐標(biāo)分量。DOP值的定義值的定義55DOP值與定位精度值與定位精度DOP值的性質(zhì)值的性質(zhì)lDOP值與單點(diǎn)定位時，所觀測衛(wèi)星的數(shù)量與

24、值與單點(diǎn)定位時，所觀測衛(wèi)星的數(shù)量與分布有關(guān)，它所表示的是定位的幾何條件分布有關(guān)，它所表示的是定位的幾何條件lDOP值越小，定位的幾何條件越好值越小，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。561-sigma 誤差，單位 m 誤差來源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 2.0 0.7 2.1 電離層 4.0 0.5 4.0 對流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測 0.5 0.2 0.5 用戶等效距離誤差(UERE), rms 5.1 1.4 5.3 濾波后的 UERE，r

25、ms 5.1 0.4 5.1 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5 12.8 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 10.2 SPS 誤差模型 無 SA 571-sigma 誤差，單位 m 誤差來源 偏差 隨機(jī)誤差 總誤差 星歷數(shù)據(jù) 2 .1 0.0 2.1 衛(wèi)星鐘 2.0 0.7 2.1 電離層 1.0 0.7 1.2 對流層 0.5 0.5 0.7 多路徑 1.0 1.0 1.4 接收機(jī)觀測 0.5 0.2 0.5 用戶等效距離誤差(UERE), rms 3.3 1.5 3.6 濾波后的 UERE，rms 3.3 0.4 3.3 1-sigma 垂直誤差VDOP = 2.5

26、 8.3 1-sigma 水平誤差HDOP = 2.0 6.6 PPS 誤差模型，雙頻，P/Y 碼 58對于衛(wèi)星對于衛(wèi)星i，誤差方程為，誤差方程為0()()()RSiiiitiiiiionitropitVl dXmdYndZc VNc VVV 59若在若在k個歷元里每歷元均觀測了個歷元里每歷元均觀測了n顆相同的顆相同的衛(wèi)星，則誤差方程衛(wèi)星，則誤差方程kntropknionkntnknnktknknknknntropnionntnnntnnnnntropnionntnntnnnnntropnionntnnntnnnntropionttVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmd

27、XlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVSRSRSRSRSR)()()(.)()()(.)()()()()()(.)()()(20222220222221111101211110111111011111160；用矩陣形式表示：TnktttknknknnnnnnnnnnknNNNVcVcVcdZdYdXnmlnmlnmlnmlnmlnmlVVVRRR.001.00.000.10.000.01.0.00.010.00.01.212122211122211121xBVlBxV61nkknVVVcVVVcVVVcVVV

28、cVVVcVVVcknkntropknionkntknnntropnionntnnntropnionntnnntropnionntntropionttropiontSSSSSS3)()(;)()()(.)()()(.)()()()()()(.)()()()()()(201102022221011110202222101111VVQDBBQlBBBxlT0TTT；解為：假定在假定在k個歷元中連續(xù)個歷元中連續(xù)對對n顆衛(wèi)星進(jìn)行了觀測，顆衛(wèi)星進(jìn)行了觀測，則通常有則通常有3+k+n個待個待定參數(shù)（定參數(shù)（3個位置參數(shù)、個位置參數(shù)、k個整周模糊度參數(shù)和個整周模糊度參數(shù)和n個接收機(jī)鐘差參數(shù)），個接收機(jī)鐘差參

29、數(shù)），因而，僅采用載波相因而，僅采用載波相位觀測值無法實(shí)現(xiàn)瞬位觀測值無法實(shí)現(xiàn)瞬時單點(diǎn)定位。時單點(diǎn)定位。62衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷l精密星歷精密星歷衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差l精密鐘差、地面跟蹤精密鐘差、地面跟蹤電離層延遲電離層延遲l雙頻改正雙頻改正對流層延遲對流層延遲l模型改正模型改正63精密單點(diǎn)定位精密單點(diǎn)定位lPPP Precise Point Positioningl特點(diǎn)特點(diǎn)主要觀測值為載波相位主要觀測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l定位精度定位精度亞分米級亞分米級l用途用途全球高精度測量全球高精度測量衛(wèi)星定軌衛(wèi)星定軌6465定義定義l確定進(jìn)

30、行同步觀測的接收機(jī)之間相對位確定進(jìn)行同步觀測的接收機(jī)之間相對位置的定位方法，稱為相對定位。置的定位方法，稱為相對定位。定位結(jié)果定位結(jié)果l與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的基線向量與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的基線向量（坐標(biāo)差）及其精度信息（坐標(biāo)差）及其精度信息采用廣播星歷時屬采用廣播星歷時屬WGS-84采用采用IGS International GPS Service精密星歷精密星歷時為時為ITRF International Terrestrial Reference Framel基線向量中含有：基線向量中含有：2個方位基準(zhǔn)（一個個方位基準(zhǔn)（一個水平方法，一個垂直方位）和水平方法，一個垂直方位）和1個尺度個

31、尺度基準(zhǔn)，不含有位置基準(zhǔn)基準(zhǔn)，不含有位置基準(zhǔn)66特點(diǎn)特點(diǎn)l優(yōu)點(diǎn)：定位精度高優(yōu)點(diǎn)：定位精度高l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：多臺接收共同作業(yè)，作業(yè)復(fù)雜多臺接收共同作業(yè)，作業(yè)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理復(fù)雜數(shù)據(jù)處理復(fù)雜不能直接獲取絕對坐標(biāo)不能直接獲取絕對坐標(biāo)應(yīng)用應(yīng)用l高精度測量定位及導(dǎo)航高精度測量定位及導(dǎo)航相對定位相對定位67非差觀測方程非差觀測方程單差觀測方程單差觀測方程雙差觀測方程雙差觀測方程.)()()()()()()()(00kjtropkjionkjktjtkjjkjjkjjkjkjkjkitropkiionkiktitkiikiikiikikikiVVcVcVNdZndYmdXlvVVcVcVNdZndYmdXlvSR

32、SRkjitropkjiionkjijitkjijikjijikjijikjikjikjikikjkikjkikikjkjVVcVNdZndYmdXlvvvvvR,0,)()()()()(lkjitroplkjiionlkjilkjijilkjijilkjijilkjilkjilkjikjikjiljiljiVVNdZndYmdXlvvv,0,)()()()()(kikjkjiOOO,kjiljilkjiOOO,68衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星軌道誤差 削弱削弱衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差 消除消除大氣折射誤差大氣折射誤差 削弱削弱接收機(jī)鐘差接收機(jī)鐘差 消除消除接收機(jī)天線相位中心偏差和變化接收機(jī)天線相位中心偏差和變化

33、 消除消除為基線長度誤差。為基線長度；上的投影；為軌道誤差在站星徑向?yàn)檎拘蔷嚯x；其中：DDDD4110169靜態(tài)定位靜態(tài)定位l普通靜態(tài)定位普通靜態(tài)定位l快速靜態(tài)定位快速靜態(tài)定位Go and Stop快速確定整周未知數(shù)快速確定整周未知數(shù)動態(tài)定位動態(tài)定位l動態(tài)定位中整周未知數(shù)的確定動態(tài)定位中整周未知數(shù)的確定靜態(tài)初始化靜態(tài)初始化動態(tài)初始化（動態(tài)初始化（OTF）l實(shí)時動態(tài)定位（實(shí)時動態(tài)定位（RTK Real Time Kinematic）單基準(zhǔn)站單基準(zhǔn)站RTK多基準(zhǔn)站多基準(zhǔn)站RTK（網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)RTK）70Real Time Kinematic71 4.8 差分差分GPS 72差分差分GPS產(chǎn)生的原因：

34、產(chǎn)生的原因：絕對定位精度不能絕對定位精度不能滿足要求滿足要求lGPS絕對定位的精度絕對定位的精度受多種誤差因素的影受多種誤差因素的影響，不能完全滿足某響，不能完全滿足某些特殊應(yīng)用的要求些特殊應(yīng)用的要求l美國的美國的GPS政策對政策對GPS絕對定位精度的絕對定位精度的影響（選擇可用性影響（選擇可用性SA）SA關(guān)閉前后關(guān)閉前后GPS絕對定位精度的變化絕對定位精度的變化73差分差分GPS（DGPS Differential GPS）l利用設(shè)置在坐標(biāo)已知的點(diǎn)（基準(zhǔn)站）上的利用設(shè)置在坐標(biāo)已知的點(diǎn)（基準(zhǔn)站）上的GPS接收機(jī)測定接收機(jī)測定GPS測量定位誤差，用以提測量定位誤差，用以提高在一定范圍內(nèi)其它高在一

35、定范圍內(nèi)其它GPS接收機(jī)（流動站）接收機(jī)（流動站）測量定位精度的方法測量定位精度的方法RTCM-104格式格式74主要誤差主要誤差l衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星軌道誤差l衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差l大氣延遲（對流層延遲、對流層延遲）大氣延遲（對流層延遲、對流層延遲）l多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng)對定位精度的影響對定位精度的影響。通常大于等效距離誤差定位精度1PDOPPDOP75誤差的空間相關(guān)性誤差的空間相關(guān)性l以上各類誤差中除多路徑效應(yīng)均具有較強(qiáng)的空間相以上各類誤差中除多路徑效應(yīng)均具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性，從而定位結(jié)果也有一定的空間相關(guān)性。關(guān)性，從而定位結(jié)果也有一定的空間相關(guān)性。差分差分GPS的基本原理的基本原理l利用基準(zhǔn)站（

36、設(shè)在坐標(biāo)精確已知的點(diǎn)上）測定具有利用基準(zhǔn)站（設(shè)在坐標(biāo)精確已知的點(diǎn)上）測定具有空間相關(guān)性的誤差或其對測量定位結(jié)果的影響，供空間相關(guān)性的誤差或其對測量定位結(jié)果的影響，供流動站改正其觀測值或定位結(jié)果流動站改正其觀測值或定位結(jié)果差分改正數(shù)的類型差分改正數(shù)的類型l距離改正數(shù)：利用基準(zhǔn)站坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷可計(jì)算出距離改正數(shù)：利用基準(zhǔn)站坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷可計(jì)算出站星間的計(jì)算距離，計(jì)算距離減去觀測距離即為距站星間的計(jì)算距離，計(jì)算距離減去觀測距離即為距離改正數(shù)。離改正數(shù)。l位置（坐標(biāo)改正數(shù)）改正數(shù)：基準(zhǔn)站上的接收機(jī)對位置（坐標(biāo)改正數(shù)）改正數(shù)：基準(zhǔn)站上的接收機(jī)對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測，確定出測站的觀測坐標(biāo)，測站衛(wèi)星進(jìn)行觀測，

37、確定出測站的觀測坐標(biāo)，測站的已知坐標(biāo)與觀測坐標(biāo)之差即為位置的改正數(shù)。的已知坐標(biāo)與觀測坐標(biāo)之差即為位置的改正數(shù)。7677根據(jù)時效性根據(jù)時效性l實(shí)時差分實(shí)時差分l事后差分事后差分根據(jù)觀測值類型根據(jù)觀測值類型l偽距差分偽距差分l載波相位差分載波相位差分根據(jù)差分改正數(shù)根據(jù)差分改正數(shù)l位置差分（坐標(biāo)差分）位置差分（坐標(biāo)差分）l距離差分距離差分根據(jù)工作原理和差分模型根據(jù)工作原理和差分模型l局域差分（局域差分（LADGPS Local Area DGPS）單基準(zhǔn)站差分單基準(zhǔn)站差分多基準(zhǔn)站差分多基準(zhǔn)站差分l廣域差分（廣域差分（WADGPS Wide Area DGPS）位置差分位置差分距離差分距離差分距距離離

38、改改正正坐坐標(biāo)標(biāo)改改正正78位置差分位置差分l差分改正計(jì)算的數(shù)學(xué)模型簡單差分改正計(jì)算的數(shù)學(xué)模型簡單l差分?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量少差分?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量少l基準(zhǔn)站與流動站要求觀測完全相同的一組衛(wèi)星基準(zhǔn)站與流動站要求觀測完全相同的一組衛(wèi)星距離差分距離差分l差分改正計(jì)算的數(shù)學(xué)模型較復(fù)雜差分改正計(jì)算的數(shù)學(xué)模型較復(fù)雜l差分?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較多差分?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較多l(xiāng)基準(zhǔn)站與流動站不要求觀測完全相同的一組衛(wèi)基準(zhǔn)站與流動站不要求觀測完全相同的一組衛(wèi)星星79結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)l基準(zhǔn)站（一個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶基準(zhǔn)站（一個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計(jì)算方法）數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計(jì)算方法）l提供距離改正和距離改正的變率提供距離

39、改正和距離改正的變率特點(diǎn)特點(diǎn)l優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)、模型簡單優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)、模型簡單l缺點(diǎn)：差分范圍小，精度隨距基準(zhǔn)站距離的增加而缺點(diǎn)：差分范圍小，精度隨距基準(zhǔn)站距離的增加而下降，可靠性低下降，可靠性低的變率。為距離改正數(shù)為距離改正數(shù)；dtdVVtdtdVtVttVii)()(基準(zhǔn)基準(zhǔn)站站數(shù)據(jù)通數(shù)據(jù)通訊鏈訊鏈流動站流動站（用戶）（用戶）80結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)l基準(zhǔn)站（多個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶基準(zhǔn)站（多個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計(jì)算方法）數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計(jì)算方法）l加權(quán)平均加權(quán)平均l偏導(dǎo)數(shù)法偏導(dǎo)數(shù)法l最小方差法最小方差法特點(diǎn)特點(diǎn)l優(yōu)點(diǎn)：差分精度高、可靠性高，差分范圍增大優(yōu)點(diǎn)：差分精度高、可靠性高

40、，差分范圍增大l缺點(diǎn)：差分范圍仍然有限，模型不完善缺點(diǎn)：差分范圍仍然有限，模型不完善多基準(zhǔn)站差分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多基準(zhǔn)站差分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)81結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)l基準(zhǔn)站（多個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶基準(zhǔn)站（多個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計(jì)算方法）數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計(jì)算方法）l與普通差分不相同與普通差分不相同普通差分是考慮的是誤差的綜合影響普通差分是考慮的是誤差的綜合影響廣域差分對各項(xiàng)誤差加以分離，建立各自的改正模型廣域差分對各項(xiàng)誤差加以分離，建立各自的改正模型l用戶根據(jù)自身的位置，對觀測值進(jìn)行改正用戶根據(jù)自身的位置，對觀測值進(jìn)行改正特點(diǎn)特點(diǎn)l優(yōu)點(diǎn)：差分精度高、差分精度與距離無關(guān)、差分范優(yōu)點(diǎn)：差分精度高

41、、差分精度與距離無關(guān)、差分范圍大圍大l缺點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建設(shè)費(fèi)用高缺點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建設(shè)費(fèi)用高82增強(qiáng)型系統(tǒng)增強(qiáng)型系統(tǒng)l特點(diǎn)特點(diǎn)偽衛(wèi)星技術(shù)偽衛(wèi)星技術(shù)衛(wèi)星通訊技術(shù)衛(wèi)星通訊技術(shù)l類型類型LAAS Local Area Augmentation System采用地基偽衛(wèi)星采用地基偽衛(wèi)星WAAS Wide Area Augmentation System采用空基偽衛(wèi)星采用空基偽衛(wèi)星采用通訊衛(wèi)星發(fā)送差分改正數(shù)采用通訊衛(wèi)星發(fā)送差分改正數(shù)WAAS83網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RTKl作業(yè)模型類似作業(yè)模型類似RTKl原理原理利用基準(zhǔn)站網(wǎng)計(jì)算出用戶附近某點(diǎn)（虛擬參考站）利用基準(zhǔn)站網(wǎng)計(jì)算出用戶附近某點(diǎn)（虛擬參考站）各項(xiàng)誤差改正

42、，再將它們加到利用虛擬參考站坐各項(xiàng)誤差改正，再將它們加到利用虛擬參考站坐標(biāo)和衛(wèi)星坐標(biāo)所計(jì)算出的距離之上，得出虛擬參標(biāo)和衛(wèi)星坐標(biāo)所計(jì)算出的距離之上，得出虛擬參考站上的虛擬觀測值，將其發(fā)送給用戶，進(jìn)行實(shí)考站上的虛擬觀測值，將其發(fā)送給用戶，進(jìn)行實(shí)時相對定位。時相對定位。l特點(diǎn)特點(diǎn)精度和可靠性高精度和可靠性高84網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RTK854.9 差分差分GPS的實(shí)際應(yīng)用的實(shí)際應(yīng)用868788差分改正信息概略位置數(shù)據(jù)處理與控制中心GPS基準(zhǔn)站AGPS基準(zhǔn)站B GPS基準(zhǔn)站子C用戶移動站用戶移動站891、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，解算高效可靠、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，解算高效可靠902 2、更大的覆蓋范圍：、更大的覆蓋范圍：基站間

43、距離最長可達(dá)基站間距離最長可達(dá)120km,120km,更少的基站覆蓋更大的面積更少的基站覆蓋更大的面積91WWW.SURVEYSTAR.COM.CN3 3、更高質(zhì)量的定位結(jié)果：、更高質(zhì)量的定位結(jié)果：2 23cm 3cm 且分布均勻，克服傳統(tǒng)方式隨基線增長衰減的缺點(diǎn)且分布均勻，克服傳統(tǒng)方式隨基線增長衰減的缺點(diǎn)東南大學(xué)3S技術(shù)研發(fā)中心9293中等精度外業(yè)調(diào)查中等精度外業(yè)調(diào)查設(shè)備（夏季型）設(shè)備（夏季型） 高等精度外高等精度外業(yè)調(diào)查設(shè)備業(yè)調(diào)查設(shè)備 中等精度外業(yè)調(diào)中等精度外業(yè)調(diào)查設(shè)備（冬季型）查設(shè)備（冬季型） 系統(tǒng)接入界面系統(tǒng)接入界面 949596高等精度外高等精度外業(yè)調(diào)查設(shè)備業(yè)調(diào)查設(shè)備 中等精度外中等精度外業(yè)調(diào)查設(shè)備業(yè)調(diào)查設(shè)備97GPSGPS單基站實(shí)時差分單基站實(shí)時差分GPSGPS網(wǎng)絡(luò)差分網(wǎng)絡(luò)差分GP