第五章-距離測(cè)量與GPS定位1

1、GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用第五章第五章 距離測(cè)量與定位方法距離測(cè)量與定位方法GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用0 GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用一、概述一、概述 1、定位原理：、定位原理： 距離交會(huì)距離交會(huì) 原理：通過(guò)測(cè)定到若干已知點(diǎn)的距離，來(lái)進(jìn)行原理：通過(guò)測(cè)定到若干已知點(diǎn)的距離，來(lái)進(jìn)行定位。定位。 2、進(jìn)行定位的兩個(gè)條件：、進(jìn)行定位的兩個(gè)條件： 測(cè)距信號(hào)測(cè)距信號(hào) 導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文 利用測(cè)距信號(hào)確定站星距離利用測(cè)距信號(hào)確定站星距離 利用導(dǎo)航電文確定衛(wèi)星位置利用導(dǎo)航電文確定衛(wèi)星位置GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量概述概述GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用一、概述一

2、、概述 一個(gè)站星距離一個(gè)站星距離 測(cè)站位于以衛(wèi)星為測(cè)站位于以衛(wèi)星為球心，站星距離為球心，站星距離為半徑的球面上半徑的球面上GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量概述概述GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用一、概述一、概述 兩個(gè)站星距離兩個(gè)站星距離 作兩個(gè)球面作兩個(gè)球面 兩個(gè)球面相交為圓兩個(gè)球面相交為圓 測(cè)站位于圓圈上測(cè)站位于圓圈上GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量概述概述GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用一、概述一、概述 三個(gè)站星距離三個(gè)站星距離 作三個(gè)球面作三個(gè)球面 三個(gè)球面兩兩相交三個(gè)球面兩兩相交于兩點(diǎn)于兩點(diǎn) 測(cè)站位于其中一點(diǎn)測(cè)站位于其中一點(diǎn)GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量概述概述GP

3、S原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用一、概述一、概述 GPS單點(diǎn)定位方法的實(shí)質(zhì)是空間距離后方交單點(diǎn)定位方法的實(shí)質(zhì)是空間距離后方交會(huì)會(huì) 一個(gè)站星距離一個(gè)站星距離 = 球面球面 兩個(gè)站星距離兩個(gè)站星距離 = 圓圓 三個(gè)站星距離三個(gè)站星距離 = 兩點(diǎn)兩點(diǎn) 三個(gè)站星距離三個(gè)站星距離 + 地球地球 = 一點(diǎn)一點(diǎn)GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量概述概述GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用一、概述一、概述GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量概述概述2121211)()()(ZZYYXXRsss2222222)()()(ZZYYXXRsss2323233)()()(ZZYYXXRsss閾值earthRZYX222GP

4、S原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用二、定位方法的分類二、定位方法的分類 1、定位模式分：、定位模式分： 絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位） 相對(duì)定位相對(duì)定位 差分差分GPS定位定位 2、按用戶接收機(jī)在作業(yè)中所處狀態(tài)分：、按用戶接收機(jī)在作業(yè)中所處狀態(tài)分： 靜態(tài)定位天線相對(duì)于地固坐標(biāo)系靜止靜態(tài)定位天線相對(duì)于地固坐標(biāo)系靜止 動(dòng)態(tài)定位天線相對(duì)于地固坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)定位天線相對(duì)于地固坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量定位方法的分類定位方法的分類GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用二、定位方法的分類二、定位方法的分類 3、按照測(cè)距原理分：、按照測(cè)距原理分： 測(cè)距碼偽距法定位測(cè)距碼偽距法定位 載波相位測(cè)量定

5、位載波相位測(cè)量定位 4、按獲得定位結(jié)果的時(shí)效、按獲得定位結(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GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量定位方法的分類定位方法的分類GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念 GPS衛(wèi)星信號(hào)含有多種定位信息，根據(jù)不同衛(wèi)星信號(hào)含有多種定位信息，根據(jù)不同的要求，可以從中獲得不同的觀測(cè)量，其中的要求，可以從中獲得不同的觀測(cè)量，其中主要包括：主要包括： 根據(jù)測(cè)距碼觀測(cè)得出的偽距根據(jù)測(cè)距碼觀測(cè)得出的偽距 根據(jù)載波相位觀測(cè)得出的偽距根據(jù)載波相位觀測(cè)得出的偽距 由積分多普勒計(jì)數(shù)得出的偽距差由積分多普勒計(jì)數(shù)得出的偽距差 由干涉法測(cè)量得出的時(shí)間延遲

6、由干涉法測(cè)量得出的時(shí)間延遲 目前廣泛采用的基本觀測(cè)量主要有兩種，即目前廣泛采用的基本觀測(cè)量主要有兩種，即測(cè)距碼觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量。測(cè)距碼觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念 所謂測(cè)距碼觀測(cè)，所謂測(cè)距碼觀測(cè)，即測(cè)量即測(cè)量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)（碼信號(hào)（C/A碼或碼或P碼），到達(dá)用戶接收機(jī)天線碼），到達(dá)用戶接收機(jī)天線（觀測(cè)站）的傳播時(shí)間，因此這種觀測(cè)方法，也（觀測(cè)站）的傳播時(shí)間，因此這種觀測(cè)方法，也稱為時(shí)間延遲測(cè)量。稱為時(shí)間延遲測(cè)量。 只能用于單點(diǎn)絕

7、對(duì)定位，如只能用于單點(diǎn)絕對(duì)定位，如導(dǎo)航型導(dǎo)航型GPS接收機(jī)。接收機(jī)。 載波相位觀測(cè)，載波相位觀測(cè)，是測(cè)量接收機(jī)接收到具有多普是測(cè)量接收機(jī)接收到具有多普勒頻移的載波信號(hào)，與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信勒頻移的載波信號(hào)，與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)之間的相位差。主要的應(yīng)用是進(jìn)行相對(duì)定位，號(hào)之間的相位差。主要的應(yīng)用是進(jìn)行相對(duì)定位，如測(cè)地型如測(cè)地型GPS接收機(jī)。接收機(jī)。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念 由于載波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于碼的波長(zhǎng)，所以在分辨率由于載波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于碼的波長(zhǎng)，所以在分辨率相同的情況下，載波

8、相位的觀測(cè)精度遠(yuǎn)高于碼相相同的情況下，載波相位的觀測(cè)精度遠(yuǎn)高于碼相位的觀測(cè)精度。位的觀測(cè)精度。 但是載波相位觀測(cè)的主要問(wèn)題是，它無(wú)法直接測(cè)但是載波相位觀測(cè)的主要問(wèn)題是，它無(wú)法直接測(cè)定衛(wèi)星載波信號(hào)在傳播路線上相位變化的整周數(shù)，定衛(wèi)星載波信號(hào)在傳播路線上相位變化的整周數(shù)，因而存在因而存在整周不確定性問(wèn)題整周不確定性問(wèn)題。另外，在接收機(jī)跟。另外，在接收機(jī)跟蹤蹤GPS信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)的過(guò)程中，常常由于多種原因，信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)的過(guò)程中，常常由于多種原因，還可能產(chǎn)生還可能產(chǎn)生整周跳變現(xiàn)象整周跳變現(xiàn)象。這樣一來(lái)，使得數(shù)據(jù)。這樣一來(lái)，使得數(shù)據(jù)處理變得很復(fù)雜。處理變得很復(fù)雜。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量

9、觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念 高精度高精度GPS基線向量的獲取：基線向量的獲?。?將兩臺(tái)將兩臺(tái)GPS接收機(jī)分別安置在兩個(gè)不同接收機(jī)分別安置在兩個(gè)不同的點(diǎn)上，同時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星載波信號(hào)，利用載波的點(diǎn)上，同時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星載波信號(hào)，利用載波相位差分觀測(cè)值，消除或削弱多種誤差的影相位差分觀測(cè)值，消除或削弱多種誤差的影響，從而獲得高精度響，從而獲得高精度GPS基線向量?；€向量。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念 由于全球定位系統(tǒng)采用由于全

10、球定位系統(tǒng)采用單程測(cè)距原理單程測(cè)距原理，所以，要，所以，要準(zhǔn)確地測(cè)定衛(wèi)星至觀測(cè)站的距離，就必須使衛(wèi)星準(zhǔn)確地測(cè)定衛(wèi)星至觀測(cè)站的距離，就必須使衛(wèi)星鐘與用戶接收機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步。但在實(shí)踐中這鐘與用戶接收機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步。但在實(shí)踐中這是難以實(shí)現(xiàn)的。因此，實(shí)際上，通過(guò)上述碼相位是難以實(shí)現(xiàn)的。因此，實(shí)際上，通過(guò)上述碼相位觀測(cè)或載波相位觀測(cè)所確定的衛(wèi)星至觀測(cè)站的距觀測(cè)或載波相位觀測(cè)所確定的衛(wèi)星至觀測(cè)站的距離，都不可避免地會(huì)離，都不可避免地會(huì)含有衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘不同含有衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘不同步的誤差的影響步的誤差的影響。為了與上述的幾何距離相區(qū)別，。為了與上述的幾何距離相區(qū)別，這種含有誤差影響的距離，通常均稱為

11、這種含有誤差影響的距離，通常均稱為“偽距偽距”，并把它視為并把它視為GPS定位的基本觀測(cè)量。定位的基本觀測(cè)量。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念 偽距：偽距：GPS接收機(jī)對(duì)碼的量測(cè)就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)接收機(jī)對(duì)碼的量測(cè)就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘的的距離，由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。 測(cè)碼偽距：測(cè)碼偽距： 由測(cè)距碼觀測(cè)所確定的偽距。由測(cè)距碼觀測(cè)所確定的偽距。 測(cè)相偽距：測(cè)相偽距： 由載波相位觀測(cè)

12、所確定的偽距。由載波相位觀測(cè)所確定的偽距。GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念 接收機(jī)對(duì)跟蹤的每一顆衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距接收機(jī)對(duì)跟蹤的每一顆衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距地心SiPijPj riRjRj = ri +Pij有關(guān)各觀測(cè)量及已知數(shù)據(jù)如下：有關(guān)各觀測(cè)量及已知數(shù)據(jù)如下：r 為已知的衛(wèi)地矢量P為觀測(cè)量（偽距）R為未知的測(cè)站點(diǎn)位矢量GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用三、觀測(cè)量的基本概念三、觀測(cè)量的基本概念GPS定位的方法與觀測(cè)量定位的方法與觀測(cè)量觀

13、測(cè)量的基本概念觀測(cè)量的基本概念接收機(jī)至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號(hào)量測(cè)并計(jì)算得到的接收機(jī)本身按同一結(jié)構(gòu)復(fù)制碼信號(hào)將 接收機(jī)復(fù)制的碼信號(hào) 和 到達(dá)的碼信號(hào) 進(jìn)行比較，確定傳播延遲的時(shí)間t傳播延遲時(shí)間乘以光速就是距離觀測(cè)值=C t衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號(hào)接收機(jī)鐘復(fù)制的碼信號(hào)ttGPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用5.1 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用GPS定位的基本原理定位的基本原理 需解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題 如何確定衛(wèi)星的位置如何確定衛(wèi)星的位置 如何測(cè)量出站星距離如何測(cè)量出站星距離GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用測(cè)距方法測(cè)距方法 雙程測(cè)距雙程測(cè)距用于電磁波測(cè)用于

14、電磁波測(cè)距儀距儀 單程測(cè)距單程測(cè)距用于用于GPS距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 測(cè)距方法測(cè)距方法GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用測(cè)距碼測(cè)距碼C/A碼（測(cè)距時(shí)有模糊度）碼（測(cè)距時(shí)有模糊度）P碼碼距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 測(cè)距碼測(cè)距碼GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用信號(hào)傳播時(shí)間測(cè)距碼測(cè)距原理測(cè)距碼測(cè)距原理 距離測(cè)定的基本思路距離測(cè)定的基本思路 信號(hào)（測(cè)距碼）傳播時(shí)間的測(cè)定信號(hào)（測(cè)距碼）傳播時(shí)間的測(cè)定dtTutTuTRT)()(1相關(guān)系數(shù)：ctc信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)定信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)定距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位

15、 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 測(cè)距碼測(cè)距原理測(cè)距碼測(cè)距原理GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用測(cè)距碼測(cè)距原理測(cè)距碼測(cè)距原理 利用測(cè)距碼測(cè)距的必要條件利用測(cè)距碼測(cè)距的必要條件 必須了解測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)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)利用測(cè)距碼進(jìn)行測(cè)距的優(yōu)點(diǎn) 易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào)易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào) 可提高測(cè)距精度可提高測(cè)距精度 采用的是采用的是CDMA（碼分多址）（碼分多址）技術(shù)技術(shù) 便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理（如（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(hào)的捕獲微弱信號(hào)的捕獲距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位

16、利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 測(cè)距碼測(cè)距原理測(cè)距碼測(cè)距原理GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用偽距測(cè)量的特點(diǎn)偽距測(cè)量的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 無(wú)模糊度無(wú)模糊度 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 精度低精度低距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 偽距測(cè)量的特點(diǎn)偽距測(cè)量的特點(diǎn)GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用GPS測(cè)量的基本觀測(cè)方程測(cè)量的基本觀測(cè)方程距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 GPS測(cè)量的基本觀測(cè)方程測(cè)量的基本觀測(cè)方程SR( )tR( )tS接收機(jī)根據(jù)自身的鐘在 時(shí)刻復(fù)制信號(hào)的相位tR接收機(jī)根據(jù)自身的鐘在 時(shí)刻所接收到衛(wèi)星在時(shí)刻所發(fā)送信號(hào)的相位t

17、RtS tR tSGPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用對(duì)流層折射延對(duì)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)星鐘的改正數(shù)正數(shù)信號(hào)離開信號(hào)離開衛(wèi)星的時(shí)衛(wèi)星的時(shí)刻刻(由衛(wèi)星由衛(wèi)星鐘測(cè)定）鐘測(cè)定）信號(hào)到達(dá)接信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)刻收機(jī)的時(shí)刻（由接收機(jī)（由接收機(jī)鐘測(cè)定）鐘測(cè)定）RSRSsRRStttropiontropionabttabtatbSRtRbtSaSRVcVcVVVVcVcVccVVcttcVtVtttc)()()()()()(故：站星真實(shí)距離：則：；設(shè)：偽距：測(cè)距碼測(cè)距的觀測(cè)方程測(cè)距碼測(cè)距的觀測(cè)方程距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 利用測(cè)

18、距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 測(cè)距碼測(cè)距的觀測(cè)方程測(cè)距碼測(cè)距的觀測(cè)方程GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用222222000000000000()()()()()()()()()()()()()SRiiiiiiiiiontropttiiiiiiiiiiiiiiixXyYzZixXyYzZVVc Vc VxXyYzZxXyYzdXdYdZdXdY 令真實(shí)的站星距離：， 為衛(wèi)星則站星距離的觀測(cè)值：將 用泰勒級(jí)數(shù)展開，保留一階項(xiàng)，有0022200000000000000()()()()()()()()()()()SiRiiiiiiiiiiiiiiiiiionitropitiiiitiZdZxXyYzZX

19、XdXYYdYZZdZxXyYzZlmnLc VVVVl dXmdYndZc VL 其中：；令：；則誤差方程為：偽距測(cè)量的誤差方程偽距測(cè)量的誤差方程距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距 測(cè)距碼測(cè)距的誤差方程測(cè)距碼測(cè)距的誤差方程GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用5.2 載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用衛(wèi)星信號(hào)的結(jié)構(gòu)衛(wèi)星信號(hào)的結(jié)構(gòu)載波相位載波相位測(cè)量測(cè)量概述概述基準(zhǔn)頻率基準(zhǔn)頻率10.23 MHZ C/A碼碼 1.023MHZ P碼碼 10.23 MHZL21227.60 MHZL11575.42 MHZP碼碼 10.23 MHZ數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)碼D碼碼

20、50 BPS數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)碼D碼碼 50 BPS 15412020460010GPS衛(wèi)星信號(hào)示意圖衛(wèi)星信號(hào)示意圖GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用由于載波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于碼長(zhǎng)，由于載波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于碼長(zhǎng)，C/AC/A碼碼元寬度碼碼元寬度293m293m，P P 碼碼元寬度碼碼元寬度29.3m29.3m，而，而L L1 1載波波長(zhǎng)為載波波長(zhǎng)為19.03cm19.03cm， L L2 2載波波長(zhǎng)為載波波長(zhǎng)為24.42cm24.42cm，在分辨率相同的情況下，在分辨率相同的情況下， L L1 1載波的觀測(cè)誤差約為載波的觀測(cè)誤差約為2.0mm2.0mm， L L2 2載波的觀測(cè)誤差載波的觀測(cè)誤差約為約為2.5mm2.5

21、mm。而而C/AC/A碼觀測(cè)精度為碼觀測(cè)精度為2.9m2.9m，P P碼為碼為0.29m0.29m。載波相位觀測(cè)是目前最精確的觀測(cè)方法。載波相位觀測(cè)是目前最精確的觀測(cè)方法。載波相位載波相位測(cè)量測(cè)量概述概述GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用載波相位測(cè)量的特點(diǎn)載波相位測(cè)量的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 精度高，精度高，0.1毫米級(jí)精度毫米級(jí)精度 難點(diǎn)難點(diǎn) 載波重建載波重建 整周未知數(shù)問(wèn)題整周未知數(shù)問(wèn)題 整周跳變問(wèn)題整周跳變問(wèn)題載波相位載波相位測(cè)量測(cè)量概述概述GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 重建載波：重建載波： 在在GPS信號(hào)中，由于已用相位調(diào)整的方法在載信號(hào)中，由于已用相位調(diào)整的方法在載波上調(diào)制了測(cè)距碼和導(dǎo)航電文，因而接收

22、到的波上調(diào)制了測(cè)距碼和導(dǎo)航電文，因而接收到的載波的相位已不再連續(xù)，所以在進(jìn)行載波相位載波的相位已不再連續(xù)，所以在進(jìn)行載波相位測(cè)量之前，首先要進(jìn)行解調(diào)工作，設(shè)法將調(diào)制測(cè)量之前，首先要進(jìn)行解調(diào)工作，設(shè)法將調(diào)制在載波上的測(cè)距碼和衛(wèi)星電文去掉，重新獲取在載波上的測(cè)距碼和衛(wèi)星電文去掉，重新獲取載波，這一工作稱為重建載波。載波，這一工作稱為重建載波。載波相位載波相位測(cè)量測(cè)量概述概述GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波 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)。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)制了電文之后載波調(diào)制了電文之后變成了

23、非連續(xù)的波變成了非連續(xù)的波偽距測(cè)量與載波相位測(cè)量偽距測(cè)量與載波相位測(cè)量距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量 載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用GPS載波相位測(cè)量的基本原理載波相位測(cè)量的基本原理距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量 GPS載波相位測(cè)量的基本原理載波相位測(cè)量的基本原理SR SR)SR( )tR( )tS接收機(jī)根據(jù)自身的鐘在 時(shí)刻復(fù)制信號(hào)的相位tR接收機(jī)根據(jù)自身的鐘在 時(shí)刻所接收到衛(wèi)星在時(shí)刻所發(fā)送信號(hào)的相位tRtS tR tS理想情況理想情況實(shí)際情況實(shí)際情況GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用

24、若衛(wèi)星若衛(wèi)星S S發(fā)出一載波信號(hào)，該信號(hào)向各處傳發(fā)出一載波信號(hào)，該信號(hào)向各處傳播。設(shè)某一瞬間，該信號(hào)在接收機(jī)播。設(shè)某一瞬間，該信號(hào)在接收機(jī)R R處的相位處的相位為為 R R，在衛(wèi)星，在衛(wèi)星S S處的相位為處的相位為 S S。 R R 和和 S S為從為從某一起始點(diǎn)開始計(jì)算的包括整周數(shù)在內(nèi)的載某一起始點(diǎn)開始計(jì)算的包括整周數(shù)在內(nèi)的載波相位，為方便計(jì)，均以周數(shù)為單位。若載波相位，為方便計(jì)，均以周數(shù)為單位。若載波的波長(zhǎng)為波的波長(zhǎng)為 ，則衛(wèi)星，則衛(wèi)星S S至接收機(jī)至接收機(jī)R R間的距離：間的距離： 但因無(wú)法觀測(cè)但因無(wú)法觀測(cè) S S，因此該方法無(wú)法實(shí)施。，因此該方法無(wú)法實(shí)施。Rs載波相位測(cè)量的原理載波相位

25、測(cè)量的原理距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量 GPS載波相位測(cè)量的基本原理載波相位測(cè)量的基本原理GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用載波相位測(cè)量的原理載波相位測(cè)量的原理 如果接收機(jī)的震蕩器能產(chǎn)生一個(gè)頻率與初相和衛(wèi)星如果接收機(jī)的震蕩器能產(chǎn)生一個(gè)頻率與初相和衛(wèi)星載波信號(hào)完全相同的基準(zhǔn)信號(hào)，問(wèn)題即可解決，因載波信號(hào)完全相同的基準(zhǔn)信號(hào)，問(wèn)題即可解決，因?yàn)槿魏我粋€(gè)瞬間在接收機(jī)處的基準(zhǔn)信號(hào)的相位等于為任何一個(gè)瞬間在接收機(jī)處的基準(zhǔn)信號(hào)的相位等于衛(wèi)星處載波信號(hào)的相位。衛(wèi)星處載波信號(hào)的相位。 因而，（因而，（ S - R）等于接收機(jī)產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)的相）等于接收機(jī)產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)的相位和接收到的來(lái)自

26、衛(wèi)星的載波信號(hào)相位之差：位和接收到的來(lái)自衛(wèi)星的載波信號(hào)相位之差： （ S- R）= ( b) - ( a) 因此，根據(jù)某一瞬間的載波相位測(cè)量值可求出該瞬因此，根據(jù)某一瞬間的載波相位測(cè)量值可求出該瞬間從衛(wèi)星到接收機(jī)的距離。間從衛(wèi)星到接收機(jī)的距離。距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量 GPS載波相位測(cè)量的基本原理載波相位測(cè)量的基本原理GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值 跟蹤衛(wèi)星信號(hào)后的首次量測(cè)值假定：假定：a）接收機(jī)跟蹤上衛(wèi)星信號(hào)，接收機(jī)跟蹤上衛(wèi)星信號(hào)，并在并在t0 時(shí)刻進(jìn)行時(shí)刻進(jìn)行首次首次載波相載波相位測(cè)量，位測(cè)量，b） 此時(shí)接收機(jī)所產(chǎn)生的基準(zhǔn)此時(shí)接收機(jī)所

27、產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)的相位為信號(hào)的相位為 0(R)，c）接收到的來(lái)自衛(wèi)星的載波接收到的來(lái)自衛(wèi)星的載波信號(hào)的相位為信號(hào)的相位為 0(S)，d） 0(R)和和 0(S)相位之差是相位之差是由由N0個(gè)整周及不足一整周的個(gè)整周及不足一整周的部分部分F0r( )組成，即組成，即 0(R) - 0(S) = s - R = N0+F0r( ) GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用載波相位觀測(cè)值載波相位觀測(cè)值 觀測(cè)值觀測(cè)值其中：其中： 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(cè)值載波相位觀測(cè)值000( )( )( )( )( )iiiFrIntFrNIntFr以后的觀測(cè)：通常表示為：首次

28、觀測(cè)： Int0NN0Fr0N0Int( )iFrit0tiGPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值 在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，儀器實(shí)際上測(cè)定的只是不足一整在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，儀器實(shí)際上測(cè)定的只是不足一整周的部分周的部分Fr( )。因?yàn)檩d波只是一種單純的正（余）。因?yàn)檩d波只是一種單純的正（余）弦波，不帶有任何識(shí)別標(biāo)記，因而無(wú)法判斷正在弦波，不帶有任何識(shí)別標(biāo)記，因而無(wú)法判斷正在量測(cè)的是第幾周的信號(hào)。量測(cè)的是第幾周的信號(hào)。 于是在載波相位測(cè)量中便出現(xiàn)了一個(gè)整周未知數(shù)于是在載波相位測(cè)量中便出現(xiàn)了一個(gè)整周未知數(shù)N0，需要通過(guò)其他途徑解算出后，需要通過(guò)其他途徑解算出后N0才能求得從衛(wèi)才能求得從衛(wèi)星至接收機(jī)的距離

29、，從而使數(shù)學(xué)處理較偽距測(cè)量星至接收機(jī)的距離，從而使數(shù)學(xué)處理較偽距測(cè)量更為麻煩。更為麻煩。 GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值其余各次量測(cè)值 首次載波相位測(cè)量后，首次載波相位測(cè)量后，以后以后進(jìn)進(jìn)行的實(shí)際量測(cè)值中不僅包含行的實(shí)際量測(cè)值中不僅包含不足一整波段的部分不足一整波段的部分Fir( )，而且包含了整波段數(shù)而且包含了整波段數(shù)Inti( )。GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值根據(jù)上述討論可以看出：根據(jù)上述討論可以看出：載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值由整周部分載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值由整周部分Int( )和不足整周部和不足整周部分分Fr( )組成，首次觀測(cè)值中的組成，首次

30、觀測(cè)值中的Int ( )為零，以后為零，以后Int ( ) 為為整數(shù)。整數(shù)。 只要接收機(jī)保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)跟蹤而不中斷，則在每只要接收機(jī)保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)跟蹤而不中斷，則在每個(gè)載波相位測(cè)量觀測(cè)值都含有相同的整周未知數(shù)個(gè)載波相位測(cè)量觀測(cè)值都含有相同的整周未知數(shù)N0。即每即每個(gè)完整的載波相位觀測(cè)值：個(gè)完整的載波相位觀測(cè)值： =N0+ Int ( )+Fr( ) 如果由于計(jì)數(shù)器無(wú)法連續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)信號(hào)被重新跟蹤后，整如果由于計(jì)數(shù)器無(wú)法連續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)信號(hào)被重新跟蹤后，整周計(jì)數(shù)中將丟失某一量而變得不正確。不足一整周部分由周計(jì)數(shù)中將丟失某一量而變得不正確。不足一整周部分由于是一個(gè)瞬時(shí)觀測(cè)值，因而仍是正確的。

31、這種現(xiàn)象稱整周于是一個(gè)瞬時(shí)觀測(cè)值，因而仍是正確的。這種現(xiàn)象稱整周跳變（簡(jiǎn)稱周跳）或丟失整周（簡(jiǎn)稱失周）。跳變（簡(jiǎn)稱周跳）或丟失整周（簡(jiǎn)稱失周）。 GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用載波相位觀測(cè)方程載波相位觀測(cè)方程 下面討論建立在實(shí)際情況下（下面討論建立在實(shí)際情況下（衛(wèi)星鐘及接收機(jī)鐘衛(wèi)星鐘及接收機(jī)鐘均有誤差，信號(hào)不完全在真空中傳播均有誤差，信號(hào)不完全在真空中傳播）載波相位）載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程。測(cè)量的觀測(cè)方程。 設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為為 a，衛(wèi)星鐘讀數(shù)為，衛(wèi)星鐘讀數(shù)為ta的瞬間，衛(wèi)的瞬間，衛(wèi)星發(fā)出的載波信號(hào)的相位為星發(fā)出的載波信號(hào)的相位為 s (ta) 。 在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間 b接收機(jī)接收到的來(lái)

32、自衛(wèi)星的載波信接收機(jī)接收到的來(lái)自衛(wèi)星的載波信號(hào)的相位為號(hào)的相位為 s (ta)。設(shè)該瞬間接收機(jī)鐘的讀數(shù)為設(shè)該瞬間接收機(jī)鐘的讀數(shù)為Tb，因而由接收機(jī)所產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)的相位為，因而由接收機(jī)所產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)的相位為 R(Tb)。于是有：于是有：GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用0)()(NtTasbRaabtabbtaaTbbVVtVT)(其中鐘差關(guān)系為：對(duì)于穩(wěn)定度較好的震蕩器來(lái)講，當(dāng)時(shí)間有微小的增量t后，該震蕩器產(chǎn)生的信號(hào)的相位滿足下列關(guān)系式： (t+t)= (t)+f*t （其中（其中f f 為信號(hào)頻率為信號(hào)頻率 ）GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用由此，得到載波相位測(cè)量的基本方程：00()()batababt

33、iontropTtffVfVNffVfVNcjttrdrdr=-+-=-+-其中為載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值。上式兩邊同時(shí)乘上 =c/f，則有：GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用將上式和偽距測(cè)量的觀測(cè)方程（ ）進(jìn)行比較： 可以看出，在載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程中，除了增加了整周未知數(shù)N0外，和偽距測(cè)量方程是完全相同的。abiontropTtcVcVrrdrdr=-+-abiontropT0tcVcVNrrrrl=-+-GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用5.3觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型同頻率觀測(cè)值的線性組合同類型同頻率觀測(cè)值的線性組合 同類型不同頻率觀測(cè)值的線性組合同類型不同頻率觀測(cè)值的線性組合 不同類

34、型觀測(cè)值的線性組合不同類型觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用與接收與接收機(jī)無(wú)關(guān)機(jī)無(wú)關(guān)與衛(wèi)星與衛(wèi)星無(wú)關(guān)無(wú)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(shí)間不隨時(shí)間變化變化原始載波相位觀測(cè)值原始載波相位觀測(cè)值mSRmmmLjiktitkiTropLkiIonoLkikiLkitVctVctVtVNtt)()()()()()(距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用GPS測(cè)量中的未知參數(shù)及處理方法測(cè)量中的未知參數(shù)及處理方法 必要參數(shù)和多余參數(shù)必要參數(shù)和多余參數(shù) 必要

35、參數(shù)個(gè)數(shù)少必要參數(shù)個(gè)數(shù)少 多余參數(shù)個(gè)數(shù)很多多余參數(shù)個(gè)數(shù)很多 解決辦法解決辦法 約束條件約束條件消去法消去法 GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合差分觀測(cè)值差分觀測(cè)值 按差分方式可分為按差分方式可分為: 站間差分站間差分 星間差分星間差分 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： 一次差一次差 二次差二次差 三次差三次差距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用概述概述 差分觀測(cè)值的定義差分觀測(cè)值的定義 將相

36、同頻率的將相同頻率的GPS載波相位觀測(cè)值依據(jù)某種方式求差所載波相位觀測(cè)值依據(jù)某種方式求差所獲得的新的組合觀測(cè)值（虛擬觀測(cè)值）獲得的新的組合觀測(cè)值（虛擬觀測(cè)值） 差分觀測(cè)值的特點(diǎn)差分觀測(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)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 站間求差站間求差 衛(wèi)星間求差衛(wèi)星間求差 歷元間求差歷元間求差距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)

37、用站間求差（站間差分）站間求差（站間差分） 求差方式求差方式 同步觀測(cè)值在接收機(jī)間求差同步觀測(cè)值在接收機(jī)間求差 數(shù)學(xué)形式數(shù)學(xué)形式 特點(diǎn)特點(diǎn) 消除了衛(wèi)星鐘差影響消除了衛(wèi)星鐘差影響 削弱了電離層折射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對(duì)流層折射影響 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)()()(,tttIAIBIBA距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用星間求差（星間差分）星間求差（星間差分） 求差方式求差方式 同步觀

38、測(cè)值在衛(wèi)星間求差同步觀測(cè)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) 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)()()(,tttIAJAJIA距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用歷元間求差（歷元間差分）歷元間求差（歷元間差分） 差分方式差分方式 觀測(cè)值在歷元間求差觀測(cè)值在歷元間求差 數(shù)學(xué)形式數(shù)學(xué)形式 特點(diǎn)特點(diǎn) 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歷元間差分：A I(t )-A I(t)i+1iI(t)i)(

39、)(),(11iIAiIAiiIAtttt距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用單差、雙差和三差單差、雙差和三差 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（三三差：站間、星間和歷元間各求一次差（三次差）次差）單差單差雙差雙差三差三差)()()(,tttjAjBjBA)()()(,tttjBAkBAkjBA)()(),(,1,1,ikjBAikjBAiikjBAttt

40、t距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用采用差分觀測(cè)值的缺陷（求差法的缺陷）采用差分觀測(cè)值的缺陷（求差法的缺陷） 數(shù)據(jù)利用率低數(shù)據(jù)利用率低 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引入基線矢量替代了位置矢量 差分觀測(cè)值間具有了相關(guān)性，使處理問(wèn)題復(fù)差分觀測(cè)值間具有了相關(guān)性，使處理問(wèn)題復(fù)雜化雜化 參數(shù)估計(jì)時(shí)，觀測(cè)值的權(quán)陣參數(shù)估計(jì)時(shí)，觀測(cè)值的權(quán)陣 某些參數(shù)無(wú)法求出某些參數(shù)無(wú)法求出 某些信息在差分觀測(cè)值中被消除某些信息在差分觀測(cè)值中被消除距離測(cè)量

41、與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用同類型不同頻率觀測(cè)值的線性組合同類型不同頻率觀測(cè)值的線性組合 L1的特性的特性L2的特性的特性2111L1L11L1101)()()(cm0 .19MHz42.1575154LLLionionLionLLfAcfAfcfAff2222L2L22L2202)()()(cm4 .24MHz60.1227120LLLionionLionLLfAcfAfcfAffsedsNCA28.40距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組

42、合 同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用不同頻率的載波不同頻率的載波(L1,L2)相位觀測(cè)值相位觀測(cè)值 兩個(gè)不同頻率的載波兩個(gè)不同頻率的載波(L1,L2)相位觀測(cè)值間線相位觀測(cè)值間線性組合的一般形式性組合的一般形式 n,m)(,2121,LLLLmnfmfntftmftnftftfccf由于21,LLmnmn距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用mnmnmnmnLLLLLionLionmnionLLmnmnmnL

43、LmnmnfffmfnAmnNmNnNfcfmfnf,2122211221,21,21,)()()()(：相位觀測(cè)值的誤差特性電離層延遲：整周未知數(shù)：波長(zhǎng)：頻率： n,m的特性的特性距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用常見的線性組合常見的線性組合寬巷組合寬巷組合相位觀測(cè)值相位觀測(cè)值 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(cè)量噪聲大測(cè)量噪聲大.cmffffANNNfcffflanewideLLLLlanewideL

44、Llanewidelanewidewide-laneLLlanewideLLlanewide9 .121cm19.86MHz82.3472112212121距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用常見的線性組合常見的線性組合無(wú)電離層折射無(wú)電離層折射的相位觀測(cè)值的相位觀測(cè)值 無(wú)電離層折射的組合（無(wú)電離層折射的組合（iono-free）098368. 154573. 221122212122221212122221211222121LLLLLLLLLLLfreeionoLLL

45、LLLLLLLLfreeionofffffffffffAfffffff距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用不同類型觀測(cè)值的線性組合不同類型觀測(cè)值的線性組合1. 不同類型雙頻觀測(cè)值間的線性組合不同類型雙頻觀測(cè)值間的線性組合2. 不同類型單頻觀測(cè)值間的線性組合不同類型單頻觀測(cè)值間的線性組合距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 觀測(cè)值的線性組合觀測(cè)值的線性組合 不同類型觀測(cè)值的線性組合不同類型觀測(cè)值的線性組合GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用5.4 整周跳變的探測(cè)修復(fù)整周跳變的探測(cè)修

46、復(fù)GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定載波相位載波相位測(cè)量測(cè)量整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定Time (0)模糊度Time (i)模糊度整周計(jì)數(shù)小數(shù)部分1、載波相位觀測(cè)值的組成、載波相位觀測(cè)值的組成GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用一、概述一、概述 前面已經(jīng)介紹，測(cè)站對(duì)某一衛(wèi)星的載波相位前面已經(jīng)介紹，測(cè)站對(duì)某一衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值由三部分組成觀測(cè)值由三部分組成 （1）初始整周未知數(shù)）初始整周未知數(shù)N； （2） t 0至至ti時(shí)刻的整周計(jì)數(shù)時(shí)刻的整周計(jì)數(shù)Int(i) ； （3）相位尾數(shù)）相位尾數(shù)(ti) 若接收機(jī)繼續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，就可以不斷若接收機(jī)繼續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，就可以不斷地測(cè)

47、定地測(cè)定(ti)，并且利用整波計(jì)數(shù)器，并且利用整波計(jì)數(shù)器Int(i)記錄記錄由由t0到到ti時(shí)間內(nèi)的整周變化。時(shí)間內(nèi)的整周變化。kj=N0+Int(i)+ (ti)整周跳變的修復(fù)整周跳變的修復(fù)概述概述GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用二、周跳的概念二、周跳的概念 周跳：周跳： 衛(wèi)星信號(hào)受阻、計(jì)數(shù)器無(wú)法連續(xù)計(jì)數(shù)，整衛(wèi)星信號(hào)受阻、計(jì)數(shù)器無(wú)法連續(xù)計(jì)數(shù)，整周計(jì)數(shù)不正確，但不足一整周的相位觀測(cè)值仍周計(jì)數(shù)不正確，但不足一整周的相位觀測(cè)值仍然正確。稱為周跳。然正確。稱為周跳。 所以，利用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行定位，精所以，利用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行定位，精度要比碼相位測(cè)量定位精度高，只是要解決整度要比碼相位測(cè)量定位精度高，

48、只是要解決整周模糊度和周跳修復(fù)問(wèn)題。周模糊度和周跳修復(fù)問(wèn)題。整周跳變的修復(fù)整周跳變的修復(fù)周跳的概念周跳的概念GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用產(chǎn)生周跳的原因產(chǎn)生周跳的原因 信號(hào)被遮擋，導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法被跟蹤信號(hào)被遮擋，導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法被跟蹤 儀器故障，導(dǎo)致差頻信號(hào)無(wú)法產(chǎn)生儀器故障，導(dǎo)致差頻信號(hào)無(wú)法產(chǎn)生 衛(wèi)星信號(hào)信噪比過(guò)低，導(dǎo)致整周計(jì)數(shù)錯(cuò)誤衛(wèi)星信號(hào)信噪比過(guò)低，導(dǎo)致整周計(jì)數(shù)錯(cuò)誤 接收機(jī)在高速動(dòng)態(tài)的環(huán)境下進(jìn)行觀測(cè)，導(dǎo)致接收機(jī)在高速動(dòng)態(tài)的環(huán)境下進(jìn)行觀測(cè)，導(dǎo)致接收機(jī)無(wú)法正確跟蹤衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)無(wú)法正確跟蹤衛(wèi)星信號(hào) 衛(wèi)星瞬時(shí)故障，無(wú)法產(chǎn)生信號(hào)衛(wèi)星瞬時(shí)故障，無(wú)法產(chǎn)生信號(hào)GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用周跳的特點(diǎn)周跳的特點(diǎn)

49、只影響整周計(jì)數(shù)只影響整周計(jì)數(shù) 周跳為波長(zhǎng)的整數(shù)倍周跳為波長(zhǎng)的整數(shù)倍 將影響從周跳發(fā)生時(shí)刻（歷元）之后的所有將影響從周跳發(fā)生時(shí)刻（歷元）之后的所有觀測(cè)值觀測(cè)值周跳周跳T 周跳將使周跳發(fā)生后的所有觀周跳將使周跳發(fā)生后的所有觀測(cè)值包含相同的整周計(jì)數(shù)錯(cuò)誤測(cè)值包含相同的整周計(jì)數(shù)錯(cuò)誤GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用三、修復(fù)周跳的方法三、修復(fù)周跳的方法 修復(fù)周跳的方法：修復(fù)周跳的方法：屏幕掃描法屏幕掃描法用高次差或多項(xiàng)式擬合法用高次差或多項(xiàng)式擬合法在衛(wèi)星間求差法在衛(wèi)星間求差法用雙頻觀測(cè)值修復(fù)周跳用雙頻觀測(cè)值修復(fù)周跳根據(jù)平差后的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)整周跳變根據(jù)平差后的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)整周跳變整周跳變的修復(fù)整周跳變的修復(fù)修復(fù)

50、周跳的方法修復(fù)周跳的方法GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用周跳的探測(cè)、修復(fù)方法周跳的探測(cè)、修復(fù)方法 屏幕掃描法屏幕掃描法 方法：人工在屏幕上方法：人工在屏幕上觀察觀測(cè)值曲線的變觀察觀測(cè)值曲線的變化是否連續(xù)。化是否連續(xù)。 特點(diǎn)特點(diǎn) 費(fèi)時(shí)、只能發(fā)現(xiàn)大周跳。費(fèi)時(shí)、只能發(fā)現(xiàn)大周跳。 由于原始的載波觀測(cè)值由于原始的載波觀測(cè)值變化很快，通常觀察的變化很快，通常觀察的是某種觀測(cè)值的組合，是某種觀測(cè)值的組合，如如 。2211LLLL距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 周跳的探測(cè)與修復(fù)周跳的探測(cè)與修復(fù) 屏幕掃描法屏幕掃描法GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用周跳的探測(cè)、修復(fù)方法周跳的探測(cè)、修復(fù)方法 高次差法的原理高次差法的原理

51、由于衛(wèi)星和接收機(jī)間的距離在不斷變化，因而由于衛(wèi)星和接收機(jī)間的距離在不斷變化，因而載波相位測(cè)量的觀測(cè)值載波相位測(cè)量的觀測(cè)值N0+Int() +Fr()也隨時(shí)也隨時(shí)間在不斷變化。間在不斷變化。 但這種變化應(yīng)是有規(guī)律的，平滑的。周跳將破但這種變化應(yīng)是有規(guī)律的，平滑的。周跳將破壞這種規(guī)律性。壞這種規(guī)律性。 對(duì)于對(duì)于GPS衛(wèi)星而言，當(dāng)求至四次差時(shí)，其值已衛(wèi)星而言，當(dāng)求至四次差時(shí)，其值已趨向于零。殘留的四次差主要是由接收機(jī)的鐘趨向于零。殘留的四次差主要是由接收機(jī)的鐘誤差等因素引起的。誤差等因素引起的。距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 周跳的探測(cè)與修復(fù)周跳的探測(cè)與修復(fù) 高次差法高次差法GPS原理及應(yīng)用原理

52、及應(yīng)用周跳的探測(cè)、修復(fù)方法周跳的探測(cè)、修復(fù)方法 （續(xù)）（續(xù)） 高次差法高次差法距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 周跳的探測(cè)與修復(fù)周跳的探測(cè)與修復(fù) 高次差法高次差法GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用周跳的探測(cè)、修復(fù)方法周跳的探測(cè)、修復(fù)方法 （續(xù)）（續(xù)） 高次差法的問(wèn)題高次差法的問(wèn)題 接收機(jī)鐘差對(duì)此方法有效性的影響接收機(jī)鐘差對(duì)此方法有效性的影響 克服接收機(jī)鐘差影響的方法克服接收機(jī)鐘差影響的方法 衛(wèi)星間求差衛(wèi)星間求差10911095 101511.57542 10,5 1015 1.57542 1011.8()LLfHz設(shè)接收機(jī)鐘的穩(wěn)定度為，接收機(jī)采樣間隔為秒，對(duì)于 （）則接收機(jī)鐘對(duì)相鄰歷元載波相位觀測(cè)值

53、的影響為周。距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 周跳的探測(cè)與修復(fù)周跳的探測(cè)與修復(fù) 高次差法高次差法GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用周跳的探測(cè)、修復(fù)方法周跳的探測(cè)、修復(fù)方法 （續(xù)）（續(xù)） 高次差法的問(wèn)題高次差法的問(wèn)題 即使發(fā)現(xiàn)相位觀測(cè)值中存在數(shù)周的不規(guī)則變化，即使發(fā)現(xiàn)相位觀測(cè)值中存在數(shù)周的不規(guī)則變化，也很難判斷是否存在周跳。也很難判斷是否存在周跳。 所以雙差觀測(cè)值被廣泛采用。所以雙差觀測(cè)值被廣泛采用。距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 周跳的探測(cè)與修復(fù)周跳的探測(cè)與修復(fù) 高次差法高次差法GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用周跳的探測(cè)、修復(fù)方法周跳的探測(cè)、修復(fù)方法 多項(xiàng)式擬合法：多項(xiàng)式擬合法： 為了便于用計(jì)算機(jī)計(jì)算

54、，常采用多項(xiàng)式擬合的為了便于用計(jì)算機(jī)計(jì)算，常采用多項(xiàng)式擬合的方法。即根據(jù)方法。即根據(jù)n個(gè)相位測(cè)量觀測(cè)值擬合一個(gè)個(gè)相位測(cè)量觀測(cè)值擬合一個(gè)n階階多項(xiàng)式，據(jù)此多項(xiàng)式來(lái)預(yù)估下一個(gè)觀測(cè)值并與多項(xiàng)式，據(jù)此多項(xiàng)式來(lái)預(yù)估下一個(gè)觀測(cè)值并與實(shí)測(cè)值比較，從而來(lái)發(fā)現(xiàn)周跳并修正整周計(jì)數(shù)。實(shí)測(cè)值比較，從而來(lái)發(fā)現(xiàn)周跳并修正整周計(jì)數(shù)。 這種方法實(shí)質(zhì)上和上面介紹的高次差法是相像這種方法實(shí)質(zhì)上和上面介紹的高次差法是相像的，但便于計(jì)算。的，但便于計(jì)算。距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 周跳的探測(cè)與修復(fù)周跳的探測(cè)與修復(fù) 多項(xiàng)式擬合法多項(xiàng)式擬合法GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用周跳的探測(cè)、修復(fù)方法周跳的探測(cè)、修復(fù)方法 （續(xù)）（續(xù)） 多項(xiàng)式

55、擬合法的應(yīng)用特點(diǎn)多項(xiàng)式擬合法的應(yīng)用特點(diǎn) 由于四次差或五次差一般巳呈偶然誤差特性，由于四次差或五次差一般巳呈偶然誤差特性，無(wú)法再用函數(shù)來(lái)加以擬合，所以用多項(xiàng)式擬合無(wú)法再用函數(shù)來(lái)加以擬合，所以用多項(xiàng)式擬合時(shí)通常也只需取至?xí)r通常也只需取至45階即可。階即可。 觀測(cè)值可以是真正的（非差）相位觀測(cè)值，也觀測(cè)值可以是真正的（非差）相位觀測(cè)值，也可以是經(jīng)線性組合后的虛擬觀測(cè)值：?jiǎn)尾钣^測(cè)可以是經(jīng)線性組合后的虛擬觀測(cè)值：?jiǎn)尾钣^測(cè)值和雙差觀測(cè)值。值和雙差觀測(cè)值。距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 周跳的探測(cè)與修復(fù)周跳的探測(cè)與修復(fù) 多項(xiàng)式擬合法多項(xiàng)式擬合法GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用周跳的探測(cè)、修復(fù)方法周跳的探測(cè)、修

56、復(fù)方法 殘差法殘差法 方法方法 根據(jù)平差后的殘差，進(jìn)根據(jù)平差后的殘差，進(jìn)行周跳的探測(cè)與修復(fù)行周跳的探測(cè)與修復(fù) 特點(diǎn)特點(diǎn) 可以發(fā)現(xiàn)小周跳可以發(fā)現(xiàn)小周跳 殘差（周） 時(shí)間 （周） 0.00 100.002 -100.00 SV12-SV15 載波相位雙差觀測(cè)值的殘差圖載波相位雙差觀測(cè)值的殘差圖距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 周跳的探測(cè)與修復(fù)周跳的探測(cè)與修復(fù) 殘差法殘差法GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用5.5 整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定載波相位載波相位測(cè)量測(cè)量整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定Time (0)模糊度Time (i)模糊度整周

57、計(jì)數(shù)小數(shù)部分1、載波相位觀測(cè)值的組成、載波相位觀測(cè)值的組成GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定載波相位載波相位測(cè)量測(cè)量整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定 測(cè)站對(duì)某一衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值由三部分組測(cè)站對(duì)某一衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值由三部分組成成 （1）初始整周未知數(shù)）初始整周未知數(shù)n； （2） t 0至至ti時(shí)刻的整周記數(shù)時(shí)刻的整周記數(shù)Ci； （3）相位尾數(shù)）相位尾數(shù) i 如果信號(hào)沒有失鎖，則每一個(gè)觀測(cè)值包含同如果信號(hào)沒有失鎖，則每一個(gè)觀測(cè)值包含同一個(gè)初始整周未知數(shù)一個(gè)初始整周未知數(shù)n 為了利用載波相位進(jìn)行定位，必須先解算出為了利用載波相位進(jìn)行定位，必須先解算出初始整周未知數(shù)，取

58、得總觀測(cè)值初始整周未知數(shù)，取得總觀測(cè)值n+Ci+ iGPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定載波相位載波相位測(cè)量測(cè)量整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定m精精度度1.000.10 0.01整周未知數(shù)確定后整周未知數(shù)確定前00308025時(shí)間（分）時(shí)間（分）2、初始整周未知數(shù)的確定與定位精度的關(guān)系、初始整周未知數(shù)的確定與定位精度的關(guān)系GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定載波相位載波相位測(cè)量測(cè)量整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定 如果無(wú)法準(zhǔn)確解出初始整周未知數(shù)，則定位精如果無(wú)法準(zhǔn)確解出初始整周未知數(shù)，則定位精度難以優(yōu)于度難以優(yōu)于1m 隨著初始整周未知數(shù)解算精度的提

59、高，定位精隨著初始整周未知數(shù)解算精度的提高，定位精度也相應(yīng)提高度也相應(yīng)提高 一旦初始整周未知數(shù)精確獲得，定位精度不再一旦初始整周未知數(shù)精確獲得，定位精度不再隨時(shí)間延長(zhǎng)而提高隨時(shí)間延長(zhǎng)而提高 經(jīng)典靜態(tài)定位需要經(jīng)典靜態(tài)定位需要30-80分鐘觀測(cè)才能求定初始分鐘觀測(cè)才能求定初始整周未知數(shù)，快速靜態(tài)定位將這個(gè)過(guò)程縮短到整周未知數(shù)，快速靜態(tài)定位將這個(gè)過(guò)程縮短到2-5分鐘分鐘GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定載波相位載波相位測(cè)量測(cè)量整周未知數(shù)的確定整周未知數(shù)的確定 3、整周未知數(shù)的確定方法、整周未知數(shù)的確定方法（1）偽距法）偽距法（2）經(jīng)典方法）經(jīng)典方法整數(shù)解整數(shù)解實(shí)數(shù)解實(shí)數(shù)解（3

60、）多普勒法多普勒法（4）快速確定整周未知數(shù)法快速確定整周未知數(shù)法GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用靜態(tài)相對(duì)定位中常用的幾種方法靜態(tài)相對(duì)定位中常用的幾種方法 待定參數(shù)法待定參數(shù)法-經(jīng)典方法經(jīng)典方法1）取整法）取整法2）置信區(qū)間法）置信區(qū)間法整數(shù)解在置信區(qū)間之內(nèi)。整數(shù)解在置信區(qū)間之內(nèi)。3）模糊函數(shù)法）模糊函數(shù)法距離測(cè)量與距離測(cè)量與GPS定位定位 整周未知數(shù)整周未知數(shù)N0的確定的確定 靜態(tài)相對(duì)定位中常用的幾種方法靜態(tài)相對(duì)定位中常用的幾種方法GPS原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用靜態(tài)相對(duì)定位中常用的幾種方法靜態(tài)相對(duì)定位中常用的幾種方法 一）整數(shù)解一）整數(shù)解 ：基本方法基本方法 1)求初始解求初始解確定基線向量的實(shí)數(shù)解和整