衛(wèi)星定位原理二課件

1、回顧:偽距測量載波相位測量GPS定位原理絕對定位原理相對定位原理一、偽距測量觀測方程二、載波相位測量觀測方程 = i( ti ) j( tj )因為: tj = tj(GPS) -tj ， ti = ti(GPS) -ti 所以: = iti(GPS) -ti jtj(GPS) -tj 一般情況下有:(t+t) = (t) f t 而且 ti(GPS) = tj(GPS) t 所以:(ti(GPS) ) = j(tj(GPS) ) f t - ti(GPS) jtj(GPS) = f t = ti(GPS) f ti(jtj(GPS) - f tj) =ft f ti f tj 又因為:t =

2、C-1 Iij (t) Tij (t) 所以: =fC-1 Iij (t) Tij (t) f tjf ti 載波相位觀測方程：ij =fC-1 Iij (t) Tij (t) f tjf ti +N0j (t0)+Int()站星距離星鐘誤差機鐘誤差電離層改正對流層改正初始整周未知數(shù)整周數(shù)的變化量初始整周未知數(shù)N0的確定1、偽距法 在進行載波相位測量的同時也進行偽距測量，則將偽距測量所獲得的偽距觀測值減去載波相位測量觀測值中不足一周的部分和整周變化量部分（假設(shè)他們都已經(jīng)轉(zhuǎn)化為距離的單位）后即等于 N0 = = ( ) )(0jjIntN+D2、將N0視為平差中的待定參數(shù)來求解 N0的取值: 實

3、數(shù) 湊整 整數(shù) 實數(shù)解 整數(shù)解。3、多普勒法（三差法） 利用測站、衛(wèi)星和歷元間求三差的方法來解算坐標未知參數(shù)，將其作為未知數(shù)的初始值代入雙差模型再求解整周未知數(shù)。整周跳變的修復(fù):1、整周跳變: 信號失鎖：由于某些原因?qū)е翯PS信號被 暫時阻斷的情況被稱為信號失鎖。 整周跳變( 周跳 )：由于某種原因，接收機整波計數(shù)器在一段時間內(nèi)記錄下來的整周數(shù)的變化量產(chǎn)生錯誤，即錯誤地記錄了整周數(shù)的變化量。這種現(xiàn)象被稱為整周跳變。2、整周跳變（ Int()有誤差）產(chǎn)生的原因:1).衛(wèi)星信號發(fā)生失鎖。2).接收機振蕩器的故障。3).外界信號的干擾。*3、整周跳變的修復(fù): 整周跳變的修復(fù)：是指利用一定的方法探測出

4、在何時產(chǎn)生了整周跳變，采取相應(yīng)的模型確定丟失的整周數(shù)，將其恢復(fù)成為正確的計數(shù)，這一過程成為整周跳變的修復(fù)。修復(fù)方法：1)、屏幕掃描法(Int()的變化率應(yīng)呈連續(xù)性) 。2)、用高次差或多項式擬合法(見表格) 。3)、衛(wèi)星間求差法。4)、利用雙頻觀測值修復(fù)周跳（電離層殘差法）。三、GPS絕對定位GPS絕對定位：是一個用戶利用GPS接收機，以地球質(zhì)心為參考點，對衛(wèi)星信號進行接收和觀測，確定接收機天線在WGS-84坐標系中的絕對位置，又稱單點定位或偽距定位。絕對定位的精度評價(P88):（1）平面位置精度因子HDOP（2）高程精度因子VDOP（3）空間位置精度因子PDOP（4）幾何精度因子GDOP（

5、5）接收機鐘差精度因子TDOP注: 1）DOP值 1/V , V為星站六面體的體積。 2）亦要考慮大氣傳播誤差的影響 。為什么要進行相對定位?測站1: (X1 Y1 Z1)測站2: (X2 Y2 Z2)兩坐標的精度都不高!現(xiàn)求兩站的坐標差: X12= X2 X1 Y12 = Y2 Y1 Z12 = Z2 Z1兩站的坐標差的精度卻非常高(為什么?)四、相對定位原理GPS相對定位：是利用兩臺或兩臺以上GPS接收機分別安置在不同的GPS點上，并同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，將所獲得觀測值按一定的方法進行差分處理，消除一些誤差對各觀測值影響的相關(guān)部分，然后在進行解算，可以獲得GPS點間的相對位置或基線向量

6、。1、一次差分觀測值:1) .站際一次差分觀測其消除了與衛(wèi)星有關(guān)的誤差(星鐘誤差等)影響,削弱了大氣傳播誤差(電離層和對流層折射誤差)影響。觀測站1觀測站2衛(wèi)星2).星際一次差分觀測其消除了與接收機有關(guān)的誤差(機鐘誤差等)影響,削弱了大氣傳播誤差(電離層和對流層折射誤差) 的影響。觀測站衛(wèi)星j衛(wèi)星k3).歷元間一次差分觀測SD=？其削弱了大部分誤差的影響,同時消去了N0 ( 初始整周模糊度 )。觀測站衛(wèi)星j(t1)衛(wèi)星j（t2）2、二次差分觀測值:1).站際與星際二次差分觀測值:部分誤差的影響得到了消除或削弱。觀測站1觀測站2衛(wèi)星j衛(wèi)星k2).星際與歷元間二次差分觀測值:部分誤差的影響得到了消

7、除或削弱。同時消去了N0 (初始整周模糊度)。觀測站衛(wèi)星j(t1)衛(wèi)星j（t2）衛(wèi)星k(t1)衛(wèi)星k（t2）3).站際與歷元間二次差分觀測值:部分誤差的影響得到了消除或削弱。同時消去了N0 (初始整周模糊度)。觀測站1觀測站2衛(wèi)星j(t0)衛(wèi)星j(t1)3、三次差分觀測值:觀測站衛(wèi)星j(t1)衛(wèi)星j（t2）衛(wèi)星k(t1)衛(wèi)星k（t2）觀測站在三次差分觀測值中已消除或削弱了GPS觀測中絕大部分誤差的影響,同時消去了N0 (初始整周模糊度)。 第五節(jié) 差分GPS定位原理基本思想(與前面差分方法不一樣) ！在GPS測量定位中的三大誤差源 :（1）與衛(wèi)星有關(guān)的誤差(如衛(wèi)星鐘誤差、衛(wèi)星星歷誤差)。（2）

8、與信號傳播有關(guān)的誤差（電離層折射誤差、對流層折射誤差）。（3）與接收機有關(guān)的誤差（內(nèi)部噪聲誤差、多路徑效應(yīng)誤差等）。一、單站GPS的差分(SRDGPS):1、位置差分原理:現(xiàn)設(shè)基準站的精密坐標為(X0 Y0 Z0),施測坐標為(X Y Z)則其坐標改正數(shù)為: X= X0X ; Y= Y0Y ; Z = Z0Z ;基準站將坐標改正數(shù)利用數(shù)據(jù)鏈傳給用戶站,用戶站的施測坐標為(XP YP ZP ),則其改正后坐標為: XP =XP + X ; YP =YP + Y ; ZP =ZP + Z ;若顧及用戶位置的瞬時變化可利用下式： XP =XP + X d（X）/dt （tt0）； YP =YP +

9、Y d（Y）/dt （tt0）； ZP =ZP + Z d（Z）/dt （tt0）；位置差分的特點：（1）、計算簡單，適用于各種型號GPS接收機。（2）、基準站和用戶站必須觀測同一組衛(wèi)星，而且基準站和用戶站間的距離應(yīng)小于100Km。2、偽距差分原理: 現(xiàn)設(shè)基準站的精密坐標為(X0 Y0 Z0),所觀測衛(wèi)星的坐標為（Xj Yj Zj）;其中:j = 1 2 n 。則衛(wèi)星至基準站的真正距離為：基準站的偽距觀測值為j0 ，則其偽距改正數(shù)： j = R j j0 及其變化率： dj = j / t 基準站將 j和dj傳給用戶站,用戶利用j和dj對其偽距觀測值 j進行改正 ： j p（t）= j （t）

10、+ j（t）+dj （t-t0）；并利用下式計算用戶站的坐標（Xp Yp Zp ）：其中 : t為接收機鐘差， V1為接收機躁聲。偽距差分的特點：（1）、基準站提供所有衛(wèi)星的偽距改正數(shù)及其變化率，用戶站可任選四顆衛(wèi)星進行觀測。（2）、差分精度隨距離的增加而降低。 3、載波相位差分原理: 載波相位差分技術(shù)亦稱RTK技術(shù),其方法共分兩類: (Real Time Kinematic)（1）、修正法. （2）、差分法.載波相位差分的方程式:上式中各符號的意義!載波相位差分的方法比前兩種方法的精度要高(可達cm級).但其精度也受基準站至用戶站的距離限制。二、局部區(qū)域GPS差分系統(tǒng)(LADGPS).用戶站

11、將各基準站的改正信息采用加權(quán)平均值法或最小方差法求得自己的改正數(shù)進行改正(坐標改正數(shù)或距離改正數(shù)) ?；鶞收竞陀脩粽镜木嚯x在500km以內(nèi)可以獲得較好的效果。三、廣域差分系統(tǒng)(WADGPS)1、廣域差分系統(tǒng)基本思想： 對GPS測量中的誤差源加以區(qū)分，分別對每一中誤差源予以“模型化”（衛(wèi)星星歷誤差，大氣延時誤差，衛(wèi)星鐘誤差），然后將計算出的每一項誤差源的數(shù)值并利用數(shù)據(jù)鏈傳輸給用戶，用戶利用它對GPS測量定位的觀測值進行改正，達到提高GPS定位精度的目的。2、廣域差分系統(tǒng)組成及工作流程： 坐標已知的監(jiān)測站（若干）數(shù)據(jù)通訊鏈 中心站 數(shù)據(jù)通訊鏈 用戶站3、廣域差分系統(tǒng)特點：（1）、定位精度對空間距離

12、的敏感程度較低，一般距離在2000Km范圍內(nèi)時定位精度不會明顯下降。（2）、在大區(qū)域內(nèi)建立WADGPS網(wǎng)比建立LADGPS網(wǎng)所需要的監(jiān)測站的數(shù)目要少得多。（3）、在WADGPS網(wǎng)的覆蓋區(qū)域內(nèi)定位精度均勻,而且其定位精度比LADGPS要高。（4）、 WADGPS網(wǎng)的覆蓋區(qū)域可以擴展到不易作用的區(qū)域,如沙漠、森林、海洋等。（5）、WADGPS所使用的硬件設(shè)備和通訊工具價格昂貴，軟件技術(shù)復(fù)雜,運行和維持費用比LADGPS要高得多。且其可靠性和安全性不如LADGPS。四、多基準站RTK技術(shù)多基準站RTK技術(shù)也叫網(wǎng)絡(luò)RTK。1、多基準站RTK的工作原理:2、多基準站RTK的組成及功能:（1）GPS基準站(若干個):連續(xù)運行對衛(wèi)星進行觀測,并將觀測值傳輸給計算中心。（2）計算中心:據(jù)各基準站的觀測值計算區(qū)域內(nèi)各誤差模型,并將有關(guān)數(shù)據(jù)實時地傳給數(shù)據(jù)發(fā)布中心。（3）數(shù)據(jù)發(fā)布中心:實時地將接收到的差分改正信息向外發(fā)布。（4）移動站(用戶):實時地接收數(shù)據(jù)發(fā)布中心發(fā)布的差分改正信息,結(jié)合自身的GPS觀測值,組成雙差相位觀測值并快速確定整周未知數(shù)和位置信息,完成實時定位。*多普勒測量原理一、多普勒效應(yīng)由于波源相對于觀測者有高速運動而引起的信號頻