第五講-gs定位原理

1第四章GPS定位原理測(cè)繪與地理信息學(xué)院.李建章2第一節(jié)定位方法與觀測(cè)量一、定位方法分類(lèi)

1）按接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為：動(dòng)態(tài)定位與靜態(tài)定位：動(dòng)態(tài)定位——認(rèn)為接收機(jī)相對(duì)于地面是運(yùn)動(dòng)的。靜態(tài)定位——認(rèn)為接收機(jī)相對(duì)于地面靜止不動(dòng)。

2）按定位模式分：絕對(duì)定位、相對(duì)定位

絕對(duì)定位——求測(cè)站點(diǎn)相對(duì)于地心的坐標(biāo)；

相對(duì)定位——在不同地點(diǎn)的接收機(jī)同步跟蹤相同的GPS衛(wèi)星信號(hào)，確定若干接收機(jī)之間的相對(duì)位置，這種方式叫做相對(duì)定位。

差分定位：在基準(zhǔn)點(diǎn)上觀測(cè)求得大氣折射等改正，并及時(shí)發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站用收到的改正數(shù)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，得精確點(diǎn)位。

3）按照時(shí)效分為：實(shí)時(shí)定位和事后定位。34二、觀測(cè)量幾何距離——星站間的真實(shí)距離。

偽距——由接收機(jī)觀測(cè)的帶有鐘差、電離層和對(duì)流層延遲的的星站距離。

碼相位觀測(cè)（如圖），得測(cè)碼偽距（簡(jiǎn)稱(chēng)偽距）；

載波相位觀測(cè)（如圖），得測(cè)相偽距（簡(jiǎn)稱(chēng)相位）。

觀測(cè)量：偽距。

567第二節(jié)測(cè)碼偽距觀測(cè)方程與測(cè)相偽距觀測(cè)方程

設(shè)信號(hào)發(fā)射時(shí)刻的衛(wèi)星鐘面時(shí)為tj，相應(yīng)的GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為tj(gps)，鐘差為δj；設(shè)信號(hào)接收時(shí)刻的接收機(jī)鐘面時(shí)為tk，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)GPS時(shí)間為tk(GPS)，接收機(jī)鐘差為δk

，則測(cè)量所得的信號(hào)傳播時(shí)間為:傳播時(shí)間乘以光速得偽距：1、測(cè)碼偽距觀測(cè)方程及其線性化8考慮到電離層改正和對(duì)流層改正，得：9

設(shè)衛(wèi)星的已知坐標(biāo)為

，接收機(jī)的位置坐標(biāo)為，其近似值為，改正數(shù)為，則有

將此式展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)可取至一次項(xiàng)，并令

1011則觀亮測(cè)方豆程可暫表示哨為取則有場(chǎng)：此式笨中有拐四個(gè)謹(jǐn)未知雅數(shù)，限最少摟需觀屬測(cè)四戚顆衛(wèi)性星才淚能求括得四便個(gè)未炊知數(shù)磨。如咸果多望于四塵顆衛(wèi)階星，抽按最小治二乘掩法解炕算。122、測(cè)刷相偽診距觀葉測(cè)方檔程及策其線踐性化載波版信號(hào)飯是正波弦波坦，亮衛(wèi)星塞發(fā)射炭載波柔信號(hào)法的時(shí)幻玉刻為tj，接息收機(jī)毅收到缺衛(wèi)星養(yǎng)信號(hào)裁的時(shí)但刻為tk，載錯(cuò)波信蔬號(hào)傳格播的箱時(shí)間拖為：則星旁站距架離為以周盯為單口位。13ΔφRkInt（φ）

Sj（ti）Sj（t1）14由上虎式可貼得在接輛收機(jī)推初始像跟蹤馳到衛(wèi)羽星時(shí)春刻t0，測(cè)正得上抱式中療的左磚端。同右端歷的兩商項(xiàng)為扮未知狼數(shù)。辯當(dāng)接論收機(jī)饑鎖定陽(yáng)衛(wèi)星鎮(zhèn)，到ti時(shí)刻為，接蠅收機(jī)尤測(cè)得偶的相懷位含勞有三弓項(xiàng)：淡一是曲整周邀固定罰部分楚，稱(chēng)爽為整肉周未鉛知數(shù)擋或整蠢周模讓糊度妹；二峽是整仆周變宿化部揀分，頃由整烘周計(jì)鈔數(shù)器估記錄概；三宜是不腿足整悅周部稈分。用像表鍵示整膠周變萄化部歪分與葡不足歸整周呆部分恩之和笛，并舅考慮榆接收葉機(jī)鐘和差，東則載沫波相養(yǎng)位觀監(jiān)測(cè)方撲程為以衛(wèi)淡星和導(dǎo)接收微機(jī)的帽坐標(biāo)銷(xiāo)帶入脂上式曠并考盜慮電拉離層駐和對(duì)院流層錦改正裳后線抬性化斯，可評(píng)得式中拉的棕包約括幾牌何距斜離近卻似值哲及對(duì)投流層余和電乎離層研改正狐。式皆中有抖五個(gè)缸未知逮數(shù)，搬如觀簡(jiǎn)測(cè)5顆衛(wèi)瞞星則目有9個(gè)未蚊知數(shù)蔬。15一、沿動(dòng)態(tài)揀絕對(duì)比定位幼原理設(shè)觀她測(cè)衛(wèi)痛星數(shù)耗，賽則用矩贊陣表駛示第三臉節(jié)GP壯S絕對(duì)乎定位多原理16其中鎮(zhèn)：17令設(shè)則——偽距宴測(cè)量胳中誤姨差18二、顏靜態(tài)迅絕對(duì)旱定位架原理1、測(cè)塘碼偽漁距靜酸態(tài)絕倦對(duì)定擾位法接收怕機(jī)相搞對(duì)于凝地面失固定根不動(dòng)討。一唱般每慕隔5、10或15秒觀北測(cè)一禁次（寬一個(gè)榮歷元兔）。觀測(cè)扭衛(wèi)星蹄數(shù)m，歷手元數(shù)n，則攏觀測(cè)狂值的那個(gè)數(shù)宿為m.翻n個(gè)，遣觀測(cè)絞方程虎的個(gè)堤數(shù)也間為m.泰n個(gè)。喉如觀肯測(cè)時(shí)甩間較惡短，保不考灶慮接銹收機(jī)綱鐘差扔變化倚，則識(shí)需解4個(gè)未紡知數(shù)揉。方隱程式士的形通式與輔動(dòng)態(tài)雪定位般相似腔。令則誤蹲差方酷程的婆矩陣揭形式邀為19如果構(gòu)觀測(cè)育時(shí)間夜較長(zhǎng)悉，應(yīng)精考慮號(hào)接收舟機(jī)鐘箏差變盜化——初始功觀測(cè)俯時(shí)刻其中坑有3個(gè)鐘壇差改甘正數(shù)絮，3個(gè)測(cè)王站坐掏標(biāo)改襪正數(shù)座，共6個(gè)未泄知數(shù)202、測(cè)武相偽太距絕灑對(duì)定禾位法因接費(fèi)收機(jī)貢鐘的懇穩(wěn)定構(gòu)性有能限，勁不同烤歷元模有不可同的議鐘差把。以右初始炒歷元t0為參銅考?xì)v他元，濟(jì)用三境階方要程式冒表示禾鐘差冒：觀測(cè)斯衛(wèi)星淋數(shù)m，歷抓元數(shù)n，3個(gè)測(cè)桂站坐出標(biāo)未石知數(shù)圓，3個(gè)鐘仇差系常數(shù)為鼠未知轎數(shù)，隆另外茶每顆輸衛(wèi)星釘有一混個(gè)整禍周未幕知數(shù)配。共6+醒m個(gè)未富知數(shù)穗，觀腎測(cè)歷倍元數(shù)痕應(yīng)如果斷要進(jìn)下行測(cè)裕相偽姥距絕透對(duì)定起位，籮觀測(cè)時(shí)前應(yīng)煮將接技收機(jī)辰固定規(guī)在員一點(diǎn)綱上觀煌測(cè)一瓶段時(shí)吹間，側(cè)以求眉得整卸周未蔽知數(shù)框，這兄一過(guò)叢程稱(chēng)頸為初調(diào)始化俊，然怎后才枝能進(jìn)善行測(cè)論相偽側(cè)距動(dòng)泉態(tài)絕晃對(duì)定抬位。21載波彼相位企觀測(cè)引應(yīng)注困意：1）整周漿數(shù)的侵變化賊部分巾由計(jì)銳數(shù)器宅記錄黨，此肝間信筐號(hào)不概能間鄭斷，名如果謠此間度到達(dá)紐奉接收憲機(jī)的戀信號(hào)完被遮姜擋，瓶造成蒙失鎖歐，遮阻擋期蔑間整塘周記概數(shù)暫趴停，秧遮擋終移去瓶后繼策續(xù)記睬數(shù)，畜這就泛丟掉到了遮碎擋期樸間的耀若干耽整周諸數(shù)。險(xiǎn)這種紋情況系叫整周持跳。引笛起周柳跳的迫另一漏原因饒是強(qiáng)強(qiáng)電磁臂干擾崗。設(shè)衛(wèi)尼星與握接收贊?rùn)C(jī)的殖相對(duì)帥運(yùn)動(dòng)嫁速度迷為1k止m/陡s，L1載波后波長(zhǎng)電為19脊cm，信圖號(hào)間猶斷1秒鐘跟，產(chǎn)炎生10殺00廢/0歷.1滾9=劑52籠63周的弄周跳遼。2）因各親項(xiàng)誤畏差影板響，瓦整周俊未知率數(shù)往液往不處為整附數(shù)。2223三、繩精符度衰溜減因?qū)幾釉跍y(cè)云碼偽戴距絕裙對(duì)定可位中法，誤溜差方伏程的夸系數(shù)般陣為A，令則式中——偽距撐測(cè)量貓中誤似差24如取汽符號(hào)則——測(cè)站嫌點(diǎn)在關(guān)大地抹坐標(biāo)盛系中皮的全醫(yī)系數(shù)督陣。精度矛衰減快因子——商—全系桶數(shù)陣俘住對(duì)壁角線華元素遲的函何數(shù)，掏用DO潑P表示棚。25精度悲衰減肢因子蛛的種御類(lèi)平面邊位置茫精度鏡衰減箭因子高程獎(jiǎng)精度你衰減辯因子空間鼠位置威精度繼衰減豪因子接收編機(jī)鐘召差精振度衰捆減因玩子幾何謝精度背衰減萄因子DO撿P是觀叢測(cè)衛(wèi)懂星空背間分下布的滲函數(shù)晉，常烈用PD借OP26結(jié)墾論往：GP底S絕對(duì)右定位臉的誤昂差與趨精度筐因子DO步P的大關(guān)小成遭正比甘，在偽距釀?dòng)^測(cè)數(shù)精度δ0確定襖的情項(xiàng)況下盛，如循何使償精度低因子年的數(shù)舟值盡可殿能減影小，徑是提駕高定拉位精岸度的裙一個(gè)叔重要投途徑言。由于圓精度桂因子宰與所掙測(cè)衛(wèi)銹星的稅空間附分布煮有關(guān)竟，因臨此也認(rèn)稱(chēng)觀測(cè)衛(wèi)睜星的維圖形撫強(qiáng)度秩因子萍。由遭于衛(wèi)攪星的谷運(yùn)動(dòng)悅以及年觀測(cè)帆衛(wèi)星的選辱擇不捆同，登所測(cè)虜衛(wèi)星傘在空均間分鍛布的環(huán)幾何符圖形勢(shì)是變沃化的，肚導(dǎo)致傾精度輩因子絨的數(shù)供值也出是變拍化的瘦。假設(shè)逝觀測(cè)受站與4顆觀耐測(cè)衛(wèi)尺星所決構(gòu)成螞的六須面體曠體積董為Γ，研究表蟻明，勺精度闖因子GD痰OP與該步六面顯體體斬積的飛倒數(shù)盜成正比。GD迫OP撒∝逼1畫(huà)/Γ。2728結(jié)基束29BAB’A’C’NE30BAB’A’C’NE313233第三京節(jié)GP鉛S測(cè)時(shí)34353637第四雁節(jié)GP便S接收屋機(jī)載長(zhǎng)體航筒速的飛測(cè)定對(duì)于怠動(dòng)態(tài)GP轟S用戶(hù)除，除楊了需始要確夫定GP蔑S接收蹦機(jī)載覺(jué)體的耕實(shí)時(shí)局位置除，往躬往還避要測(cè)刊定載莊體的餐實(shí)時(shí)握航行騾速度置。假捆設(shè)于犬歷元t1和t2測(cè)定嘗的載母體實(shí)眨時(shí)位副置分飲別為X1(t1)和X2(t2)，則白其運(yùn)擇動(dòng)速隊(duì)度可冊(cè)簡(jiǎn)單規(guī)地表婚示為除：由此埋可得皂載體拐運(yùn)行亂方向偷的速威度為：38結(jié)論焰：、上險(xiǎn)述測(cè)膏定航魔速的棕方法婆，不診需要虹新的仆觀測(cè)君量，薦計(jì)算惹簡(jiǎn)單炕，測(cè)商速的愉實(shí)質(zhì)坊仍是藥定位尤。上概述計(jì)基算是亭在時(shí)娘間段Δt內(nèi)的句平均燦速度泰，如權(quán)果計(jì)待算過(guò)先程中聲所取溪時(shí)間闊間隔互過(guò)短絹或過(guò)千長(zhǎng)，迷都難舊以正溝確描歪述載貿(mào)體的誓實(shí)時(shí)欲運(yùn)行食速度曬。因堪此可屬以采淡用觀材測(cè)載飽波多雄普勒懂頻移旦的方昨法，敲來(lái)實(shí)處時(shí)測(cè)可定載速體運(yùn)賊行速尊度。、由稍于GP緣瑞S用戶(hù)從接收室機(jī)載旋體和GP看S衛(wèi)星摸之間材的相晝對(duì)運(yùn)礎(chǔ)動(dòng)，火接收呢機(jī)接琴收到專(zhuān)的GP晴S載波合信號(hào)嫂與衛(wèi)叔星發(fā)俯射的仰載波哲信號(hào)巷頻率研不同諸，其南間的鉤頻率往差稱(chēng)欺為多兼普勒祥頻移鈔。頻表移的雁大小眼與接延收機(jī)石與衛(wèi)柄星之奇間距銹離的假變率蠶有關(guān)復(fù)。39假設(shè)df為多膊普勒頭頻移伸（已彈知觀柜測(cè)量感），f為衛(wèi)布星發(fā)郵射的而載波叮頻率本，c為光啄速，除則有甘：如果亡大氣艙折射利對(duì)偽晶距觀選測(cè)量倚的影易響已但改正察，則脹站星春偽距啄觀測(cè)霜方程萍：考慮妄衛(wèi)星扮鐘差比可由些導(dǎo)航評(píng)電文共給出奸的參輩數(shù)加得以修唱正，離則偽嘩距的量時(shí)間偷變率揀為：40如