第五講-gs定位原理

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

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)相對于地面是運(yùn)動(dòng)的。靜態(tài)定位——認(rèn)為接收機(jī)相對于地面靜止不動(dòng)。

2）按定位模式分：絕對定位、相對定位

絕對定位——求測站點(diǎn)相對于地心的坐標(biāo)；

相對定位——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)之間的相對位置，這種方式叫做相對定位。

差分定位：在基準(zhǔn)點(diǎn)上觀測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)對觀測數(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、觀測量幾何距離——星站間的真實(shí)距離。

偽距——由接收機(jī)觀測的帶有鐘差、電離層和對流層延遲的的星站距離。

碼相位觀測（如圖），得測碼偽距（簡稱偽距）；

載波相位觀測（如圖），得測相偽距（簡稱相位）。

觀測量：偽距。

567第二節(jié)測碼偽距觀測方程與測相偽距觀測方程

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、測碼偽距觀測方程及其線性化8考慮到電離層改正和對流層改正，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

將此式展開成泰勒級(jí)數(shù)可取至一次項(xiàng)，并令

1011則觀亮測方豆程可暫表示哨為取則有場：此式笨中有拐四個(gè)謹(jǐn)未知雅數(shù)，限最少摟需觀屬測四戚顆衛(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、測刷相偽診距觀葉測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)饑鎖定陽衛(wèi)星鎮(zhèn)，到ti時(shí)刻為，接蠅收機(jī)尤測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)測方撲程為以衛(wèi)淡星和導(dǎo)接收微機(jī)的帽坐標(biāo)銷帶入脂上式曠并考盜慮電拉離層駐和對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)，搬如觀簡測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)揀絕對比定位幼原理設(shè)觀她測衛(wèi)痛星數(shù)耗，賽則用矩贊陣表駛示第三臉節(jié)GP壯S絕對乎定位多原理16其中鎮(zhèn)：17令設(shè)則——偽距宴測量胳中誤姨差18二、顏靜態(tài)迅絕對旱定位架原理1、測塘碼偽漁距靜酸態(tài)絕倦對定擾位法接收怕機(jī)相搞對于凝地面失固定根不動(dòng)討。一唱般每慕隔5、10或15秒觀北測一禁次（寬一個(gè)榮歷元兔）。觀測扭衛(wèi)星蹄數(shù)m，歷手元數(shù)n，則攏觀測狂值的那個(gè)數(shù)宿為m.翻n個(gè)，遣觀測絞方程虎的個(gè)堤數(shù)也間為m.泰n個(gè)。喉如觀肯測時(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)觀測育時(shí)間夜較長悉，應(yīng)精考慮號(hào)接收舟機(jī)鐘箏差變盜化——初始功觀測俯時(shí)刻其中坑有3個(gè)鐘壇差改甘正數(shù)絮，3個(gè)測王站坐掏標(biāo)改襪正數(shù)座，共6個(gè)未泄知數(shù)202、測武相偽太距絕灑對定禾位法因接費(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：觀測斯衛(wèi)星淋數(shù)m，歷抓元數(shù)n，3個(gè)測桂站坐出標(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，觀腎測歷倍元數(shù)痕應(yīng)如果斷要進(jìn)下行測裕相偽姥距絕透對定起位，籮觀測時(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，這兄一過叢程稱頸為初調(diào)始化俊，然怎后才枝能進(jìn)善行測論相偽側(cè)距動(dòng)泉態(tài)絕晃對定抬位。21載波彼相位企觀測引應(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)尼星與握接收贊機(jī)的殖相對帥運(yùn)動(dòng)嫁速度迷為1k止m/陡s，L1載波后波長電為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云碼偽戴距絕裙對定可位中法，誤溜差方伏程的夸系數(shù)般陣為A，令則式中——偽距撐測量貓中誤似差24如取汽符號(hào)則——測站嫌點(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衛(wèi)銹星的稅空間附分布煮有關(guān)竟，因臨此也認(rèn)稱觀測衛(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)悅以及年觀測帆衛(wèi)星的選辱擇不捆同，登所測虜衛(wèi)星傘在空均間分鍛布的環(huán)幾何符圖形勢是變沃化的，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)逝觀測受站與4顆觀耐測衛(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/Γ。2728結(jié)基束29BAB’A’C’NE30BAB’A’C’NE313233第三京節(jié)GP鉛S測時(shí)34353637第四雁節(jié)GP便S接收屋機(jī)載長體航筒速的飛測定對于怠動(dòng)態(tài)GP轟S用戶除，除楊了需始要確夫定GP蔑S接收蹦機(jī)載覺體的耕實(shí)時(shí)局位置除，往躬往還避要測刊定載莊體的餐實(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)度可冊簡單規(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)述測膏定航魔速的棕方法婆，不診需要虹新的仆觀測君量，薦計(jì)算惹簡單炕，測商速的愉實(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)待算過先程中聲所取溪時(shí)間闊間隔互過短絹或過千長，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載飽波多雄普勒懂頻移旦的方昨法，敲來實(shí)處時(shí)測可定載速體運(yùn)賊行速尊度。、由稍于GP緣瑞S用戶從接收室機(jī)載旋體和GP看S衛(wèi)星摸之間材的相晝對運(yùn)礎(chǔ)動(dòng)，火接收呢機(jī)接琴收到專的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偽晶距觀選測量倚的影易響已但改正察，則脹站星春偽距啄觀測霜方程萍：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