4GPS動態(tài)定位測量

6、GPS動態(tài)定位測量GPS測量及應(yīng)用石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院測繪工程系11/21/20231一、GPS定位方法分類GPS測量定位的類型依據(jù)定位模式：單點定位〔確定定位〕相對定位差分定位依據(jù)定位時接收機天線的運動狀態(tài)：靜態(tài)定位動態(tài)定位依據(jù)定位時效：實時定位事后定位依據(jù)觀測值類型：偽距測量載波相位測量11/21/20232二、GPS動態(tài)定位

GPS動態(tài)定位概述

GPS動態(tài)定位的應(yīng)用

GPS動態(tài)定位的特點

動態(tài)定位的類型〔方法〕GPS動態(tài)定位的根本原理整周未知數(shù)的動態(tài)求解

RTK〔Real

Time

Kinematic〕GPS技術(shù)

——載波相位實時動態(tài)差分技術(shù)11/21/202331、概述什么是GPS動態(tài)定位GPS動態(tài)定位〔測量〕，是利用GPS信號，測定相對于地球運動的用戶天線的狀態(tài)參數(shù)，這些狀態(tài)參數(shù)包括三維坐標、三維速度和時間七個參數(shù)。導(dǎo)航，是測得運動載體的狀態(tài)參數(shù)，并導(dǎo)引運動載體準確地運動到預(yù)定的后續(xù)位置。11/21/20234GPS動態(tài)定位的應(yīng)用導(dǎo)航–探險、車輛、船舶、航空器等跟蹤、監(jiān)控與調(diào)度–車輛、船舶、航空器等制導(dǎo)–武器制導(dǎo)、自動駕駛等定軌–衛(wèi)星、航天器等姿勢確定–衛(wèi)星、航天器、航空器等測量–測圖、放樣、監(jiān)測等11/21/202352、GPS動態(tài)定位的特點用戶多樣性速度多異性定位實時性數(shù)據(jù)短時性精度要求多變性11/21/202363、GPS動態(tài)定位的類型〔1〕單點動態(tài)定位〔動態(tài)確定定位〕〔2〕實時差分動態(tài)定位法：①位置差分②偽距差分③相位平滑偽距差分：載波多普勒計數(shù)平滑偽距、載波相位平滑偽距④載波相位差分：修正法、求差法11/21/202374、GPS動態(tài)定位的根本原理單點偽距動態(tài)定位〔動態(tài)確定定位〕

GPS確定定位主要是以GPS衛(wèi)星和用戶接收機天線之間的距離為根本觀測量，并利用的衛(wèi)星瞬時坐標來確定接收機天線對應(yīng)的點位在協(xié)議地球坐標系中的位置。動態(tài)確定定位是確定處于運動載體上的接收機在運動的每一瞬間的位置。由于接收機天線處于運動狀態(tài)，故天線點位的坐標是一個變化的量，因此確定每一瞬間坐標的觀測方程只有較少的多余觀測(甚至沒有多余觀測)，且一般常利用測距碼偽距進展動態(tài)確定定位。因此，其精度較低，一般僅有幾十米的精度，在SA政策影響下，其精度甚至低于百米。通常這種定位方法只用于精度要求不高的飛機、船舶以及陸地車輛等運動載體的導(dǎo)航。11/21/20238位置差分原理

位置差分GPS是一種最簡潔的差分方法。安置在點基準站上的GPS接收機，經(jīng)過對4顆及4顆以上的衛(wèi)星觀測，便可實現(xiàn)定位。先求出基準站的坐標(X′，Y′，Z′)，由于存在著衛(wèi)星星歷、時鐘誤差、大氣折射等誤差的影響，該坐標與基準站坐標(X，Y，Z)不一樣，存在誤差。即：式中：ΔX、ΔY、ΔZ為坐標改正數(shù)，基準站利用數(shù)據(jù)鏈將坐標改正數(shù)發(fā)送給用戶站。11/21/20239位置差分原理

用戶站用接收到的坐標改正數(shù)對其坐標進展改正：

經(jīng)過坐標改正后的用戶坐標已消去了基準站與用戶站的共同誤差，如衛(wèi)星星歷誤差、大氣折射誤差、衛(wèi)星鐘差、SA政策影響等，提高了定位的精度。11/21/202310位置差分的優(yōu)點是需要傳輸?shù)牟罘指恼龜?shù)較少，計算方法較簡潔，任何一種GPS接收機均可改裝成這種差分系統(tǒng)。其缺點主要為：〔1)要求基準站與用戶站必需保持觀測同一組衛(wèi)星，由于基準站與用戶站接收機配備的不完全一樣，且兩站觀測環(huán)境也不完全一樣，因此難以保證兩站觀測同一組衛(wèi)星，并會導(dǎo)致定位所產(chǎn)生的誤差可能會不很匹配，從而影響定位精度。〔2)位置差分定位效果不如偽距差分好。11/21/202311偽距差分原理偽距差分是目前應(yīng)用最廣泛的一種差分定位技術(shù)之一。該定位技術(shù)通過在基準站上利用坐標求出測站至衛(wèi)星的距離，并將其與含有誤差的測量距離比較，然后利用一個α-β濾波器將此差值濾波并求出其偏差，并將全部衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用戶利用此測距誤差來改正測量的偽距。最終，用戶利用改正后的偽距求出自身的坐標。假設(shè)基準站、用戶站均觀測了一樣的4顆或4顆以上的衛(wèi)星，即可實現(xiàn)用戶站的定位。11/21/202312偽距差分原理其定位根本公式如下：

11/21/202313由于偽距差分可供給單顆衛(wèi)星的距離改正數(shù)，因此用戶站可選其中任意4顆一樣衛(wèi)星的偽距改正數(shù)進展改正，而不必要求兩站觀測的衛(wèi)星完全一樣，且偽距改正數(shù)是直接在WGS-84坐標系上進展的，是一種直接改正數(shù)，不必先變換為當(dāng)?shù)刈鴺?，定位精度更高，且使用更便利?1/21/202314由于偽距差分定位依靠于兩站公共誤差的抵消來提高定位精度，誤差抵消的程度打算了精度的凹凸。而誤差的公共性在很大程度依靠于兩站距離，隨著兩站距離的增加，其誤差公共性漸漸減弱，例如對流層、電離層誤差。因此用戶和基準站之間的距離對精度有著打算性的影響，用戶站離基準站的距離越大，偽距差分后的剩余誤差越大，定位精度越低。11/21/202315相位平滑偽距差分原理偽距差分實際上是在測站之間求偽距觀測值的一次差，因而消退了兩偽距觀測值中所含有的共同的系統(tǒng)誤差，但是卻無法消退偽距觀測值中所含有的隨機誤差，從而限制了偽距差分定位的精度。載波相位測量的精度較測距碼偽距測量的精度高2個數(shù)量級，假設(shè)能用載波相位觀測值對偽距觀測值進展修正，就可提高偽距定位的精度，但是載波相位整周數(shù)無法直接測得，因而難以直接利用載波觀測值。

11/21/202316相位平滑偽距差分原理

雖然整周數(shù)無法獲得，但可由多普勒頻率計數(shù)獲得載波相位的變化信息，即可獲得偽距變化率的信息，可利用這一信息來幫助偽距差分定位，稱為載波多普勒計數(shù)平滑偽距差分；另外，在同一顆衛(wèi)星的兩歷元間求差，可消退整周未知數(shù)，可利用歷元間的相位差觀測值對偽距進展修正，即所謂的相位平滑偽距差分。

11/21/202317載波相位差分原理載波相位差分GPS定位與偽距差分GPS原理相類似，其根本思想是：在基準站上安置一臺GPS接收機，對衛(wèi)星進展連續(xù)觀測，并通過無線電傳輸設(shè)備實時地將觀測數(shù)據(jù)及站坐標信息傳送給用戶站；用戶站一方面通過接收機接收GPS衛(wèi)星信號，同時還通過無線電接收設(shè)備接收基準站傳送的觀測數(shù)據(jù)，然后依據(jù)相對定位原理，實時地處理數(shù)據(jù)，并能實時地以厘米級的精度給出用戶站的三維坐標。11/21/202318載波相位差分原理

載波相位差分GPS有兩種定位方法，一種與偽距差分一樣，基準站將載波相位的修正量發(fā)送給用戶站，以對用戶站的載波相位進展改正實現(xiàn)定位，該方法稱為修正法。另一種是將基準站的載波相位發(fā)送給用戶站，并由用戶站將觀測值求差進展坐標解算，這種方法稱為求差法。11/21/202319最小二乘搜尋法最小二乘模糊度不相關(guān)法〔LAMBDA〕模糊度函數(shù)法綜合法〔AOTF〕5、整周未知數(shù)的動態(tài)求解11/21/202320實時差分動態(tài)〔RealTimeKinematic——RTK〕測量系統(tǒng)，是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng)。它是GPS測量技術(shù)進展中的一個新的突破。RTK測量技術(shù)，是以載波相位觀測量為依據(jù)的實時差分GPS測量技術(shù)。RTK測量技術(shù)是準動態(tài)測量技術(shù)與AROTF算法和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的，它完全可以到達“精度、速度、實時、可用”等各方面的要求。6、載波相位實時動態(tài)差分技術(shù)——RTK〔RealTimeKinematic〕GPS技術(shù)11/21/202321RTK–RealTimeKinametic〔實時動態(tài)差分〕系統(tǒng)構(gòu)成參考站〔基準站〕流淌站數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用11/21/202322三、廣域差分GPS技術(shù)

差分GPS系統(tǒng)與單站差分GPS〔SRDGPS〕

局部區(qū)域差分〔LADGPS〕

廣域差分GPS系統(tǒng)〔WADGPS〕

增加型的差分GPS系統(tǒng)11/21/2023231、什么是差分GPS〔DGPS–DifferentialGPS〕根本思路：利用設(shè)于坐標的參考站，計算各類改正數(shù)影響GPS測量定位的誤差11/21/202324

誤差的特性衛(wèi)星軌道誤差：影響大小與測站位置有關(guān)，距離較近時，影響大小相近〔誤差的空間位置相關(guān)性〕衛(wèi)星鐘差：影響大小與測站無關(guān)大氣折射〔電離層、對流層折射〕：影響具有空間位置相關(guān)性SA：Epsilon可以歸于衛(wèi)星軌道誤差，Dither可歸于衛(wèi)星鐘差多路徑：與測站有關(guān)，測站間無關(guān)11/21/202325差分GPS基準站〔Reference/BaseStation〕與流淌站〔Mobile/RoverStation〕差分改正數(shù)11/21/202326差分GPS系統(tǒng)的構(gòu)成11/21/2023272、局域差分與廣域差分差分局域差分局域差分GPS〔LADGPS–LocalAreaDGPS〕基準站作用距離：數(shù)百公里特點：用戶依據(jù)多個基準站所供給的改正信息經(jīng)平差計算后求的用戶站定位改正數(shù)11/21/202328廣域差分GPS〔WADGPS–WideAreaDGPS〕基準站作用距離：數(shù)千公里特點：將各項誤差分別出來，建立誤差與位置的關(guān)系——分別出的誤差：衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差——建