GPS測(cè)距定位基本原理課件

GPS測(cè)距定位基本原理1精選2021版課件GPS定位的基本原理和過程GPS定位依據(jù)的是空間幾何三點(diǎn)定位原理。為了消除時(shí)差引入的誤差，GPS系統(tǒng)技術(shù)上采取四星定位。定位除依據(jù)星座的幾何構(gòu)圖外，還必須有準(zhǔn)確的定時(shí)。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度取決于衛(wèi)星和用戶間的幾何結(jié)構(gòu)、衛(wèi)星星歷精度、GPS系統(tǒng)時(shí)同步精度、測(cè)距精度和機(jī)內(nèi)噪聲等諸因素的組合。2精選2021版課件GPS系統(tǒng)的定位步驟：跟蹤、選擇衛(wèi)星、接收選定衛(wèi)星的信號(hào)。解讀、解算出衛(wèi)星位置。測(cè)量得到衛(wèi)星和用戶之間的相對(duì)位置。解算得到用戶的最可信賴位置。3精選2021版課件三個(gè)未知量需要三個(gè)方程4精選2021版課件GPS定位的基本原理需解決的兩個(gè)關(guān)鍵問題如何確定衛(wèi)星的位置如何測(cè)量出站星距離？5精選2021版課件

GPS系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)（關(guān)鍵），是要得到用戶（載體）的高精度的瞬時(shí)位置。若根據(jù)前面在概論中所描述的幾何模型，定位過程就是：首先，根據(jù)衛(wèi)星廣播的星歷，計(jì)算出第i顆衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置xi，yi，zi；其次，根據(jù)測(cè)量的碼偽距或相位的偽距，計(jì)算出用戶與第i顆衛(wèi)星之間的相對(duì)距離；最后，根據(jù)導(dǎo)航方法計(jì)算出用戶的三維位置x，y，z。6精選2021版課件測(cè)距方法偽距測(cè)量（偽碼測(cè)距）：測(cè)量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)用戶接收機(jī)的傳播時(shí)間。載波相位測(cè)量：測(cè)量具有載波多普勒頻移的GPS衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)產(chǎn)生的參考信號(hào)之間的相位差。多普勒測(cè)量：由積分多普勒計(jì)數(shù)得出的偽距。所需觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，一般數(shù)小時(shí)，同時(shí)觀測(cè)過程中，要求接收機(jī)的震蕩器保持高度穩(wěn)定。7精選2021版課件偽距觀測(cè)值載波相位觀測(cè)值C/A碼，碼元寬293M，精度2.9MP碼，碼元寬29.3M，精度0.29ML1載波，波長(zhǎng)19cm，精度0.19cmL2載波，波長(zhǎng)24cm，精度0.24cm原始觀測(cè)量載波相位觀測(cè)值優(yōu)點(diǎn)：觀測(cè)值精度高，用精密定位存在問題整周不確定（模糊度解算）整周跳變現(xiàn)象8精選2021版課件確定時(shí)間的必要性至少有兩個(gè)原因用戶需要知道精確的時(shí)間：用戶通過測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)的延遲來確定與衛(wèi)星之間的距離。衛(wèi)星、用戶以及它們所在的坐標(biāo)系（固定在地球上）都是運(yùn)動(dòng)的。它們的位置都需要時(shí)間來確定。假設(shè)用戶的時(shí)鐘慢千分之一秒，于是延遲就多了0.001秒，所測(cè)量得的距離也就多了三百公里。GPS衛(wèi)星的速率大約是每秒3.87公里。赤道上一點(diǎn)由于地球自轉(zhuǎn)移動(dòng)的速率是每秒456米。所以以上千分之一秒的誤差將引起大約3870*0.001=3.87米的誤差。9精選2021版課件被測(cè)點(diǎn)接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離是：

R2＝（x1－x）2＋（y1－y）2＋（z1－z）2式中：X，Y，Z為被測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)值，是待求解的未知數(shù)；

R的測(cè)定與時(shí)間量有關(guān)，而用戶便攜接收機(jī)一般不可能有十分準(zhǔn)確的時(shí)鐘，因此由它測(cè)出的衛(wèi)星信號(hào)在空間的傳播時(shí)間也是不準(zhǔn)確的，因而測(cè)出的距衛(wèi)星的距離也不準(zhǔn)確，這種距離叫做偽距（PR）。由碼相位觀測(cè)所確定的偽距簡(jiǎn)稱測(cè)碼偽距，由載波相位觀測(cè)所確定的偽距簡(jiǎn)稱為測(cè)相偽距。10精選2021版課件r

是已知值P是測(cè)量值R是未知值對(duì)于某顆衛(wèi)星：11精選2021版課件接收機(jī)的時(shí)鐘與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所用的時(shí)間差是一個(gè)定值，假設(shè)為Δt，那么上述公式就要改寫成R＝sqrt[（x1－x）2＋（y1－y）2＋（z1－z）2]＋Δt·c式中，c是電波傳播速度（光速）；Δt也是個(gè)未知數(shù)。只要接收機(jī)能測(cè)出距四顆衛(wèi)星的偽距，便有四個(gè)這樣的方程，把它們聯(lián)立起來，便可以解出四個(gè)未知量x、y、z和Δt，即能求出接收機(jī)的位置并告訴它準(zhǔn)確的時(shí)間。12精選2021版課件定位方法分類按參考點(diǎn)的不同位置劃分為：（1）絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站相對(duì)地球質(zhì)心的位置。（2）相對(duì)定位：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站與地面某一參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。GPS定位方法分類13精選2021版課件按用戶接收機(jī)作業(yè)時(shí)所處的狀態(tài)劃分：（1）靜態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)位置靜止不動(dòng)，是固定的。靜止?fàn)顟B(tài)只是相對(duì)的，在衛(wèi)星大地測(cè)量中的靜止?fàn)顟B(tài)通常是指待定點(diǎn)的位置相對(duì)其周圍點(diǎn)位沒有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測(cè)期內(nèi)可以忽略。（2）動(dòng)態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。GPS定位方法分類14精選2021版課件1.GPS定位方法分類絕對(duì)定位靜態(tài)定位動(dòng)態(tài)定位相對(duì)定位靜態(tài)定位動(dòng)態(tài)定位定位方式15精選2021版課件絕對(duì)定位將接收機(jī)安置在固定點(diǎn)上觀測(cè)數(shù)分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間，以確定該點(diǎn)三維坐標(biāo)。在一個(gè)待定點(diǎn)上，利用GPS接收機(jī)觀測(cè)4顆以上的GPS衛(wèi)星，獨(dú)立確定待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系的位置（目前為WGPS－84坐標(biāo)系），稱之為絕對(duì)定位。絕對(duì)定位的優(yōu)點(diǎn)只需用一臺(tái)接收機(jī)獨(dú)立定位，觀測(cè)的組織與實(shí)施簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單。主要問題受衛(wèi)星星歷誤差和衛(wèi)星信號(hào)在傳播過程中的大氣延遲誤差的影響顯著定位精度較低。16精選2021版課件相對(duì)定位：將兩臺(tái)或更多臺(tái)接收機(jī)置于不同點(diǎn)上，通過一段時(shí)間的觀測(cè)確定點(diǎn)間的相對(duì)位置關(guān)系。在兩個(gè)或若干個(gè)測(cè)量站上，設(shè)置GPS接收機(jī)，同步跟蹤觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，測(cè)定它們之間的相對(duì)位置，稱為相對(duì)定位。在相對(duì)定位中，至少其中一點(diǎn)或幾個(gè)點(diǎn)的位置是已知的，即其在WGS－84坐標(biāo)系的坐標(biāo)為已知，稱之為基準(zhǔn)點(diǎn)。相對(duì)定位是高精度定位的基本方法廣泛應(yīng)用于高精度大地控制網(wǎng)、精密工程測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)和導(dǎo)彈和火箭等外彈道測(cè)量方面。17精選2021版課件動(dòng)態(tài)、靜態(tài)定位的區(qū)別過去動(dòng)態(tài)、靜態(tài)定位的區(qū)別動(dòng)態(tài)定位基本上就是指GPS導(dǎo)航，所采用的技術(shù)是P碼或C/A碼的偽碼距測(cè)量定位。相位測(cè)量由于存在整周模糊問題，不能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量定位。靜態(tài)定位被測(cè)點(diǎn)固定，實(shí)時(shí)性不高，因而可以采取大量的重復(fù)觀測(cè)，基本上采用載波相位測(cè)量定位技術(shù)少數(shù)對(duì)精度要求不高的情況下才使用偽碼測(cè)量定位方式。18精選2021版課件近幾年情況變化：GPS動(dòng)態(tài)用戶越來越多，精度要求也越來越高。C/A碼定位精度不能滿足廣大用戶的要求，人們積極研究高精度的動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。近年來國際上模糊度快速解算技術(shù)取得突破性進(jìn)展，從而使載波相位測(cè)量定位技術(shù)在動(dòng)態(tài)定位中得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。所以動(dòng)態(tài)和靜態(tài)定位不再能簡(jiǎn)單的從使用相位或偽碼測(cè)量技術(shù)上區(qū)分。19精選2021版課件近來基本區(qū)分方法靜態(tài)：接收機(jī)天線在測(cè)量期間靜止不動(dòng)。測(cè)量的參數(shù)在測(cè)量期間是不隨時(shí)間變化的。目的是測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)。動(dòng)態(tài)：接收機(jī)天線在測(cè)量期間是運(yùn)動(dòng)的。測(cè)量的參數(shù)在測(cè)量期間是隨時(shí)間變化的，所以測(cè)量期間同時(shí)要定時(shí)。目的是測(cè)量載體的運(yùn)動(dòng)軌道，要確定其七維坐標(biāo)參數(shù)（三維空間坐標(biāo)、三維速度、時(shí)間）。20精選2021版課件動(dòng)態(tài)定位的特點(diǎn)與分類用戶廣泛陸地運(yùn)動(dòng)載體水上運(yùn)動(dòng)載體空中運(yùn)動(dòng)載體。運(yùn)動(dòng)速度差異大。低速：幾米~幾十米/秒中速：幾十米~1000米/秒高速：大于1000米/秒采樣時(shí)間短用于運(yùn)載火箭或飛船定位時(shí)每次采樣時(shí)間為0.3秒左右。動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性強(qiáng)例如為導(dǎo)彈導(dǎo)航，為火箭定軌。精度要求差別大為船類導(dǎo)航，精度幾十米即可。為飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)導(dǎo)航，精度1~2米即可。為導(dǎo)彈測(cè)軌，精度要求約在0.1米。21精選2021版課件動(dòng)態(tài)定位和靜態(tài)定位的差異由于靜態(tài)定位可以多次重復(fù)觀測(cè)，可以采取事后處理，對(duì)隨機(jī)誤差進(jìn)行平差處理，這些辦法動(dòng)態(tài)定位無法采取，所以定位精度更高。動(dòng)態(tài)定位的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好。22精選2021版課件測(cè)距方法雙程測(cè)距 電磁波測(cè)距儀單程測(cè)距

GPS23精選2021版課件測(cè)距碼C/A碼（測(cè)距時(shí)有模糊度）P碼24精選2021版課件距離測(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)傳播時(shí)間測(cè)距碼測(cè)距原理①信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)定25精選2021版課件測(cè)距碼測(cè)距原理②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)利用測(cè)距碼進(jìn)行測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)采用的是CDMA（碼分多址）技術(shù)易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào)可提高測(cè)距精度便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理（如AS）每顆GPS衛(wèi)星都采用特定的偽隨機(jī)噪聲碼微弱信號(hào)的捕獲26精選2021版課件偽距測(cè)量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)無模糊度（相對(duì)相位測(cè)距而言）缺點(diǎn)精度低27精選2021版課件偽碼測(cè)距與碼元寬度的關(guān)系：測(cè)量分辨率很大程度上取決于碼元寬度碼速越高，碼元寬度越小，分辨率越好P碼速為10.23Mb/s,C/A碼速率為1.023Mb/s,碼元寬度P碼：29.3mC/A碼；293.05m分辨率可達(dá)碼元寬度的1/64~1/100P碼分辨率較C/A碼高10倍。28精選2021版課件Z跟蹤技術(shù)ASP碼+W碼

Y碼W碼的碼元寬度比Y碼大幾十倍（嚴(yán)格保密）無法對(duì)其進(jìn)行直接跟蹤與測(cè)量Z跟蹤技術(shù)ASHTECH公司的專利技術(shù)核心：基于Y碼是P碼和一顯著低速率的保密碼W的模二和，從而打破Y碼，將其重新分解為P碼和W碼，然后再利用P碼來測(cè)距29精選2021版課件Z跟蹤技術(shù)原理將接收到的L1和L2信號(hào)分別和接收機(jī)生成的、以P碼信號(hào)為基礎(chǔ)的復(fù)制信號(hào)相關(guān)，頻帶寬度降低到保密W碼的帶寬，從而得到未知的W碼調(diào)制信號(hào)的估值應(yīng)用反向頻率信號(hào)處理法，將接收到的信號(hào)減去這一W碼的估值，就可以大部分消除W碼的影響，進(jìn)而恢復(fù)P碼相關(guān)處理的積分間隔限制為W碼的一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)很小的時(shí)間間隔根據(jù)CDMA測(cè)量原理可知，信噪比與相關(guān)處理的積分時(shí)間的平方根成正比，從而采用Z跟蹤技術(shù)所獲取的P（Y）碼偽距的精度有所下降。由于增加了處理環(huán)節(jié)和使用近似的W碼（準(zhǔn)確的W碼是未知的）信息，也增加了測(cè)量噪聲。30精選2021版課件Z跟蹤技術(shù)精度利用Z跟蹤技術(shù)所獲取的P（Y）碼偽距觀測(cè)值中，P1碼偽距的精度與C/A碼基本相同，而P2碼偽距觀測(cè)值的精度較低。P1碼、C/A碼偽距單點(diǎn)定位的精度基本相同，而P2碼偽距單點(diǎn)定位的精度較低。31精選2021版課件偽距法絕對(duì)定位原理設(shè)GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)為T，衛(wèi)星鐘面時(shí)間tj

接收機(jī)鐘面時(shí)間tk

衛(wèi)星與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)偏差δtj

接收機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)偏差δtktj=Tj+δtj tk=Tk+δtk

已知，只有接收機(jī)位置三參數(shù)和接收機(jī)鐘差未知只需收到4顆衛(wèi)星信號(hào)，列出4方程，就可求解。將接收機(jī)鐘差作為未知參數(shù)可降低成本，還可實(shí)現(xiàn)GPS定時(shí)。為提高GPS定位精度，實(shí)際定位模型應(yīng)考慮電離層和對(duì)流層影響32精選2021版課件偽碼測(cè)距通過測(cè)量GPS衛(wèi)星發(fā)射測(cè)距碼到達(dá)接收機(jī)的傳播時(shí)間，從而算出接收機(jī)到衛(wèi)星的距離：ρ’=Δt·c

實(shí)際距離= ——電離層和對(duì)流層改正；

——接收機(jī)時(shí)鐘相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差；

——衛(wèi)星時(shí)鐘相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差。C/A碼偽距（20米精度）、P碼偽距（2米精度）33精選2021版課件當(dāng)觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)大于4時(shí)可采用最小二乘法計(jì)算接收機(jī)的位置坐標(biāo)的最或然值(最可靠值)對(duì)某一量進(jìn)行多次觀測(cè)，各次觀測(cè)的結(jié)果總是互不一致只有在觀測(cè)次數(shù)無限增大時(shí)，其平均值即趨近于該量的真值。在實(shí)際工作中不可能進(jìn)行無限次觀測(cè)，因而根據(jù)觀測(cè)結(jié)果所得到的僅是相對(duì)真值，它就是該量的最或然值。對(duì)一個(gè)未知量進(jìn)行一組同精度觀測(cè)，其簡(jiǎn)單平均值就是該量的最或然值；當(dāng)不同精度時(shí)，加權(quán)平均值就是該量的最或然值，對(duì)于較復(fù)雜的問題，最或然值可按最小二乘法原理求解。

34精選2021版課件線性化處理首先確定待定點(diǎn)近似坐標(biāo)[X0,Y0,Z0],求殘差V：35精選2021版課件當(dāng)同時(shí)觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)等于4時(shí)，可求未知參數(shù)唯一解：X=A-1L當(dāng)同時(shí)觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)大于4時(shí)，可用最小二乘法求解：

X=(ATA)-1ATL采用迭代法獲取更高精度36精選2021版課件載波相位測(cè)量相比于偽碼測(cè)量，載波相位測(cè)量精度更高L1載波波長(zhǎng)19.03cm，L2載波波長(zhǎng)24.42cm測(cè)量精度可達(dá)0.2cm。由于載波是周期信號(hào)，相位測(cè)量只能測(cè)出不足一周的小數(shù)部分，因此存在整周的確定問題整周模糊度的精確求解問題。37精選2021版課件載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波①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)。載波調(diào)制了電文之后變成了非連續(xù)的波偽距測(cè)量與載波相位測(cè)量38精選2021版課件載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波②碼相關(guān)法方法將所接收到的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）與接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼相乘。技術(shù)要點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)（弱）與接收機(jī)信號(hào)（強(qiáng)）相乘。特點(diǎn)限制：需要了解碼的結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量好（信噪比高）碼相關(guān)法39精選2021版課件載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波③平方法方法將所接收到的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）自乘。技術(shù)要點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)（弱）自乘。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無需了解碼的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：無法獲得導(dǎo)航電文，所獲載波波長(zhǎng)為原來波長(zhǎng)的一半，信號(hào)質(zhì)量較差（信噪比低，降低了30dB）平方法40精選2021版課件載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波④互相關(guān)（交叉相關(guān)）方法在不同頻率的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）進(jìn)行相關(guān)處理，獲取兩個(gè)頻率間的偽距差和相位差技術(shù)要點(diǎn)不同頻率的衛(wèi)星信號(hào)（弱）進(jìn)行相關(guān)。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無需了Y解碼的結(jié)構(gòu)，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了27dB）41精選2021版課件載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波⑤Z跟蹤方法：將衛(wèi)星信號(hào)在一個(gè)W碼碼元內(nèi)與接收機(jī)復(fù)制出的P碼進(jìn)行相關(guān)處理。在一個(gè)W碼碼元內(nèi)進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)（弱）與復(fù)制信號(hào)（強(qiáng)）進(jìn)行相關(guān)。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無需了解Y碼結(jié)構(gòu)，可測(cè)定雙頻偽距觀測(cè)值，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了14dB）42精選2021版課件載波相位測(cè)量43精選2021版課件GPS載波相位測(cè)量的基本原理理想情況實(shí)際情況44精選2021版課件載波相位觀測(cè)值觀測(cè)值整周計(jì)數(shù)整周未知數(shù)（整周模糊度）載波相位觀測(cè)值45精選2021版課件載波相位觀測(cè)的主要問題：無法直接測(cè)定衛(wèi)星載波信號(hào)在傳播路徑上相位變化的整周數(shù)，存在整周不確定性問題。此外，在接收機(jī)跟蹤GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)過程中，常常由于接收機(jī)天線被遮擋、外界噪聲信號(hào)干擾等原因，還可能產(chǎn)生整周跳變現(xiàn)象。有關(guān)整周不確定性問題，通常可通過適當(dāng)數(shù)據(jù)處理而解決，但將使數(shù)據(jù)處理復(fù)雜化。載波相位測(cè)量的主要問題46精選2021版課件載波相位測(cè)量值通常的相位測(cè)量或相位差測(cè)量只是測(cè)出一周以內(nèi)的相位值，實(shí)際測(cè)量中，如果對(duì)整周進(jìn)行計(jì)數(shù)，則自某一初始取樣時(shí)刻（t0）以后就可以取得連續(xù)的相位觀測(cè)值。Sj(t0)Sj(ti)N0kN0Int(φ)47精選2021版課件載波相位測(cè)量觀測(cè)方程t0時(shí)刻和tk

時(shí)刻的相位觀測(cè)值可以寫成：接收機(jī)在跟蹤衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，不斷測(cè)定小于一周的相位差，并利用整周計(jì)數(shù)器記錄從t0到tk

時(shí)間內(nèi)的整周數(shù)變化量Int(

)，這一時(shí)間段內(nèi)，要求衛(wèi)星信號(hào)沒有中斷。如果過程中衛(wèi)星失鎖了，那要采取其他方法進(jìn)行處理。48精選2021版課件載波相位測(cè)量的線性化原始形式：線性化后：誤差方程為：49精選2021版課件測(cè)相偽距觀測(cè)方程為：設(shè)50精選2021版課件測(cè)相偽距觀測(cè)方程可變?yōu)椋寒?dāng)存在多余觀測(cè)時(shí)，誤差方程式可表示為其中：51精選2021版課件當(dāng)同一歷元同步觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)為時(shí)，

則可一列出誤差方程組為：52精選2021版課件在一個(gè)歷元的觀測(cè)方程中，包含3個(gè)接收機(jī)坐標(biāo)未知參數(shù)，1個(gè)初始整周模糊度，1個(gè)接收機(jī)鐘差。接收機(jī)同時(shí)接收j個(gè)衛(wèi)星，就有4+j個(gè)未知參數(shù)，所以無法一個(gè)歷元定位，即不能實(shí)時(shí)定位。靜態(tài)定位，可觀測(cè)多個(gè)歷元，接收機(jī)鐘差隨歷元不同發(fā)生變化，用一個(gè)二階或三階多項(xiàng)式描述。53精選2021版課件若觀測(cè)n個(gè)歷元，每個(gè)歷元觀測(cè)m顆衛(wèi)星,有nm個(gè)觀測(cè)值。未知參數(shù)包含3個(gè)坐標(biāo)改正參數(shù)，3個(gè)接收機(jī)鐘差參數(shù)以及m個(gè)整周模糊度,共(6+m)個(gè)。為求解，必須mn大于等于6+m54精選2021版課件載波相位測(cè)量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)精度高，測(cè)距精度可達(dá)0.1m量級(jí)難點(diǎn)整周未知數(shù)問題整周跳變問題55精選2021版課件觀測(cè)衛(wèi)星的幾何分布及其對(duì)絕對(duì)定位精度的影響決定GPS絕對(duì)定位精度的兩個(gè)因素是：（1）所測(cè)衛(wèi)星在空間的幾何分布（衛(wèi)星分布的幾何圖形）。（2）觀測(cè)量的精度。56精選2021版課件以測(cè)碼偽距為觀測(cè)量，進(jìn)行動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位時(shí)，根據(jù)測(cè)碼偽距方程可以得到在空間直角坐標(biāo)系中權(quán)系數(shù)陣為或：絕對(duì)定位精度的評(píng)價(jià)57精選2021版課件對(duì)于大地坐標(biāo)系中相應(yīng)點(diǎn)位坐標(biāo)的權(quán)系數(shù)陣為：58精選2021版課件為偽距測(cè)量中誤差。根據(jù)不同要求，可采用不同的精度評(píng)價(jià)模型和相應(yīng)的精度因子：平面位置精度因子HDOP（HorizontalDOP)：相應(yīng)平面精度。高程精度因子VDOP(VerticalDOP)：相應(yīng)的高程精度?？臻g位置精度因子PDOP(PositionDOP)：相應(yīng)的三維定位精度。接收機(jī)鐘差精度因子TDOP（TimeDOP)：鐘差精度。幾何精度因子GDOP（GeometricDOP）：描述空間位置誤差和時(shí)間誤差綜合影響的精度因子。在導(dǎo)航學(xué)中，估算未知參數(shù)解的精度，一般采用有關(guān)精度因子DOP（Dilutionofprecision）的概念，其定義為：59精選2021版課件幾種精度因子的計(jì)算公式：平面位置精度因子HDOP：高程精度因子VDOP：空間位置精度因子PDOP：接收機(jī)鐘差精度因子TDOP：幾何精度因子GDOP：60精選2021版課件衛(wèi)星選擇原則由觀測(cè)站與4顆衛(wèi)星構(gòu)成六面體，設(shè)其體積為V所以，原則上應(yīng)在可測(cè)衛(wèi)星中，選擇各種可能的4顆衛(wèi)星的組合來計(jì)算相應(yīng)的GDOP（或PDOP），并選取其中GDOP（或PDOP）為最小的一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)和計(jì)算。1.衛(wèi)星高度角的控制。2.衛(wèi)星所構(gòu)成的空間圖形使其GDOP值最小。61精選2021版課件GPS接收機(jī)載體航速的測(cè)定設(shè)歷元測(cè)定載體的實(shí)時(shí)位置分別為：其運(yùn)動(dòng)速度可表示為：62精選2021版課件GPS測(cè)時(shí)利用GPS測(cè)時(shí)，目前主要有兩種方法（1）單站單機(jī)測(cè)時(shí)法63精選2021版課件（2）共視法原理：在兩個(gè)觀測(cè)站上各設(shè)一臺(tái)GPS接收機(jī)，并同步觀測(cè)同一衛(wèi)星，來測(cè)定兩用戶時(shí)鐘的相對(duì)偏差，從而達(dá)到高精度時(shí)間比對(duì)目的。設(shè)兩觀測(cè)站和，于歷元t同步觀測(cè)衛(wèi)星，則可以求得偽距分別為：64精選2021版課件將兩式相減65精選2021版課件GPS相對(duì)定位相對(duì)定位在兩個(gè)或若干個(gè)測(cè)量站上，設(shè)置GPS接收機(jī)，同步跟蹤觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，測(cè)定它們之間的相對(duì)位置在相對(duì)定位中，至少其中一點(diǎn)或幾個(gè)點(diǎn)的位置是已知的，即其在WGS－84坐標(biāo)系的坐標(biāo)為已知，稱之為基準(zhǔn)點(diǎn)。衛(wèi)星的星歷誤差，衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差和電離層、對(duì)流層延遲誤差，對(duì)同一顆衛(wèi)星的兩站觀測(cè)值的影響是相同的或基本相同通過相對(duì)定位可有效地消除或減弱這些誤差的影響，提高定位精度。66精選2021版課件GPS相對(duì)定位相對(duì)定位是高精度定位的基本方法廣泛應(yīng)用于高精度大地控制網(wǎng)、精密工程測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)和導(dǎo)彈和火箭彈道測(cè)量等方面相對(duì)定位有兩類解算方法：一是用直接觀測(cè)值組成定位觀測(cè)誤差方程、法方程，一并解算出兩點(diǎn)間的相對(duì)位置；另一類方法是將直接觀測(cè)值進(jìn)行不同的線性組合，構(gòu)成虛擬觀測(cè)值，由虛擬觀測(cè)值組成相應(yīng)的觀測(cè)誤差方程，進(jìn)行相對(duì)定位解算。67精選2021版課件1.直接法直接觀測(cè)值的相對(duì)定位，其最簡(jiǎn)單的方法為：兩點(diǎn)各自根據(jù)觀測(cè)值，組成觀測(cè)誤差方程，各自答解出點(diǎn)位坐標(biāo)；然后求兩點(diǎn)間的坐標(biāo)差，即兩點(diǎn)的相對(duì)位置。在已知其中一點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，即可求得另一點(diǎn)的坐標(biāo)。68精選2021版課件如在D和K點(diǎn)同時(shí)設(shè)站，在ti時(shí)刻同步觀測(cè)衛(wèi)星j的偽距，得觀測(cè)值為ρjDi和ρjKi。由偽距觀測(cè)值組成觀測(cè)誤差方程、法方程，解出D與K點(diǎn)的定位坐標(biāo)（X`D、Y`D、Z`D）和（X`K、Y`K、Z`K），則可得坐標(biāo)差ΔXDKX`K－X`DΔYDK

＝Y(jié)`K－Y`DΔZDKZ`K－Z`D

當(dāng)D點(diǎn)為已知點(diǎn)，其在WGS－84坐標(biāo)坐標(biāo)為（XD、YD、ZD），則可得待定點(diǎn)K的坐標(biāo)為XKXD＋ΔXDKYK

＝Y(jié)D＋ΔYDKZKZD＋ΔZDK69精選2021版課件代入前式，則得

XK

（XD－X`D）＋X`KX`K+δXD YK

＝（YD－Y`D）＋Y`K

＝Y(jié)`K+δYD ZK

（ZD－Z`D）＋Z`KZ`K+δZD這種相對(duì)定位的實(shí)質(zhì)是，利用已知點(diǎn)定位值與已知值之差（δXD、δYD、δZD）修正未知點(diǎn)的定位結(jié)果。因而消除或減弱了相同的或基本相同的誤差影響，提高定位精度。這樣，相對(duì)定位提高精度是以增加一點(diǎn)的多余觀測(cè)為代價(jià)的。70精選2021版課件2．求差法目前，相對(duì)定位中廣泛采用的方法是由直接觀測(cè)值線性組合構(gòu)成虛擬觀測(cè)值的方法，即所謂的求差法?？砂礈y(cè)站、衛(wèi)星和觀測(cè)歷元三個(gè)要素來產(chǎn)生和劃分相位差觀測(cè)值的各種形式不同的差分。由求差分次數(shù)的多寡可分為一次差、二次差和三次差觀測(cè)值。71精選2021版課件觀測(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)值的線性組合不同類型觀測(cè)值的線性組合72精選2021版課件同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合

——差分觀測(cè)值按差分方式可分為:站間差分星間差分歷元間差分按差分次數(shù)可分為：一次差二次差三次差73精選2021版課件差分觀測(cè)值的定義將相同頻率的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)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求差方式站間求差衛(wèi)星間求差歷元間求差74精選2021版課件與接收機(jī)無關(guān)與衛(wèi)星無關(guān)空間相關(guān)性強(qiáng)空間相關(guān)性強(qiáng)不隨時(shí)間變化原始載波相位觀測(cè)值75精選2021版課件站間求差（站間差分）求差方式同步觀測(cè)值在接收機(jī)間求差數(shù)學(xué)形式特點(diǎn)消除了衛(wèi)星鐘差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衛(wèi)星軌道誤差的影響76精選2021版課件星間求差（星間差分）求差方式同步觀測(cè)值在衛(wèi)星間求差數(shù)學(xué)形式特點(diǎn)消除了接收機(jī)鐘差的影響77精選2021版課件歷元間求差（歷元間差分）差分方式觀測(cè)值在間歷元求差數(shù)學(xué)形式特點(diǎn)消去了整周未知數(shù)參數(shù)78精選2021版課件單差、雙差和三差單差：站間一次差分雙差：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（三次差）單差雙差三差79精選2021版課件T1T2單差（Si