第五章-GPS衛(wèi)星定位基本原理1.ppt

第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理,5.1概述5.2偽距測量5.3載波相位測量5.4整周跳變的修復(fù)5.5GPS絕對定位與相對定位5.6美國的GPS政策5.7差分GPS定位原理,5.1概述,測角交會前方交會后方交會測邊（距）交會法兩條邊可確定P點坐標(biāo)無線電導(dǎo)航定位衛(wèi)星激光測距定位,GPS定位基本原理,運(yùn)用空間距離前方交會的方法求出衛(wèi)星的位置。運(yùn)用空間距離后方交會的方法求測站點的位置。觀測值：距離,GPS定位方法及分類,依據(jù)測距的原理劃分：偽距法定位（測碼）載波相位測量定位（測相）差分定位依據(jù)（接收機(jī)）待定點運(yùn)動狀態(tài)劃分動態(tài)定位認(rèn)為接收機(jī)相對于地面是運(yùn)動的靜態(tài)定位認(rèn)為接收機(jī)相對于地面靜止不動絕對定位與相對定位：絕對定位求測站點相對于地心的坐標(biāo)；（靜態(tài)）相對定位求測站點相對于某已知點的坐標(biāo)增量；,5.2偽距測量,GPS測距碼5.2.1偽距:衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時間乘以光速。5.2.2偽距定位觀測方程,GPS測距碼,模二相加運(yùn)算規(guī)則脈沖：在短時間內(nèi)突變，隨后又迅速返回到其初始值的物理量；脈沖信號：像脈搏跳動一樣的信號，相對于直流，斷續(xù)的信號。,碼：表達(dá)信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合,四級反饋移位寄存器的狀態(tài)序列,四級反饋移位寄存器,tu：鐘脈沖的時間間隔碼值1碼狀態(tài)-1碼值0碼狀態(tài)+1,GPS測距碼,C/A碼（Coarse/AcquisitionCode）10級1周期含碼元數(shù)N：1023；碼率：1.023MHz；碼元寬度tu：0.98us(293.05m)；精度：2.9m周期：Tu=Ntu=1ms；粗碼/捕獲碼；僅被調(diào)制在L1上P（Y）碼（PreciseCode）1周期含碼元數(shù)：6.191012；碼率：10.23MHz；周期：7天；碼元寬度：0.098us(29.30m)；精度:0.29m精碼；被調(diào)制在L1和L2上,測距碼（續(xù)）,5.2.1碼相關(guān)偽距測量原理,（1）衛(wèi)星依據(jù)自己時鐘（鐘脈沖）發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測距碼，經(jīng)過t時的傳播到達(dá)GPS接收機(jī)。（2）接收機(jī)在自己鐘脈沖驅(qū)動下，產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼。（3）通過時延器使之延遲時間，對兩碼進(jìn)相關(guān)比較。（4）直至兩碼完全對齊，相關(guān)系數(shù)R（t）=max=1，則該時間延遲即為傳播時間t（=t）。（5）距離=ct=c。,復(fù)制碼接收碼,5.2.2偽距定位觀測方程,由衛(wèi)星鐘驅(qū)動下產(chǎn)生的GPS信號，離開衛(wèi)星發(fā)射天線，在地球引力場中穿越大氣層，進(jìn)入接收機(jī)內(nèi)部，與接收機(jī)自身產(chǎn)生的參考信號相比較，得到GPS觀測值。觀測方程要反映該過程,5.2.2偽距定位觀測方程,三種時間系統(tǒng),5.2.2偽距定位觀測方程,偽距,信號傳播時間,衛(wèi)星發(fā)出信號時間（以衛(wèi)星鐘面時間標(biāo)準(zhǔn)）接收機(jī)接收的時間（以接收機(jī)鐘面時間標(biāo)準(zhǔn)）,RINEX2格式的廣播電文含義,地球大氣結(jié)構(gòu),大氣折射效應(yīng),色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)色散介質(zhì)：對不同頻率的信號，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不同非色散介質(zhì)：對不同頻率的信號，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同對GPS信號來說，電離層是色散介質(zhì)，對流層是非色散介質(zhì),電離層對C/A碼影響,C/A碼在電離層中以群速Vg傳播（級數(shù)展開）其速度與頻率有關(guān)電離層改正的大小主要取決于電子總量和信號頻率,電離層對載波影響,載波是正弦波在電離層中以相速度傳播,電離層影響與太陽黑子活動有關(guān)與衛(wèi)星到接收機(jī)方向有關(guān)，天頂方向最大50m延遲高度角20時150m延遲,對流層影響,從地面到高空40KM大氣層為對流層；電磁波經(jīng)過對流層會產(chǎn)生延遲，和溫度、濕度、氣壓有關(guān)；天頂方向可達(dá)23m，高度角10o，可達(dá)13m。,5.2.2偽距定位觀測方程,考慮大氣影響，偽距測量方程為,偽距測量的特點：無模糊度，精度低。,5.3載波相位測量,1.采用載波相位測量原因及重建載波5.3.1載波相位測量原理5.3.2載波相位測量.的觀測方程5.3.3整周未知數(shù)N0的確定,1、采用載波相位測量原因,測距碼測距精度對于一些高精度的應(yīng)用無法滿足C/A2.9P0.29m載波的波長短，可達(dá)到很高的精度,載波,L1頻率：154f0=1575.43MHz；波長：19.03cmL2頻率：120f0=1227.60MHz；波長：24.42cm,衛(wèi)星信號的調(diào)制,二進(jìn)制信號的相位調(diào)制,調(diào)相PM,重建載波,重建載波：將載波上的測距碼和導(dǎo)航電文去掉，將信號恢復(fù)成連續(xù)的載波信號。,重建載波的方法,碼相關(guān)法平方法互相關(guān)（交叉相關(guān)）Z跟蹤技術(shù),碼相關(guān)法,優(yōu)點：同時獲得載波、偽距觀測值和導(dǎo)航電文；和獲得全波長的載波，信號的信躁比好。缺點：必須知道調(diào)制碼的結(jié)構(gòu)，無法恢復(fù)L2載波。,平方法,優(yōu)點：無須知道碼的結(jié)構(gòu)；可以恢復(fù)L2載波（非原始L2）；缺點：無法獲得偽距觀測值和導(dǎo)航電文，增加了數(shù)據(jù)處理難度；得到半波長載波，模糊度更難確定；信號的信躁比差。,互相關(guān)法,將不同頻率的調(diào)制信號進(jìn)行相關(guān)處理，得到兩個基本點頻率間的偽距差和相位差。優(yōu)點：可獲得雙頻偽距觀測值；全波長的L1和L2載波以及導(dǎo)航電文；缺點：信躁比較差，但比平方法高。,Z跟蹤技術(shù),AS技術(shù)：P碼W碼Y碼W碼的碼元寬度約為P碼的二十倍在一個W碼元寬度內(nèi)Z跟蹤技術(shù)：將接收機(jī)復(fù)制的P碼在1個W碼元寬度內(nèi)與衛(wèi)星信號進(jìn)行相關(guān)處理。優(yōu)點：無須了解Y碼結(jié)構(gòu)；可獲得雙頻偽距觀測值、導(dǎo)航電文和全波長的L載波；信號質(zhì)量較平方法和互相關(guān)法好。,載波相位測量的特點,優(yōu)點精度高，測距精度可達(dá)0.1mm量級難點整周未知數(shù)問題整周跳變問題,5.3.1GPS載波相位測量原理,5.3.1GPS載波相位測量原理,GPS載波相位測量的基本原理,理想情況,實際情況,載波相位觀測值,觀測值整周計數(shù)整周未知數(shù)（整周模糊度）,GPS載波相位測量的基本原理,載波相位測量的觀測量是GPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號與接收機(jī)本振參考信號的相位差。,k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時刻tk時觀測j衛(wèi)星所取得的相位觀測量,5.3.2載波相位觀測方程,在初始時刻t0，測得小于一周的相位差為，其整周數(shù)為，此時包含整周數(shù)的相位差為,5.3.2載波相位觀測方程,接收機(jī)繼續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號，不斷測定小于1周的相位差，同時計數(shù)器記錄從到時間內(nèi)的整周變化量，只要衛(wèi)星信號沒中斷，初始時刻的整周模糊度為一常數(shù)。時刻衛(wèi)星到接收機(jī)的相位差為,5.3.2載波相位觀測方程,在GPS標(biāo)準(zhǔn)時刻Ta（衛(wèi)星鐘時刻ta）衛(wèi)星發(fā)射的載波相位為,經(jīng)傳播延遲，在GPS標(biāo)準(zhǔn)時刻Tb（接收機(jī)鐘面時刻tb）到達(dá)接收機(jī)電磁波傳播原理在Tb時,接收機(jī)本振產(chǎn)生的載波相位為Tb時的相位差為,載波相位觀測方程,考慮大氣延遲相位差,偽距測量與載波相位測量的觀測方程的聯(lián)系,5.3.3整周模糊度的確定,整周未知數(shù),5.3.3整周模糊度的確定,偽距法將偽距觀測值減去載波相位測量的實際觀測值(化為以距離為單位)后即可得到N0。（實時動態(tài)相對定位RTKP碼雙頻法）將整周未知數(shù)當(dāng)作平差中的待定參數(shù)經(jīng)典方法1）整數(shù)解短基線測量2）實數(shù)解長基線測量多普勒法(三差法)將相鄰兩個觀測歷元的載波相位相減，消去了整周未知數(shù)N0，從而直接解出坐標(biāo)參數(shù)。常用來獲得未知參數(shù)的初始值。,整周模糊度的確定,快速確定整周未知數(shù)法這種方法對某一置信區(qū)間所有整數(shù)組合一一進(jìn)行平差，取估值的驗后方差或方差和為最小的一組整周未知數(shù)作為整周未知數(shù)的最佳估值。進(jìn)行短基線定位時，利用雙頻接收機(jī)只需觀測一分鐘便能成功地確定整周未知數(shù)。用于快速靜態(tài)定位。（精度cm級）,5.4整周跳變修復(fù),整周跳變：衛(wèi)星信號中斷或失鎖，接收機(jī)計數(shù)器無法連續(xù)計數(shù)使整周計數(shù)不正確，但不到一整周的相位觀測值仍是正確的。簡稱周跳。,產(chǎn)生周跳的原因,建筑物或樹木等障礙物的遮擋電離層電子活動劇烈多路徑效應(yīng)的影響衛(wèi)星信噪比(SNR)太低接收機(jī)的高動態(tài)接收機(jī)內(nèi)置軟件的設(shè)計不周全電源故障或振蕩器本身故障使信號中斷？,周跳的特點,周跳只引起載波相位觀測量的整周數(shù)發(fā)生跳躍，小數(shù)部分則是正確的。周跳具有繼承性，即從發(fā)生周跳的歷元開始，以后所有歷元的相位觀測值都受到這個周跳的影響。周跳發(fā)生非常頻繁。,周跳修復(fù)的必要性,相位觀測值中存在周跳，相當(dāng)于觀測值中存在粗差，將會嚴(yán)重影響GPS基線解算過程中的最小二乘估計，使基線解算失敗或嚴(yán)重歪曲基線解算的結(jié)果。在GPS動態(tài)定位中，如數(shù)值為1周的周跳不修復(fù)，將會導(dǎo)致數(shù)十厘米的誤差。這對于高精度的GPS測量是無法接受的。周跳的探測與修復(fù)是GPS載波相位數(shù)據(jù)處理中不可缺少的組成部分,只有消除了周跳的“干凈”相位數(shù)據(jù)，才能用于GPS精密定位。,5.5GPS絕對定位與相對定位,絕對定位,相對定位,5.5.1GPS單點定位（絕對定位）,定義：單獨利用一臺接收機(jī)確定待定點在地固坐標(biāo)系中絕對位置的方法定位結(jié)果與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的絕對坐標(biāo)采用廣播星歷時屬WGS-84采用IGSInternationalGPSService精密星歷時為ITRFInternationalTerrestrialReferenceFrames特點優(yōu)點：一臺接收機(jī)單獨定位，觀測簡單，可瞬時定位缺點：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低應(yīng)用領(lǐng)域低精度導(dǎo)航、資源普查,GPS絕對定位的方法,絕對定位,靜態(tài)絕對定位,接收機(jī)天線處于靜止?fàn)顟B(tài)下，確定觀測站坐標(biāo)的方法稱為靜態(tài)絕對定位。這時，可以連續(xù)地在不同歷元同步觀測不同的衛(wèi)星，測定衛(wèi)星至觀測站的偽距，獲得充分的多余觀測量。測后通過數(shù)據(jù)處理求得觀測站的絕對坐標(biāo)。,偽距法絕對定位,偽距測量觀測方程令測站坐標(biāo)的近似值測站坐標(biāo)的改正數(shù),誤差方程推導(dǎo),偽距觀測方程,觀測方程線性化,誤差方程偽距中誤差權(quán)系數(shù)陣未知數(shù)中誤差,對定位精度的評價,GPS靜態(tài)絕對定位的精度，由兩個因素確定：其中一個是單位權(quán)中誤差，它由碼相關(guān)偽距測量的精度、衛(wèi)星星歷精度以及大氣折射影響等許多因素確定；另一個因素是未知參數(shù)的協(xié)因數(shù)矩陣?yán)眠@些元素的不同組合，定義出若干從不同側(cè)面描述衛(wèi)星空間幾何分布對定位精度影響的精度因子。,衛(wèi)星幾何分布精度因子,（1）水平分量精度因子HDOP(HorizontalDOP)（2）垂直分量精度因子VDOP(VerticalDOP)（3）三維位置精度因子PDOP(PositionDOP),衛(wèi)星幾何分布精度因子,（4）鐘差精度因子TDOP(TimeDOP)（5）幾何精度因子GDOP（GeometricDilutionPrecision）在測距精度一定的情況下，應(yīng)盡量采用精度因子小的一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測。即當(dāng)接收機(jī)跟蹤的衛(wèi)星多于4顆時，可選擇其中GDOP最小的一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測。這項工作稱為選星，由接收機(jī)完成。,精度因子,DOP值與單點定位時，所觀測衛(wèi)星的數(shù)量與分布有關(guān)，它所表示的是定位的幾何條件DOP值越小，定位的幾何條件越好精度因子的的數(shù)值與所測衛(wèi)星的幾何分布圖形有關(guān)。假設(shè)由觀測站與四顆觀測衛(wèi)星所構(gòu)成的六面體體積為V，則分析表明，精度因子GDOP與該六面體體積V的倒數(shù)成正比，即GDOP1/V觀測4顆衛(wèi)星時，任意兩方向之間的夾角為109度時，其六面體的體積最大,5.5.2靜態(tài)相對定位,定義：確定進(jìn)行同步觀測的接收機(jī)之間相對位置的定位方法，稱為相對定位。差分觀測值：將相同頻率的GPS載波相位觀測值依據(jù)某種方式求差所獲得的新的組合觀測值（虛擬觀測值）定位結(jié)果與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的基線向量（坐標(biāo)差）及其精度信息（采用廣播星歷時屬WGS-84；采用IGS精密星歷時為ITRF）基線向量中含有：2個方位基準(zhǔn)（一個水平方向，一個垂直方位）和1個尺度基準(zhǔn)，不含有位置基準(zhǔn),靜態(tài)相對定位,特點優(yōu)點：定位精度高缺點：多臺接收共同作業(yè)，作業(yè)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理復(fù)雜不能直接獲取絕對坐標(biāo)應(yīng)用高精度測量定位及導(dǎo)航,差分觀測值,定義：將相同頻率的GPS觀測值依據(jù)某種方式求差得到組合觀測值（虛擬觀測值）。特點：可以消去某些不重要的參數(shù)，或?qū)⒛承Υ_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按差分方式分站間差分星間差分歷元間差分按差分次數(shù)分一次差二次差三次差,觀測量的線性組合,ti時刻載波相位觀測量：,單差(SD-SingleDifference),在同一歷元,不同測站同步觀測相同衛(wèi)星,單差(SD),雙差（Double-DifferenceDD）,同一歷元，不同測站同步觀測同一組衛(wèi)星,在一次差的基礎(chǔ)進(jìn)一步消除了與接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項注意選取基星GPS基線向量處理時常用的模型,三差（Triple-DifferenceTD）,不同歷元，不同測站，同步觀測一組衛(wèi)星,在雙差的基礎(chǔ)上進(jìn)一步消除了：初始整周模糊度還有一些其它的載波相位觀測值的線性組合,差分模型的優(yōu)缺點,優(yōu)點：消除或減弱一些具有系統(tǒng)性誤差的影響減少平差計算中未知數(shù)的個數(shù),缺點：原始獨立觀測量通過求差將引起差分量之間的相關(guān)性平差計算中，差分法將使觀測方程數(shù)明顯減少基站和基星選取情況隨接收機(jī)的數(shù)量增多情況越來越復(fù)雜,采用差分觀測值的缺陷（求差法的缺陷）,數(shù)據(jù)利用率低只有同步數(shù)據(jù)才能進(jìn)行差分引入基線矢量替代了位置矢量差分觀測值間具有了相關(guān)性，使處理問題復(fù)雜化參數(shù)估計時，觀測值的權(quán)陣某些參數(shù)無法求出某些信息在差分觀測值中被消除,各種誤差對相對定位結(jié)果的影響,衛(wèi)星軌道誤差削弱衛(wèi)星鐘差消除大氣折射誤差削弱接收機(jī)鐘差消除接收機(jī)天線相位中心偏差和變化消除,5.7差分GPS,從廣義講：相對定位包含差分；狹義的相對定位一般指靜態(tài)相對定位。本節(jié)的差分：指狹義上的差分定位,差分定位,靜態(tài)定位,動態(tài)定位,狹義上的差分定位（DGPS）,一臺接收機(jī)GPS接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測，根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實時地將這一改正數(shù)發(fā)送出去。用戶接收機(jī)在進(jìn)行GPS觀測的同時，也接收到基準(zhǔn)站的改正數(shù)，并對其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。,差分GPS產(chǎn)生的誘因,差分GPS產(chǎn)生的誘因：絕對定位精度不能滿足要求GPS絕對定位的精度受多種誤差因素的影響，不滿足某些特殊應(yīng)用的要求美國的GPS政策對GPS絕對定位精度的影響（選擇可用性SA）,SA關(guān)閉前后GPS絕對定位精度的變化,差分GPS（DGPSDifferentialGPS）,一臺接收機(jī)GPS接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測，根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實時地將這一改正數(shù)發(fā)送出去。用戶接收機(jī)在進(jìn)行GPS觀測的同時，也接收到基準(zhǔn)站的改正數(shù)，并對其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。,影響絕對定位精度的主要誤差,主要誤差衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星鐘差大氣延遲（對流層延遲、對流層延遲）多路徑效應(yīng)對定位精度的影響,差分GPS的基本原理,誤差的空間相關(guān)性各類誤差中除多路徑效應(yīng)均具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性，從而定位結(jié)果影響也有一定的空間相關(guān)性。差分GPS的基本原理利用基準(zhǔn)站（設(shè)在坐標(biāo)精確已知的點上）測定具有空間相關(guān)性的誤差或其對測量定位結(jié)果的影響，供流動站改正其觀測值或定位結(jié)果單站差分（改正數(shù)）的類型位置（坐標(biāo)）差分：基準(zhǔn)站上的接收機(jī)對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測，確定出測站的觀測坐標(biāo)，測站的已知坐標(biāo)與觀測坐標(biāo)之差即為位置的改正數(shù)。偽距差分：利用基準(zhǔn)站坐標(biāo)和衛(wèi)星星歷可計算出站星間的計算距離，計算距離減去觀測距離即為距離改正數(shù)。,差分技術(shù)消除GPS定位中存在的主要誤差,多臺接收機(jī)公有誤差，如：衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差；傳播延遲誤差，如：電離層誤差、對流層誤差；接收機(jī)固有的誤差，如：內(nèi)部噪聲、通道延遲、多路徑效應(yīng)。采用差分定位，可完全消除第一部分誤差，可大部分消除第二部分誤差。,差分GPS的分類,根據(jù)時效性實時差分事后差分根據(jù)觀測值類型偽距差分載波相位差分根據(jù)差分改正數(shù)位置差分（坐標(biāo)差分）距離差分根據(jù)工作原理和差分模型局域差分（LADGPSLocalAreaDGPS）單基準(zhǔn)站差分多基準(zhǔn)站差分廣域差分（WADGPSWideAreaDGPS）,位置差分,距離差分,距離改正,坐標(biāo)改正,單站GPS的差分（SRDGPS）位置差分,位置差分的計算步驟,設(shè)基準(zhǔn)站的精密坐標(biāo)已知（X0，Y0，Z0），在基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)測出的坐標(biāo)為：X、Y、Z（包含著軌道誤差、時鐘誤差、SA影響、大氣影響、多路徑效應(yīng)及其他誤差），即可按下式求出其坐標(biāo)改正數(shù)為：,(5-59),基準(zhǔn)站用數(shù)據(jù)鏈，將改正數(shù)發(fā)送給用戶：,（5-60）,（5-61）,位置差分特點：,位置差分優(yōu)點：差分改正計算的數(shù)學(xué)模型簡單，適用于各種型號的GPS接收機(jī)差分?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量少消除用戶站和基準(zhǔn)站的共同誤差，提高了定位精度。位置差分缺點：基準(zhǔn)站與流動站要求觀測完全相同的一組衛(wèi)星（兩站觀測環(huán)境不完全相同，誤差不很匹配，影響定位精度）長距離誤差大，只適用100km內(nèi),偽距差分的步驟：根據(jù)基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)（X0，Y0，Z0）和測出的各衛(wèi)星的地心坐標(biāo)按下式求出每顆衛(wèi)星每一時刻到基準(zhǔn)站的真正距離：,（5-62）,（5-63）,（5-64）,單站GPS的差分（SRDGPS）偽距差分,單站GPS的差分（SRDGPS）偽距差分,(5-65),(5-66),基準(zhǔn)站將發(fā)送給用戶，用戶在測出的偽距上加上改正數(shù)，求出經(jīng)改正后的偽距,并按下式計算坐標(biāo),為兩站接收機(jī)鐘差之差,偽距差分優(yōu)點將兩站公共誤差抵消。基準(zhǔn)站提供所有衛(wèi)星的距離改正數(shù)，用戶觀測其中任意4顆衛(wèi)星就可定位。偽距差分缺點差分改正計算的數(shù)學(xué)模型較復(fù)雜差分?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較多精度隨基準(zhǔn)站到用戶的距離增加而降低。,偽距差分特點,載波相位差分GPS定位原理在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機(jī)，對衛(wèi)星進(jìn)行連續(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(biāo)信息傳送給用戶站；用戶站一方面通過接收機(jī)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(zhǔn)站傳送的觀測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實時地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并實時地以厘米級的精度給出用戶站的三維坐標(biāo)。,修正法,求差法,方法,單站GPS的差分載波相位差分(RealTimeKinematic),載波相位差分GPS定位原理,修正法基準(zhǔn)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(jìn)行改正實現(xiàn)定位。,求差法（RTK）將基準(zhǔn)站觀測的載波相位觀測值實時地發(fā)送給用戶觀測站，在用戶站對載波相位觀測值求差，獲得諸如靜態(tài)相對定位的單差、雙差、三差求解模型，并采用與靜態(tài)相對定位類似的求解方法進(jìn)行求解。,修正法原理,衛(wèi)星到測站點相位差,基準(zhǔn)站偽距改正數(shù),用基準(zhǔn)站偽距改正數(shù)對用戶站偽距進(jìn)行改正,當(dāng)基準(zhǔn)站與用戶站距離小于30KM時,在GPS動態(tài)定位中，快速準(zhǔn)確求定“整周未知數(shù)”的整數(shù)解較GPS靜態(tài)定位具有更為重要的意義。由于在動態(tài)定位的短時間觀測中，衛(wèi)星位置相對接收機(jī)變化非常?。ㄒ驗樾l(wèi)星軌道很高，約2104km），此時，準(zhǔn)確求定整周未知數(shù)具有相當(dāng)難度。如整周未知數(shù)為實數(shù)，則由載波相位觀測值求得的GPS偽距觀測值不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致GPS基線解的精度不高，難以實現(xiàn)快速準(zhǔn)確定位。反之，當(dāng)整周未知數(shù)以整數(shù)正確確定，則高精度的載波相位觀測值就可以作為高精度的偽距觀測值，極大地提高基線解的精度，從而達(dá)到大大縮短觀測時間的目的。因此整周知數(shù)的快速準(zhǔn)確確定，是GPS動態(tài)定位的瓶頸問題，成為目前GPS研究的熱點領(lǐng)域之一。,整周未知數(shù)的動態(tài)求解,最小二乘搜索法在小于10km的基線上，采用雙頻觀測數(shù)據(jù)，觀測7顆或7顆以上衛(wèi)星時，可實時解得整周未知數(shù)；而若觀測的衛(wèi)星小于6顆衛(wèi)星時，搜索時間將顯著增加。最小二乘模糊度不相關(guān)法前一方法的改進(jìn)。模糊度函數(shù)法綜合法,模糊度算法,求差法,定位程序1、用戶站保持不動，靜態(tài)觀測若干歷元，并將基準(zhǔn)站的觀測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈傳送給用戶，按靜態(tài)相對定位法求整周未知數(shù)。（初始化）2、將求出的整周未知數(shù)代入雙差模型，此時雙差模型中只包含3個位置分量，觀測4-6顆衛(wèi)星1個歷元，實時解出3個位置分量；3、將求出的坐標(biāo)增量加上已輸入的基準(zhǔn)站的WGS-84坐標(biāo)就可得到用戶站的地心坐標(biāo)；4、利用已獲得的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，將用戶站的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到當(dāng)?shù)氐目臻g直角坐標(biāo)系。,RTK-實時動態(tài)載波相位測量,結(jié)構(gòu)：1個基準(zhǔn)站+n個流動站通訊：GPRS關(guān)鍵技術(shù)：雙差載波模糊度搜索與解算（OTF）初使化（求解整周模糊度）精度：水平13厘米工作距離：小于20KM意義：精密定位實時化,RTKGPS定位設(shè)備,GPS接收設(shè)備,數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),軟件系統(tǒng),該系統(tǒng)中至少應(yīng)包含兩臺GPS接收機(jī)，其中一臺安置在基準(zhǔn)站上，另一臺或若干臺分別安置在不同的流動用戶站上?；鶞?zhǔn)站應(yīng)設(shè)在坐標(biāo)已知的點上，且觀測條件較好的位置上。作業(yè)期間，基準(zhǔn)站的接收機(jī)應(yīng)連續(xù)跟蹤全部可見GPS衛(wèi)星，并將觀測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實時地發(fā)送給用戶站。當(dāng)系統(tǒng)中包含多個用戶接收機(jī)時，基準(zhǔn)站上的接收機(jī)宜采用雙頻接收機(jī)。,GPS接收設(shè)備,基準(zhǔn)站與用戶站之間的聯(lián)系是由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)鏈）完成的，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備之一，它由調(diào)制解調(diào)器和無線電臺組成。在基準(zhǔn)站上，調(diào)制解調(diào)器將有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和調(diào)制，然后由無線電發(fā)射臺發(fā)射出去。用戶站上的無線電接收臺將其接收下來，并由解調(diào)器將數(shù)據(jù)解調(diào)還原，送入用戶站上的GPS接收機(jī)中。,數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),軟件系統(tǒng)的質(zhì)量與功能，對于保障實時動態(tài)測量的可行性、測量結(jié)果的精確性與可靠性，具有決定性的意義。實時動態(tài)測量的軟件系統(tǒng)應(yīng)具有如下主要功能：(1)整周未知數(shù)的動態(tài)快速解算。(2)實時解算用戶站在WGS-84地心坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。(3)求解坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。(4)根據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。(5)解算結(jié)果質(zhì)量分析與精度評定。(6)測量結(jié)果的顯示與繪圖。,軟件系統(tǒng),單站GPS的差分（SRDGPS）載波相位差分(續(xù)),載波相位差分的關(guān)鍵技術(shù)求起始相位模糊度初使化（求解整周模糊度）RTK的應(yīng)用于海上精密定位，地形測圖和地籍測繪RTK缺點：RTK技術(shù)也同樣受到基準(zhǔn)站至用戶距離的限制，為解決此問題，發(fā)展成局部區(qū)域差分和廣域差分技術(shù)。通常把一般差分定位系統(tǒng)叫做DGPS，局部區(qū)域差分定位系統(tǒng)叫做LADGPS，廣域差分系統(tǒng)叫做WADGPS。關(guān)鍵技術(shù)是高波特率數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院涂垢蓴_性,結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)站（一個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計算方法）提供距離改正和距離改正的變率特點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)、模型簡單缺點：差分范圍小，精度隨距基準(zhǔn)站距離的增加而下降，可靠性低,單基準(zhǔn)站局域差分,多基準(zhǔn)站局域差分（LADGPS）,結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)站（多個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶數(shù)學(xué)模型（差分改正數(shù)的計算方法）加權(quán)平均偏導(dǎo)數(shù)法最小方差法特點優(yōu)點：差分精度高、可靠性高，差分范圍增大缺點：差分范圍仍然有限，模型不完善,5.7.2局部區(qū)域GPS差分系統(tǒng)（LADGPS）,在區(qū)域中布設(shè)一個差分網(wǎng)，該網(wǎng)由若干個差分GPS基準(zhǔn)站組成，通常包含一個或數(shù)個監(jiān)控站。區(qū)域內(nèi)的用戶接收多個基準(zhǔn)站所提供的改正信息，經(jīng)過平差后求得自己的改正數(shù)。這種差分GPS定位系統(tǒng)稱為局部區(qū)域差分GPS系統(tǒng)，簡稱LADGPS。局部區(qū)域差分GPS技術(shù)通常采用加權(quán)平均法或最小方差法對來自多個基準(zhǔn)站的改正信息（坐標(biāo)改正數(shù)或距離改正數(shù)）進(jìn)行平差計算以求得自己的坐標(biāo)改正數(shù)或距離改正數(shù)。其系統(tǒng)的構(gòu)成為：有多個基準(zhǔn)站，每個基準(zhǔn)站與用戶之間均有無線電數(shù)據(jù)通信鏈。用戶與基準(zhǔn)站之間的距離一般在500km以內(nèi)才能獲得較好的精度。,5.7.3廣域GPS差分系統(tǒng)（WADGPS）,基本思想對GPS觀測量的誤差源加以區(qū)分，并單獨對每一種誤差源分別加以“模型化”，然后將計算出的每一誤差源的數(shù)值，通過數(shù)據(jù)鏈傳輸給用戶，對用戶GPS定位的誤差加以改正，達(dá)到削弱這些誤差源，改善用戶GPS定位精度的目的。糾正誤差的種類星歷誤差；大氣延時誤差；衛(wèi)星鐘誤差,工作流