動態(tài)絕對定位原理

1、 動態(tài)絕對定位原理GPS絕對定位又叫單點(diǎn)定位，即以GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離觀測值為基礎(chǔ)，并根據(jù)衛(wèi)星星歷確定的衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)，直接確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中相對于坐標(biāo)原點(diǎn)（地球質(zhì)心）的絕對位置。根據(jù)用戶接收機(jī)天線所處的狀態(tài)不同，絕對定位又可分為動態(tài)絕對定位和靜態(tài)絕對定位。因?yàn)槭艿叫l(wèi)星軌道誤差、鐘差以及信號傳播誤差等因素的影響，靜態(tài)絕對定位的精度約為米級，而動態(tài)絕對定位的精度約為1040m。因此靜態(tài)絕對定位主要用于大地測量，而動態(tài)絕對定位只能用于一般性的導(dǎo)航定位中。將GPS用戶接收機(jī)安裝在載體上，并處于動態(tài)情況下，確定載體的瞬時絕對位置的定位方法，稱為動態(tài)絕對定位。一般，動態(tài)絕

2、對定位只能獲得很少或者沒有多余觀測量的實(shí)時解，因而定位精度不是很高，主要被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、船舶、陸地車輛等運(yùn)動載體的導(dǎo)航。另外在航空物探和衛(wèi)星遙感領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景。定位解算中，根據(jù)采用的距離觀測原理的不同，可以分為測碼偽距動態(tài)絕對定位和測相偽距動態(tài)絕對定位。一、測碼偽距動態(tài)絕對定位 測碼偽距觀測方程 （1）為了推導(dǎo)方便，?。?（2） 則測碼偽距觀測方程可寫為 （3）式中的電離層和對流層延遲改正數(shù)可從衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航電文中獲得，而衛(wèi)星在地球協(xié)議坐標(biāo)系中的坐標(biāo)也可從衛(wèi)星星歷中得到。顯然，式中在某個歷元只有測站在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)向量和接收機(jī)鐘的鐘差這4個未知參數(shù)，正是我們需要求解的。為此

3、，至少需要建立4個類似的方程。所以，用戶至少需要同步觀測4顆衛(wèi)星以便獲得4個以上測碼偽距觀測方程。在動態(tài)絕對定位的情況下，由于測站是運(yùn)動的，所以獲得的偽距觀測量很少。但為了獲得實(shí)時定位結(jié)果，必須至少同步觀測4顆衛(wèi)星。假設(shè)GPS接收機(jī)在測站于某一歷元同步觀測j顆衛(wèi)星（），則由（3）式可得： （4其誤差方程為： （5）當(dāng)同時跟蹤衛(wèi)星數(shù)剛好為4顆（即）時，無多余觀測量，此時上式中 （6）直接解此方程組得唯一定位解： （7）很明顯，當(dāng)同時觀測衛(wèi)星數(shù)多于4顆時，則觀測量的個數(shù)超過待求參數(shù)的個數(shù)，此時要利用最小二乘法平差求解誤差方程（5），得： （8）解的精度為： （9）式中 為解的中誤差；為偽距測量中誤

4、差；為權(quán)系數(shù)陣主對角線的相應(yīng)元素，。上述測碼偽距絕對定位模型（7）、（8），已被廣泛應(yīng)用于實(shí)時動態(tài)單點(diǎn)定位。因?yàn)橥ㄟ^衛(wèi)星星歷中獲得的衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)是WGS-84坐標(biāo)，因此解求得到的接收機(jī)位置坐標(biāo)也是WGS-84坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用中，有時給定的近似坐標(biāo)偏差較大，而且線性化過程中略去二次及二次以上項(xiàng)對平差結(jié)果也有影響，在解算過程中往往一次平差不能達(dá)到理想的解算結(jié)果，因此常常采用迭代法。順便要指出，這里在解算載體位置時，不是直接求出它的三維坐標(biāo)，而是求各個坐標(biāo)分量的修正分量，也就是給定用戶的三維坐標(biāo)初始值，而求解三維坐標(biāo)的改正數(shù)。在解算運(yùn)動載體的實(shí)時點(diǎn)位時，前一個點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)可作為后續(xù)點(diǎn)位的初始

5、坐標(biāo)值。二、測相偽距動態(tài)絕對定位載波相位方程（或測相偽距方程）的線性化形式： （10）令 （11）代入（10）式，則測相偽距觀測方程可寫為 （12）由于測相偽距法中引入了另外的未知參數(shù)整周未知數(shù)，因此，若和測碼偽距法一樣，觀測4顆衛(wèi)星無法解算出測站的三維坐標(biāo)。假設(shè)GPS接收機(jī)在測站于某一歷元同步觀測n顆以上衛(wèi)星（），則由（5-28）式可得誤差方程組為 （13）可見，誤差方程中的未知參數(shù)有：三個測站點(diǎn)坐標(biāo)，一個接收機(jī)鐘差，n個整周未知數(shù)。這樣誤差方程中總未知參數(shù)為4+n個，而觀測方程的總數(shù)只有n個，如此則不可能實(shí)時求解。如果在載體運(yùn)動之前，GPS接收機(jī)在時刻鎖定衛(wèi)星后，先保持載體靜止，求出整周模糊度，（）。據(jù)前述分析，只要在初始?xì)v元之后的后續(xù)時間里沒有發(fā)生衛(wèi)星失鎖現(xiàn)象，它們?nèi)匀皇侵慌c初始?xì)v元有關(guān)的常數(shù)，在載體運(yùn)動過程中當(dāng)成常數(shù)來處理。 則（13）式可寫為 （14） 這樣，就與（5）式在形式上完全一致。此時，同步觀測4顆以上衛(wèi)星，就可得到（8）是完全一樣的實(shí)時解，只是解方程過程中采用的是測相偽距觀測值，因此定位解的精度較之測碼偽距法要高。值得注意的是，采用測相偽距動態(tài)絕對定位時，載體上的GPS接收機(jī)在運(yùn)動之前必須初始化，而且運(yùn)動過程中不能發(fā)生信號失鎖，否則就無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時定位。然而載體在運(yùn)動過程