差分定位原理

1、相對定位原理 相對定位 確定進行同步觀測的接收機之間相對位置的定位方法，稱為相對定位。 使用觀測值 載波相位（L1、L2載波） 原因： 載波波長比較短，測量精度高。 不同載波相位觀測量的組合可以消除或削弱誤差。 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 International GPS Service精密星歷時為ITRF International Terrestrial Reference Frame相對定位原理 精度水平： 廣播星歷：10-7-10-6 精密星歷： 10-9-10-8 應(yīng)用 相對定位是目前GNSS定位中精度

2、最好的一種定位方法，廣泛的應(yīng)用于大地測量、精密工程測量。相對定位原理 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)相對定位原理載波相位測量的觀測方程PAPPPPPAAtAiontropAtAAPffffVfVNVVccc為便于表示，把測站 對衛(wèi)星 的觀測方程記為：SRiiiitiontropitiNcVcVVV RSittiontropiiVVVV：只與接收機有關(guān)：只與衛(wèi)星有關(guān)、：與信號傳播的路徑有關(guān)，距離較近時有很強的相關(guān)性SRiiiitiontropitifffNfVfVVVccc兩邊同時除以相對定位原理 相對定位的類型 同類型同頻率觀測值

3、的線性組合 單差 雙差 三差 同類型不同頻率觀測值的線性組合（了解） 寬巷 窄巷相對定位原理 求差的方法 單差形式在接收機（測站）間求差在衛(wèi)星間求差在歷元間求差 二次差形式 在接收機和衛(wèi)星間求二次差 在接收機和歷元間求二次差 在衛(wèi)星和歷元間求二次差 三次差形式 在接收機、衛(wèi)星和歷元間求三次差相對定位原理 單差 不同觀測站（接收機）觀測相同衛(wèi)星所得觀測量之差。相對定位原理 單差數(shù)學(xué)表達(dá)PAPBBAPPPPPAAtAiontropAtAPPPPPBBtBiontropBtBPPPPPPPPBABAttBAionionBAPPtroptropBAPABABA BPffffVfVNVVcccffffV

4、fVNVVcccfff VVNNVVccfVVcfc測站 、 對衛(wèi)星 的觀測方程為：上面兩個式子相減即得：簡寫為： ABPPPPtABiontropABABfff VNVVcc 相對定位原理 雙差 不同觀測站同步觀測同一組衛(wèi)星，所得單差觀測值之差。相對定位原理 雙差數(shù)學(xué)表達(dá)ABABPPPPPABABtABiontropABABqqqqqABABtABiontropABABpqpqpqpqpqABABABiontropABABpABA Bpqffff VNVVcccffff VNVVcccfffNVVccc 測站 、 對衛(wèi)星 、 的單差觀測方程為：上面兩式子相減得到：在兩個測站距離較近時，電離層

5、和對流層可以認(rèn)為已經(jīng)差掉qpqpqABABfNc相對定位原理 三差 不同歷元同步觀測同一組衛(wèi)星所得雙差觀測量之差。二、相對定位原理 三差數(shù)學(xué)表達(dá) 11111222222121212pqpqpqpqpqABABABiontropABABpqpqpqpqpqABABABiontropABABpqpqpqpqpqpqABABABABionionABABpqtropABffftttNVtVtcccffftttNVtVtcccffttttVtVtccfVtc時刻：時刻： 1pqtropABVt相對定位原理采用差分觀測值的缺陷 數(shù)據(jù)利用率低 只有同步數(shù)據(jù)才能進行差分 引入基線矢量替代了位置矢量 差分觀測值

6、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相對定位原理 位置差分原理 位置差分GPS是一種最簡單的差分方法。安置在已 知點基準(zhǔn)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(zhǔn)站的坐標(biāo)(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(biāo)與已知基準(zhǔn)站坐標(biāo)(X，Y，Z)不一樣， 存在誤差。即： 式中：X、Y、Z為坐標(biāo)改正數(shù)，基準(zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈 將坐標(biāo)改正數(shù)發(fā)送給用戶站。相對定位原理 位置差分原理 用戶站用接收到的坐標(biāo)改正數(shù)對其坐標(biāo)進行改正： 經(jīng)過坐標(biāo)改正后的用戶坐標(biāo)已消去了基準(zhǔn)站與用

7、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。相對定位原理 位置差分的優(yōu)點是需要傳輸?shù)牟罘指恼龜?shù)較少， 計算方法較簡單，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(zhǔn)站與用戶站必須保持觀測同一組衛(wèi) 星，由于基準(zhǔn)站與用戶站接收機配備的不完全相同，且兩站觀測環(huán)境也不完全相同，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相對定位原理 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(zhǔn)站上利用已知坐標(biāo)求出測站至衛(wèi)星的

8、距離，并將其與含有誤差的測量距離比較，然后利用一個-濾波器將此差值濾波并求出其偏差，并將所有衛(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。最后，用戶利用改正后的偽距求出自身的坐標(biāo)。如果基準(zhǔn)站、用戶站均觀測了相同的4顆或4顆以上的衛(wèi)星，即可實現(xiàn)用戶站的定位。相對定位原理 偽距差分原理 其定位基本公式如下：相對定位原理 由于偽距差分可提供單顆衛(wèi)星的距離改正數(shù)Di，因此用戶站可選其中任意4顆相同衛(wèi)星的偽距改正數(shù)進行改正，而不必要求兩站觀測的衛(wèi)星完全相同，且偽距改正數(shù)是直接在WGS-84坐標(biāo)系上進行的，是一種直接改正數(shù)，不必先變換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，定位精度更高，且使用更方便。相對定位原理 由

9、于偽距差分定位依賴于兩站公共誤差的抵消來提高定位精度，誤差抵消的程度決定了精度的高低。而誤差的公共性在很大程度依賴于兩站距離，隨著兩站距離的增加，其誤差公共性逐漸減弱，例如對流層、電離層誤差。因此用戶和基準(zhǔn)站之間的距離對精度有著決定性的影響，用戶站離基準(zhǔn)站的距離越大，偽距差分后的剩余誤差越大，定位精度越低。相對定位原理相位平滑偽距差分 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，因而消除了兩偽距觀測值中所含有的共同的系統(tǒng)誤差，但是卻無法消除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，如果能用載波相

10、位觀測值對偽距觀測值進行修正，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。相位平滑偽距差分 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，可利用這一信息來輔助偽距差分定位，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，可消除整周未知數(shù)，可利用歷元間的相位差觀測值對偽距進行修正，即所謂的相位平滑偽距差分。載波相位差分 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，其基本思想是：在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機，對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，并通過無線電傳輸設(shè)備

11、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(biāo)。載波相位差分 載波相位差分原理 載波相位差分GPS有兩種定位方法，一種與偽距差分相同，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行改正實現(xiàn)定位，該方法稱為修正法。 另一種是將基準(zhǔn)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行坐標(biāo)解算，這種方法稱為求差法。 5、整周未知數(shù)的動態(tài)求解最最小二乘搜法最最小二乘模度不相關(guān)法（LAMBDA）乘模度度數(shù)法綜法（AOTF

12、）載波相位實時動態(tài)差分技術(shù) 6、載波相位實時動態(tài)差分技術(shù) RTK（Real Time Kinematic）GPS技術(shù)實時差分動態(tài)（Real Time KinematicRTK）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)綜而構(gòu)成的組綜系統(tǒng)。它是GPS測量技術(shù)發(fā)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根據(jù)的實時差分GPS測量技術(shù)。RTK 測量技術(shù)是準(zhǔn)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)綜而產(chǎn)生的，它完全可以達(dá)到“精度、速度、實時、可用”等各方面的要求。RTK RTK Real Time Kinametic（實時動態(tài)差分） 系統(tǒng)構(gòu)成 參考站（基準(zhǔn)站） 流動站 數(shù)據(jù)鏈

13、應(yīng)用廣域差分GPS技術(shù) 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） 增強型的差分GPS系統(tǒng)DGPS 1、什么是差分GPS（DGPS Differential GPS） 基本思路：利用設(shè)于坐標(biāo)已知的參考站，計算各類改正數(shù) 影響GPS測量定位的誤差DGPS 誤差的特性 衛(wèi)星軌道誤差：影響大最與測站位置有關(guān)，距離較近時，影響大最相近（誤差的空間位置相關(guān)性） 衛(wèi)星鐘差：影響大最與測站無關(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)DGPS 差分GPS 基準(zhǔn)站（Reference/Base Station）與流動站 （Mobile/Rover Station） 差分改正數(shù)DGPS 差分GPS系統(tǒng)的構(gòu)成局域差分與廣域差分差分 2、局域差分與廣域差分差分 局域差分 局域差分GPS（LADGPS Local Area DGPS） 基準(zhǔn)站作用距離：數(shù)百公里 特點：用戶根據(jù)多個基準(zhǔn)站所提供的改正信息經(jīng)平差計算后求的用戶站定位改正數(shù)局域差分與廣域差分差分 廣域差分GPS（WADGPS Wide Area DGPS） 基準(zhǔn)站作用距離：數(shù)千公里 特點：將各