衛(wèi)星定位原理二課件

1、回顧:偽距測(cè)量載波相位測(cè)量GPS定位原理絕對(duì)定位原理相對(duì)定位原理一、偽距測(cè)量觀測(cè)方程二、載波相位測(cè)量觀測(cè)方程 = i( ti ) j( tj )因?yàn)? tj = tj(GPS) -tj ， ti = ti(GPS) -ti 所以: = iti(GPS) -ti jtj(GPS) -tj 一般情況下有:(t+t) = (t) f t 而且 ti(GPS) = tj(GPS) t 所以:(ti(GPS) ) = j(tj(GPS) ) f t - ti(GPS) jtj(GPS) = f t = ti(GPS) f ti(jtj(GPS) - f tj) =ft f ti f tj 又因?yàn)?t =

2、C-1 Iij (t) Tij (t) 所以: =fC-1 Iij (t) Tij (t) f tjf ti 載波相位觀測(cè)方程：ij =fC-1 Iij (t) Tij (t) f tjf ti +N0j (t0)+Int()站星距離星鐘誤差機(jī)鐘誤差電離層改正對(duì)流層改正初始整周未知數(shù)整周數(shù)的變化量初始整周未知數(shù)N0的確定1、偽距法 在進(jìn)行載波相位測(cè)量的同時(shí)也進(jìn)行偽距測(cè)量，則將偽距測(cè)量所獲得的偽距觀測(cè)值減去載波相位測(cè)量觀測(cè)值中不足一周的部分和整周變化量部分（假設(shè)他們都已經(jīng)轉(zhuǎn)化為距離的單位）后即等于 N0 = = ( ) )(0jjIntN+D2、將N0視為平差中的待定參數(shù)來求解 N0的取值: 實(shí)

3、數(shù) 湊整 整數(shù) 實(shí)數(shù)解 整數(shù)解。3、多普勒法（三差法） 利用測(cè)站、衛(wèi)星和歷元間求三差的方法來解算坐標(biāo)未知參數(shù)，將其作為未知數(shù)的初始值代入雙差模型再求解整周未知數(shù)。整周跳變的修復(fù):1、整周跳變: 信號(hào)失鎖：由于某些原因?qū)е翯PS信號(hào)被 暫時(shí)阻斷的情況被稱為信號(hào)失鎖。 整周跳變( 周跳 )：由于某種原因，接收機(jī)整波計(jì)數(shù)器在一段時(shí)間內(nèi)記錄下來的整周數(shù)的變化量產(chǎn)生錯(cuò)誤，即錯(cuò)誤地記錄了整周數(shù)的變化量。這種現(xiàn)象被稱為整周跳變。2、整周跳變（ Int()有誤差）產(chǎn)生的原因:1).衛(wèi)星信號(hào)發(fā)生失鎖。2).接收機(jī)振蕩器的故障。3).外界信號(hào)的干擾。*3、整周跳變的修復(fù): 整周跳變的修復(fù)：是指利用一定的方法探測(cè)出

4、在何時(shí)產(chǎn)生了整周跳變，采取相應(yīng)的模型確定丟失的整周數(shù)，將其恢復(fù)成為正確的計(jì)數(shù)，這一過程成為整周跳變的修復(fù)。修復(fù)方法：1)、屏幕掃描法(Int()的變化率應(yīng)呈連續(xù)性) 。2)、用高次差或多項(xiàng)式擬合法(見表格) 。3)、衛(wèi)星間求差法。4)、利用雙頻觀測(cè)值修復(fù)周跳（電離層殘差法）。三、GPS絕對(duì)定位GPS絕對(duì)定位：是一個(gè)用戶利用GPS接收機(jī)，以地球質(zhì)心為參考點(diǎn)，對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行接收和觀測(cè)，確定接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中的絕對(duì)位置，又稱單點(diǎn)定位或偽距定位。絕對(duì)定位的精度評(píng)價(jià)(P88):（1）平面位置精度因子HDOP（2）高程精度因子VDOP（3）空間位置精度因子PDOP（4）幾何精度因子GDOP（

5、5）接收機(jī)鐘差精度因子TDOP注: 1）DOP值 1/V , V為星站六面體的體積。 2）亦要考慮大氣傳播誤差的影響 。為什么要進(jìn)行相對(duì)定位?測(cè)站1: (X1 Y1 Z1)測(cè)站2: (X2 Y2 Z2)兩坐標(biāo)的精度都不高!現(xiàn)求兩站的坐標(biāo)差: X12= X2 X1 Y12 = Y2 Y1 Z12 = Z2 Z1兩站的坐標(biāo)差的精度卻非常高(為什么?)四、相對(duì)定位原理GPS相對(duì)定位：是利用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上GPS接收機(jī)分別安置在不同的GPS點(diǎn)上，并同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，將所獲得觀測(cè)值按一定的方法進(jìn)行差分處理，消除一些誤差對(duì)各觀測(cè)值影響的相關(guān)部分，然后在進(jìn)行解算，可以獲得GPS點(diǎn)間的相對(duì)位置或基線向量

6、。1、一次差分觀測(cè)值:1) .站際一次差分觀測(cè)其消除了與衛(wèi)星有關(guān)的誤差(星鐘誤差等)影響,削弱了大氣傳播誤差(電離層和對(duì)流層折射誤差)影響。觀測(cè)站1觀測(cè)站2衛(wèi)星2).星際一次差分觀測(cè)其消除了與接收機(jī)有關(guān)的誤差(機(jī)鐘誤差等)影響,削弱了大氣傳播誤差(電離層和對(duì)流層折射誤差) 的影響。觀測(cè)站衛(wèi)星j衛(wèi)星k3).歷元間一次差分觀測(cè)SD=？其削弱了大部分誤差的影響,同時(shí)消去了N0 ( 初始整周模糊度 )。觀測(cè)站衛(wèi)星j(t1)衛(wèi)星j（t2）2、二次差分觀測(cè)值:1).站際與星際二次差分觀測(cè)值:部分誤差的影響得到了消除或削弱。觀測(cè)站1觀測(cè)站2衛(wèi)星j衛(wèi)星k2).星際與歷元間二次差分觀測(cè)值:部分誤差的影響得到了消

7、除或削弱。同時(shí)消去了N0 (初始整周模糊度)。觀測(cè)站衛(wèi)星j(t1)衛(wèi)星j（t2）衛(wèi)星k(t1)衛(wèi)星k（t2）3).站際與歷元間二次差分觀測(cè)值:部分誤差的影響得到了消除或削弱。同時(shí)消去了N0 (初始整周模糊度)。觀測(cè)站1觀測(cè)站2衛(wèi)星j(t0)衛(wèi)星j(t1)3、三次差分觀測(cè)值:觀測(cè)站衛(wèi)星j(t1)衛(wèi)星j（t2）衛(wèi)星k(t1)衛(wèi)星k（t2）觀測(cè)站在三次差分觀測(cè)值中已消除或削弱了GPS觀測(cè)中絕大部分誤差的影響,同時(shí)消去了N0 (初始整周模糊度)。 第五節(jié) 差分GPS定位原理基本思想(與前面差分方法不一樣) ！在GPS測(cè)量定位中的三大誤差源 :（1）與衛(wèi)星有關(guān)的誤差(如衛(wèi)星鐘誤差、衛(wèi)星星歷誤差)。（2）

8、與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差（電離層折射誤差、對(duì)流層折射誤差）。（3）與接收機(jī)有關(guān)的誤差（內(nèi)部噪聲誤差、多路徑效應(yīng)誤差等）。一、單站GPS的差分(SRDGPS):1、位置差分原理:現(xiàn)設(shè)基準(zhǔn)站的精密坐標(biāo)為(X0 Y0 Z0),施測(cè)坐標(biāo)為(X Y Z)則其坐標(biāo)改正數(shù)為: X= X0X ; Y= Y0Y ; Z = Z0Z ;基準(zhǔn)站將坐標(biāo)改正數(shù)利用數(shù)據(jù)鏈傳給用戶站,用戶站的施測(cè)坐標(biāo)為(XP YP ZP ),則其改正后坐標(biāo)為: XP =XP + X ; YP =YP + Y ; ZP =ZP + Z ;若顧及用戶位置的瞬時(shí)變化可利用下式： XP =XP + X d（X）/dt （tt0）； YP =YP +

9、Y d（Y）/dt （tt0）； ZP =ZP + Z d（Z）/dt （tt0）；位置差分的特點(diǎn)：（1）、計(jì)算簡單，適用于各種型號(hào)GPS接收機(jī)。（2）、基準(zhǔn)站和用戶站必須觀測(cè)同一組衛(wèi)星，而且基準(zhǔn)站和用戶站間的距離應(yīng)小于100Km。2、偽距差分原理: 現(xiàn)設(shè)基準(zhǔn)站的精密坐標(biāo)為(X0 Y0 Z0),所觀測(cè)衛(wèi)星的坐標(biāo)為（Xj Yj Zj）;其中:j = 1 2 n 。則衛(wèi)星至基準(zhǔn)站的真正距離為：基準(zhǔn)站的偽距觀測(cè)值為j0 ，則其偽距改正數(shù)： j = R j j0 及其變化率： dj = j / t 基準(zhǔn)站將 j和dj傳給用戶站,用戶利用j和dj對(duì)其偽距觀測(cè)值 j進(jìn)行改正 ： j p（t）= j （t）

10、+ j（t）+dj （t-t0）；并利用下式計(jì)算用戶站的坐標(biāo)（Xp Yp Zp ）：其中 : t為接收機(jī)鐘差， V1為接收機(jī)躁聲。偽距差分的特點(diǎn)：（1）、基準(zhǔn)站提供所有衛(wèi)星的偽距改正數(shù)及其變化率，用戶站可任選四顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)。（2）、差分精度隨距離的增加而降低。 3、載波相位差分原理: 載波相位差分技術(shù)亦稱RTK技術(shù),其方法共分兩類: (Real Time Kinematic)（1）、修正法. （2）、差分法.載波相位差分的方程式:上式中各符號(hào)的意義!載波相位差分的方法比前兩種方法的精度要高(可達(dá)cm級(jí)).但其精度也受基準(zhǔn)站至用戶站的距離限制。二、局部區(qū)域GPS差分系統(tǒng)(LADGPS).用戶站

11、將各基準(zhǔn)站的改正信息采用加權(quán)平均值法或最小方差法求得自己的改正數(shù)進(jìn)行改正(坐標(biāo)改正數(shù)或距離改正數(shù)) ?；鶞?zhǔn)站和用戶站的距離在500km以內(nèi)可以獲得較好的效果。三、廣域差分系統(tǒng)(WADGPS)1、廣域差分系統(tǒng)基本思想： 對(duì)GPS測(cè)量中的誤差源加以區(qū)分，分別對(duì)每一中誤差源予以“模型化”（衛(wèi)星星歷誤差，大氣延時(shí)誤差，衛(wèi)星鐘誤差），然后將計(jì)算出的每一項(xiàng)誤差源的數(shù)值并利用數(shù)據(jù)鏈傳輸給用戶，用戶利用它對(duì)GPS測(cè)量定位的觀測(cè)值進(jìn)行改正，達(dá)到提高GPS定位精度的目的。2、廣域差分系統(tǒng)組成及工作流程： 坐標(biāo)已知的監(jiān)測(cè)站（若干）數(shù)據(jù)通訊鏈 中心站 數(shù)據(jù)通訊鏈 用戶站3、廣域差分系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）、定位精度對(duì)空間距離

12、的敏感程度較低，一般距離在2000Km范圍內(nèi)時(shí)定位精度不會(huì)明顯下降。（2）、在大區(qū)域內(nèi)建立WADGPS網(wǎng)比建立LADGPS網(wǎng)所需要的監(jiān)測(cè)站的數(shù)目要少得多。（3）、在WADGPS網(wǎng)的覆蓋區(qū)域內(nèi)定位精度均勻,而且其定位精度比LADGPS要高。（4）、 WADGPS網(wǎng)的覆蓋區(qū)域可以擴(kuò)展到不易作用的區(qū)域,如沙漠、森林、海洋等。（5）、WADGPS所使用的硬件設(shè)備和通訊工具價(jià)格昂貴，軟件技術(shù)復(fù)雜,運(yùn)行和維持費(fèi)用比LADGPS要高得多。且其可靠性和安全性不如LADGPS。四、多基準(zhǔn)站RTK技術(shù)多基準(zhǔn)站RTK技術(shù)也叫網(wǎng)絡(luò)RTK。1、多基準(zhǔn)站RTK的工作原理:2、多基準(zhǔn)站RTK的組成及功能:（1）GPS基準(zhǔn)站(若干個(gè)):連續(xù)運(yùn)行對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè),并將觀測(cè)值傳輸給計(jì)算中心。（2）計(jì)算中心:據(jù)各基準(zhǔn)站的觀測(cè)值計(jì)算區(qū)域內(nèi)各誤差模型,并將有關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳給數(shù)據(jù)發(fā)布中心。（3）數(shù)據(jù)發(fā)布中心:實(shí)時(shí)地將接收到的差分改正信息向外發(fā)布。（4）移動(dòng)站(用戶):實(shí)時(shí)地接收數(shù)據(jù)發(fā)布中心發(fā)布的差分改正信息,結(jié)合自身的GPS觀測(cè)值,組成雙差相位觀測(cè)值并快速確定整周未知數(shù)和位置信息,完成實(shí)時(shí)定位。*多普勒測(cè)量原理一、多普勒效應(yīng)由于波源相對(duì)于觀測(cè)者有高速運(yùn)動(dòng)而引起的信號(hào)頻