GPS測量原理及應(yīng)用51211-課件

1、第五章 GPS 衛(wèi)星定位的基本原理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) 第五章 GPS 衛(wèi)星定位的基本原理5.1 5.5 GPS絕對定位與相對定位5.6 差分GPS定位原理5.7 美國的GPS政策5.5 GPS絕對定位與相對定位5.1 概述一、衛(wèi)星定位的基本原理 1、衛(wèi)星的位置：靠地面監(jiān)測站（點的坐標(biāo)已知）， GPS 衛(wèi)星發(fā)射測距信號和導(dǎo)航電文，導(dǎo)航 電文中含有衛(wèi)星的位置信息。地面 監(jiān)測站時刻監(jiān)測衛(wèi)星，測出二 者之間的距離，然后由地 面已知點的坐標(biāo)交會 出衛(wèi)星的位置。 5.1 概述一、衛(wèi)星定位的基本原理 1、衛(wèi)星的位置監(jiān)測方法： 已知：（X,Y,Z）i， i=

2、1,2,3 觀測：1，2，3 計算：（X,Y,Z）s原理： 根據(jù)地面已知點的坐標(biāo)，用空間距離前方交會的方法，求出衛(wèi)星的在軌位置。監(jiān)測方法：原理：2、測站的(待測點)位置： GPS 衛(wèi)星發(fā)射測距信號和導(dǎo)航電 文，導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星的位置信息。地面監(jiān)測站時刻監(jiān)測衛(wèi)星，測出二者之間的距離，然后由空間衛(wèi)星的位置交會出測站點的位置。2、測站的(待測點)位置： 監(jiān)測方法： 如果測距無誤差， 已知：（X,Y,Z）s， s=1,2,3 觀測：1，2，3 計算：（X,Y,Z）p原理：根據(jù)空中衛(wèi)星的已知 坐標(biāo)，用空間距離 后方交會的方法， 求出測站點的位置。監(jiān)測方法：原理：根據(jù)空中衛(wèi)星的已知3、衛(wèi)星定位的基本原理

3、 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 用距離交會的方法求解P點的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）的觀測方程：3、衛(wèi)星定位的基本原理 用距離交會的方法求解P4、衛(wèi)星定位的實際方法：是要同時觀測四顆以上衛(wèi) 星來確定地面點的位置。 因為測距中存在一些誤差的影響，如電離層誤差 、對流層誤差 ，衛(wèi)星鐘差 ，接收機(jī)鐘差 。 ， ：根據(jù)大氣物理參數(shù)及一定的數(shù)學(xué)模型計算； ：衛(wèi)星星歷中包含； ：未知。 所以，須將衛(wèi)星鐘差 作為未知數(shù)一并求解。4、衛(wèi)星定位的實際方法：是要同時觀測四顆以上衛(wèi) 5、GPS定位的實質(zhì)： 由GPS接收機(jī)在某一時刻，同時接收四顆以上

4、的GPS衛(wèi)星信號，測量出GPS接收機(jī)到GPS衛(wèi)星的距離，根據(jù)空間距離后方交會的方法求測站點的位置。觀測方程：（j = 1，2，3，4）式中：為衛(wèi)星的坐標(biāo)；為測站的坐標(biāo)；為接收機(jī)鐘差。5、GPS定位的實質(zhì)：（j = 1，2，3，4）式中：為衛(wèi)星GPS測量原理及應(yīng)用51211-課件二、GPS定位方法及分類 1、根據(jù)定位所采用的觀測值分為： 偽距定位和載波相位定位 偽距定位 所采用的觀測值為GPS偽距觀測值，既可以是C/A碼偽距，也可以是P碼偽距。優(yōu)點是數(shù)據(jù)處理簡單，對定位條件的要求低，不存在整周模糊度問題，可以非常容易的實現(xiàn)實時定位。缺點是觀測值精度低，C/A碼的精度一般為3米，而P碼的精度一般也

5、在30厘米左右。另外若采用精度較高的P碼偽距觀測值還存在AS政策問題。 二、GPS定位方法及分類 1、根據(jù)定位所采用的觀測值分為： 載波相位定位 所采用的觀測值為GPS載波相位觀測值，即L1，L2或它們的某種線性組合。優(yōu)點是觀測值的精度高，一般優(yōu)于2mm。缺點是數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜，存在整周模糊度的問題。 載波相位定位2、根據(jù)定位模式分為： 絕對定位 又稱單點定位。這是一種采用一臺接收機(jī)進(jìn)行定位的作業(yè)模式。它所確定的是接收機(jī)天線的絕對坐標(biāo)。這種定位模式的特點是作業(yè)方式簡單，可以單機(jī)作業(yè)，絕對定位一般用于導(dǎo)航和定位精度要求不高的應(yīng)用中。 相對定位 又稱差分定位，這種定位模式采用兩臺以上的接收機(jī)同時對

6、一組相同的衛(wèi)星進(jìn)行觀測，以確定接收機(jī)相互為之間的關(guān)系。 2、根據(jù)定位模式分為：3、根據(jù)獲取定位結(jié)果的時間分為： 實時定位 是根據(jù)接收機(jī)觀測到的數(shù)據(jù)，實時的解算出接收機(jī)天線所在的位置。 非實時定位 又稱后處理定位，它是通過對接收機(jī)接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，以定位的方法。3、根據(jù)獲取定位結(jié)果的時間分為：4、根據(jù)定位時接收機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)分為： 靜態(tài)定位 就是在整個觀測過程中，接收機(jī)的位置是不變的。（接收機(jī)的位置是一個不隨時間變化的量） 動態(tài)定位 就是在整個觀測過程中，接收機(jī)的位置是變化的（接收機(jī)的位置是一個隨時間變化的量） 返回4、根據(jù)定位時接收機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)分為：返回5.2 偽距測量一、偽距測量的概念偽距

7、法定位：是由GPS接收機(jī)在某一時刻測出四顆 以上的GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi) 星位置，采用空間距離后方交會的方 法求定天線所在點的三維坐標(biāo)。偽距：由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)GPS接收機(jī)的 傳播時間乘以光速所得出的量測距離。而不 是衛(wèi)星與GPS接收機(jī)的幾何距離。（含有各種誤差） 5.2 偽距測量一、偽距測量的概念偽距法定位：是由GGPS測量原理及應(yīng)用51211-課件時間 的測定方法：衛(wèi)星 測距碼，經(jīng)時間 到達(dá)接收機(jī)。接收機(jī) 復(fù)制碼時延器 延遲復(fù)制碼，經(jīng)延遲時間 使 兩碼對齊， 。 那么，延遲時間 即為GPS衛(wèi)星信號從衛(wèi)星傳播到GPS接收機(jī)的時間 。使 實際上是不可能的，只能使 ，兩種碼不可能完

8、全對齊，導(dǎo)致時間有誤差。二、偽距測量的原理 時間 的測定方法：衛(wèi)星 測距碼，經(jīng)時間 到達(dá)接碼 相 關(guān)碼 相 關(guān)偽距測量的原理 偽距測量的原理 三、偽距定位觀測方程所測偽距與真正的幾何距離之間的關(guān)系：優(yōu)點：定位速度快，無多值性。缺點：定位精度低，P碼的測距精度30cm，C/A碼 的測距精度3m左右 。返回三、偽距定位觀測方程所測偽距與真正的幾何距離之間的關(guān)系：優(yōu)點5.3 載波相位測量 一、載波相位測量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)本振信號的相位差。5.3 載波相位測量 一、載波相位測量原理載波相位在 時刻j號衛(wèi)星的相位接收機(jī)在時刻 的本振相位 （以周為單位）

9、在初始時刻 ，載波相位的觀測值：在 時刻j號衛(wèi)星的相位接收機(jī)在時刻 任一時刻 衛(wèi)星 到接收機(jī)的相位值： 可測， 整周計數(shù)器可計， 未知（因周跳引起的整周跳變）。技術(shù)難點2個： 的確定 周跳的探測與修復(fù)任一時刻 衛(wèi)星 到接收機(jī)的相位值： 二、載波相位測量的觀測方程 接收機(jī)k對衛(wèi)星j的載波相位測量的觀測方程：三、整周未知數(shù) 的確定1、偽距法：方法簡單，誤差較大二、載波相位測量的觀測方程三、整周未知數(shù) 的確定1、2、將 作為待定參數(shù)進(jìn)行平差 如果將 代入 可知，有5個未知數(shù)。 把整周未知數(shù)當(dāng)作平差計算中的待定參數(shù)來加以估計和確定有兩種方法：（1）整數(shù)解（固定解）：適合于短基線（20km以內(nèi)） 步驟：

10、 按四舍五入的原則將平差后得到的實數(shù)化為整數(shù)；2、將 作為待定參數(shù)進(jìn)行平差 如果將 將 （ 為 的三倍中誤差），在區(qū)間（ ）內(nèi)有多個整數(shù) 值；將各個代入觀測方程，求得，i=1,2,3；在各個中，精度最高的一組所對應(yīng)的就是最正確的。（2）實數(shù)解（浮動解）適合于長基線3、多普勒法（三差法）4、快速確定整周未知數(shù)法返回將 （ 為 的三倍中誤差），5.4 整周跳變的修復(fù) 一、產(chǎn)生周跳的原因 信號被其它物體遮攔； 大功率電磁場干擾； 電源中斷，或接收機(jī)故障（無法修復(fù)周 跳，需重新觀測）二、修復(fù)方法 1、屏幕掃描法 2、用高次差或多項式擬合法 3、在衛(wèi)星間求差 4、用雙頻觀測值修復(fù)周跳 5、根據(jù)平差后的殘

11、差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)周跳返回5.4 整周跳變的修復(fù) 一、產(chǎn)生周跳的原因返回復(fù)習(xí)題1、 GPS衛(wèi)星定位的基本原理及相應(yīng)的觀測方程，并繪圖說明。2、GPS定位的實質(zhì)？3、GPS定位方法的分類？4、什么叫偽距？寫出偽距觀測方程？分析其優(yōu)缺點？5、載波相位測量的基本原理？產(chǎn)生周跳的原因？復(fù)習(xí)題1、 GPS衛(wèi)星定位的基本原理及相應(yīng)的觀測方程，并繪圖5.5 GPS絕對定位與相對定位 GPS絕對定位 又稱單點定位。即利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī) 之間的距離觀測值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)原點地球質(zhì)心的絕對坐標(biāo)。GPS絕對定位又分為靜態(tài)絕對定位和動態(tài)絕對定位。靜態(tài)定位精度為米級，動態(tài)定位的精

12、度為1040米。 相對定位 至少用兩臺GPS接收機(jī)，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺接收機(jī)天線之間的相對位置（坐標(biāo)差）。是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法。5.5 GPS絕對定位與相對定位 GPS絕對定一、GPS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)。（1）偽距觀測方程的線性化偽距觀測方程：一、GPS絕對定位 接收機(jī)天線處于靜止?fàn)顟B(tài)下，解方程可得 ， （接收機(jī)鐘差），并且要進(jìn)行精度評定。 線性化方程：式中：將偽距方程按臺勞級

13、數(shù)展開：解方程可得 ， （接收機(jī)鐘差），并且（2）偽距法絕對定位的解算 對于任一歷元ti，由觀測站觀測四顆衛(wèi)星，則j=1，2，3，4，令 ：令（2）偽距法絕對定位的解算 對于任一歷元ti，由觀上式可簡寫為：當(dāng)同步觀測衛(wèi)星多于四顆時：根據(jù)最小二乘求解未知數(shù)： 未知數(shù)中誤差：偽距測量中誤差 為權(quán)系數(shù)陣 主對角線元素 上式可簡寫為：當(dāng)同步觀測衛(wèi)星多于四顆時：根據(jù)最小二乘求解未知 在靜態(tài)絕對定位的情況下，由于觀測站不動，可以與不同歷元同步觀測不同的衛(wèi)星，以n表示觀測的歷元數(shù)，忽略接收機(jī)鐘差隨時間變化的情況，可得誤差方程式組：式中： 在靜態(tài)絕對定位的情況下，由于觀測站不動，可式中3、絕對定位精度評價權(quán)系

14、數(shù)陣 在空間直角坐標(biāo)系中的一般形式為： 實際應(yīng)用中，為了估算點的位置精度，常采用其在大地坐標(biāo)中的表達(dá)形式。假設(shè)在大地坐標(biāo)系統(tǒng)中相應(yīng)點位的權(quán)系數(shù)陣為：3、絕對定位精度評價權(quán)系數(shù)陣 在空間直角坐標(biāo)系中的一根據(jù)誤差傳播率：式中： 由權(quán)系數(shù)陣主對角線元素定義精度因子“DOP”后，則相應(yīng)精度可表示為：式中 為等效距離誤差。根據(jù)誤差傳播率：式中： 由權(quán)系數(shù)陣主對角線元素定義精度因子通常有： （1）平面位置精度因子HDOP及其相應(yīng)的平面 位置精度：（2）高程精度因子VDOP及其相應(yīng)的高程精度：精度因子通常有：（2）高程精度因子VDOP及其相應(yīng)的高程精度（3）空間位置精度因子PDOP及其相應(yīng)的三維定 位精度：

15、（4）接收機(jī)鐘差精度因子TDOP及其相應(yīng)的鐘差 精度：（3）空間位置精度因子PDOP及其相應(yīng)的三維定（4）接收機(jī)鐘（5）幾何精度因子GDOP及其三維位置和時間誤差 綜合影響的中誤差： 精度因子的數(shù)值與所測衛(wèi)星的幾何分布圖形有關(guān)。精度因子GDOP與六面體的體積V的倒數(shù)成反比，即： 一般來說，六面體的體積越大，所測衛(wèi)星在空間的分布范圍也越大，GDOP值越小；反之，六面體的體積越小，所測衛(wèi)星在空間的分布范圍也越小，GDOP值越大。（5）幾何精度因子GDOP及其三維位置和時間誤差 二、GPS相對定位GPS相對定位：是至少用兩臺GPS接收機(jī)，同步觀 測相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺接收 機(jī)天線之間的相對位置

16、（坐標(biāo)差）。 基線長度的中誤差二、GPS相對定位GPS相對定位：是至少用兩臺GPS接收機(jī)， 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)航相對定位 特點相對定位 相對定位的類型靜態(tài)定位普通靜態(tài)定位快速靜態(tài)定位Go and Stop快速確定整周未知數(shù)動態(tài)定位動態(tài)定位中整周未知數(shù)的確定靜態(tài)初始化動態(tài)初始化（OTF）實時動態(tài)定位（RTK Real Time Kinematic）單基準(zhǔn)站RTK多基準(zhǔn)站RTK（網(wǎng)絡(luò)RTK） 相對定位的類型基本觀測量：載波相位 中間成果：dX， dY， dZ，dis， 及相應(yīng)精度最終成果：觀測站點的坐標(biāo) 及

17、精度 通過單差、雙差和三差法可得到最終的dX， dY， dZ。 GPS按載波相位觀測值可以在衛(wèi)星間求差，在接收機(jī)間求差，也可以在不同歷元間求差。各類求差方法都是觀測值的線性組合。S1S2S3S4BX,Y,ZA基本觀測量：載波相位 GPS按載波相位觀測值可1、單差觀測（一次差）在接收機(jī)間求差 例：S1衛(wèi)星 測站1 測站2 同樣在測站間可對每顆衛(wèi)星的相位觀測值求差。式中的可用坐標(biāo)表示。SD dX， dY， dZ，dis。2i(ti)1i(ti)P1P21、單差觀測（一次差）在接收機(jī)間求差 例：S1衛(wèi)星 為什么要進(jìn)行單差觀測？ 不同接收機(jī)觀測同一顆衛(wèi)星，在不同接收機(jī)間求一次差，可消除信號傳播的誤差（

18、對流層、電離層等的誤差），采用單差觀測的目的就是要減少誤差的影響提高定位結(jié)果的精度。優(yōu)點：可消除衛(wèi)星鐘差的影響； 削弱星歷誤差的影響； 可削弱電離層和對流層的影響。 為了消除接收機(jī)間鐘差的影響，需采用雙差觀測。 為什么要進(jìn)行單差觀測？2、雙差觀測（二次差）在衛(wèi)星間求差 對載波相位觀測值的一次差分觀測值繼續(xù)求差，所得的結(jié)果可以被當(dāng)作虛擬觀測值，作載波相位觀測值的二次差或雙差。常用的求二次差是在接收機(jī)間求一次差后再在衛(wèi)星間求二次差，叫做星站二次差分。例：S1衛(wèi)星， S2衛(wèi)星DD dX， dY， dZ，dis。優(yōu)點：可以消除掉接收機(jī)誤差的影響。 P1P2S1S22、雙差觀測（二次差）在衛(wèi)星間求差例：

19、S1衛(wèi)星， S23、三次差在星歷間求差（兩個歷元的星歷間求差） 三次差是在接收機(jī)、衛(wèi)星和歷元之間求三次差。 =S1從時刻ti到 tj S2從時刻ti到 tj3、三次差在星歷間求差（兩個歷元的星歷間求差） 例：t1時刻 含有 t2時刻 含有 優(yōu)點：可消除的影響（在確定過程中不準(zhǔn)造成的 影響） SD DD 線性化 ， ， TD返回 在確定整周模糊度時，僅僅為一估值，不是真值，為減弱整周模糊度的影響，采用三差觀測。 例：t1時刻 含有 5.6 差分GPS定位原理 差分GPS定位技術(shù)是將一臺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

20、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。5.6 差分GPS定位原理 差分GPS定 GPS定位中，存在著三部分誤差：一是多臺接收機(jī)公有的誤差，如：衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差；二是傳播延遲誤差，如：電離層誤差、對流層誤差；三是接收機(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（視基準(zhǔn)站至用戶的距離）。差分GPS可分為單基準(zhǔn)站差分、具有多個基準(zhǔn)站的局部區(qū)域差分和廣域差分三種類型 。 GPS定位中，存在著三部分誤差：一是多臺接收 差分GPS的基本原理利用誤差的空間相

21、關(guān)性以上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。 差分GPS的基本原理差分改正數(shù)的類型距離改正數(shù)：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)。位置（坐標(biāo)改正數(shù)）改正數(shù)：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)。差分改正數(shù)的類型一、單站GPS的差分（SRDGPS ) 單站差分按基準(zhǔn)站發(fā)送的信息

22、方式來分，可分為位置差分、偽距差分和載波相位差分三種，其工作原理大致相同。1位置差分原理 設(shè)基準(zhǔn)站的精密坐標(biāo) 已知 ，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：一、單站GPS的差分（SRDGPS ) 單站差分按 基準(zhǔn)站用數(shù)據(jù)鏈，將這些改正數(shù)發(fā)送出去，用戶接收機(jī)在解算時加人以上改正數(shù)：為用戶接收機(jī)自身觀測結(jié)果， 為經(jīng)過改正后的坐標(biāo)。顧及用戶接收機(jī)位置改正值的瞬時變化，上式可進(jìn)一步寫成： 式中，to為校正的有效時刻。 基準(zhǔn)站用數(shù)據(jù)鏈，將這些改正數(shù)發(fā)送出去，用戶為用 這樣，經(jīng)過改正后的用戶坐標(biāo)

23、就消去了基準(zhǔn)站與用戶站共同的誤差。優(yōu)點：計算簡單，適用于各種型號的GPS接收機(jī)。缺點：基準(zhǔn)站與用戶必須觀測同一組衛(wèi)星，這在近距 離可以做到，但距離較長時很難滿足。故位置 差分，只適用于100km以內(nèi)。2、偽距差分原理 這是應(yīng)用最廣的一種差分。在基準(zhǔn)站上，觀測所有衛(wèi)星，根據(jù)基準(zhǔn)站已知坐標(biāo) 和測出的各衛(wèi)星的地心坐標(biāo) ，可計算衛(wèi)星道測站的幾何距離： 這樣，經(jīng)過改正后的用戶坐標(biāo)就消去了基準(zhǔn)站與用其偽距為 ，則偽距改正數(shù)： 基準(zhǔn)站將 和 發(fā)送給用戶，用戶在測出的偽距 上加改正，求出改正后的偽距：并按下式計算坐標(biāo)： 為鐘差， 為接收機(jī)噪聲。其偽距為 ，則偽距改正數(shù)： 基準(zhǔn)站將 優(yōu)點：基準(zhǔn)站提供所有衛(wèi)星的改

24、正數(shù)，用戶接收機(jī)觀 測任意4顆衛(wèi)星，就可完成定位。缺點：差分精度隨基準(zhǔn)站到用戶的距離增加而降低。3、載波相位差分原理 位置差分和偽距差分，能滿足米級定位精度，已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、水下測量等。而載波相位差分，可使實時三維定位精度達(dá)到厘米級。載波相位差分技術(shù)又稱RTK（real Time Kinematic）技術(shù)，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。優(yōu)點：基準(zhǔn)站提供所有衛(wèi)星的改正數(shù)，用戶接收機(jī)觀 3、載波相載波相位差分方法分為兩類：一類是修正法，另一 類是差分法。所謂修正法：即將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給 用戶，改正用戶接收到的載波相位， 再解求坐標(biāo)。所謂差分法：即是將基準(zhǔn)站采集的載波相位

25、發(fā)送給 用戶，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。 可見修正 法屬準(zhǔn)RTK,差分法為真正RTK 。載波相位差分方法分為兩類：一類是修正法，另一 三、 廣域差分 四、多基準(zhǔn)站RTK技術(shù) 二、局部區(qū)域G PS差分系統(tǒng)（LADGPS ) RTK (Real Time Kinematic)技術(shù)是GPS實時動態(tài)定位技術(shù)，它將GPS與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合，實時解算并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在 1 2s 的時間里得到高精度的位置信息。RTK工作原理三、 廣域差分 四、多基準(zhǔn)站RTK技術(shù) 二、局部區(qū)域G PS 常規(guī) RTK技術(shù)是一種對動態(tài)用戶進(jìn)行實時相對定位的技術(shù)，該技術(shù)也可用于快速靜態(tài)定位。進(jìn)行常規(guī)RTK工作時，基準(zhǔn)站需將自己所獲得的載波相

26、位觀測值 (最好加上測碼偽距觀測值)及站坐標(biāo)，通過數(shù)據(jù)通信鏈實時播發(fā)給在其周圍工作的動態(tài)用戶。于是這些動態(tài)用戶就能依據(jù)自己獲得的相同歷元的載波相位觀測值 (最好加上測碼偽距觀測值)和廣播星歷進(jìn)行實時相對定位，并進(jìn)而根據(jù)基準(zhǔn)站的站坐標(biāo)求得自己的瞬時位置。為消除衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘的鐘差，削弱衛(wèi)星星歷誤差、電離層延遲誤差和對流層延遲誤差的影響，在 RTK中通常都采用雙差觀測值。 常規(guī) RTK技術(shù)是一種對動態(tài)用戶進(jìn)行實時相對定 多基準(zhǔn)站RTK技術(shù)也叫網(wǎng)絡(luò)RTK，這是對普通RTK方法的改進(jìn)。目前應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)處理的方法有：虛擬參考站法（Virtual Reference Station VRS）、偏

27、導(dǎo)數(shù)法、線性擂法和條件平差法，其中虛擬參考站VRS技術(shù)最為成熟。深圳市連續(xù)運(yùn)行GPS系統(tǒng)就采虛擬參考站技術(shù)。 多基準(zhǔn)站RTK技術(shù)也叫網(wǎng)絡(luò)RTK，這是對普通 常規(guī)單基站RTK受參考站至流動站距離限制 （誤差影響的相關(guān)性隨邊長的增長而減弱）； 連續(xù)運(yùn)行的永久GPS參考站的建立； 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線通訊技術(shù)的高速發(fā)展； 建立國家統(tǒng)一的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的需要， 減少部門獨立應(yīng)用所造成的資源浪費。 常規(guī)單基站RTK受參考站至流動站距離限制 1、多基準(zhǔn)站RTK系統(tǒng)工作原理 在某一大區(qū)域（或某一城市）內(nèi)，建立若干個（三個以上）連續(xù)運(yùn)行的GPS基準(zhǔn)站，根據(jù)這GPS基準(zhǔn)站的觀測值（由于GPS基準(zhǔn)站有長時間的觀測數(shù)據(jù)

28、，故點位坐標(biāo)精度很高），建立區(qū)域內(nèi)GPS主要誤差模型（如電離層、對流層、衛(wèi)星軌道等誤差模型），系統(tǒng)運(yùn)行時，將這些誤差從基準(zhǔn)站的觀測值中減去，形成“無誤差”的觀測值，然后利用這些無誤差的觀測值和移動站（用戶單臺GPS接收機(jī)）的觀測值，經(jīng)有效地組合，在移動站附近（幾米到幾十米）建立起一個虛擬參考站，移動站與虛擬參考站進(jìn)行載波相位差分改正，實現(xiàn)實時RTK 。1、多基準(zhǔn)站RTK系統(tǒng)工作原理 在某一大區(qū)域（2、多基準(zhǔn)站RTK系統(tǒng)組成及功能 多基準(zhǔn)站RTK系統(tǒng)由若干個連續(xù)運(yùn)行的GPS基準(zhǔn)站、計算中心、數(shù)據(jù)發(fā)布中心和移動站（用戶GPS接收機(jī)）組成。連續(xù)運(yùn)行GPS基準(zhǔn)站：連續(xù)進(jìn)行GPS觀測，并實時將 觀測值傳

29、輸至計算中心。計算中心：根據(jù)各GPS基準(zhǔn)站的觀測值，計算區(qū)域電 離層、對流層和衛(wèi)星軌道等誤差模型，并 實時將各基準(zhǔn)站的觀測值減去其誤差改 正，得出無誤差觀測值，再結(jié)合移動站的 觀測值，計算出在移動站附近的虛擬參考 站的相位差分改正，并實時地傳給數(shù)據(jù)發(fā) 布中心。2、多基準(zhǔn)站RTK系統(tǒng)組成及功能連續(xù)運(yùn)行GPS基準(zhǔn)站：連續(xù)進(jìn)數(shù)據(jù)發(fā)布中心：實時接收計算中心的相位差分改正信 息，并實時發(fā)布（可采用FM、或GSM、 或COPD、或CDMA或Internet）。移動站：接收數(shù)據(jù)發(fā)布中心發(fā)布的相位差分改正，結(jié) 合自身GPS觀測值，組成雙差相位觀測值， 快速確定整周模糊度參數(shù)和位置信息，完成 實時定位。多基準(zhǔn)站

30、RTK系統(tǒng)發(fā)播的差分信 息，可應(yīng)用于LADGPS和WADGPS 。數(shù)據(jù)發(fā)布中心：實時接收計算中心的相位差分改正信 常規(guī)RTK存在的問題 常規(guī)的RTK（實時動態(tài)測量）無論是在基線長度（流動站至參考站的距離）還是在解的質(zhì)量控制與保障方面均存在很多問題，實際上常規(guī)RTK僅局限在短距離范圍內(nèi)。常規(guī)RTK僅局限在短距離范圍內(nèi)，原因： 1、常規(guī)RTK的作業(yè)隨著基線的增長，各類誤 差源的相關(guān)性減弱甚至消失，距離相關(guān)誤 差影響無法消除，整周模糊度不能實時的 正確固定，導(dǎo)致定位精度下降。 2、RTK要求實時（或準(zhǔn)實時）解算，多余觀 測數(shù)大大減少（相對于后處理而言）； 常規(guī)RTK存在的問題 常規(guī)的RTK（3、數(shù)傳

31、方式及其協(xié)議的影響，其數(shù)傳方式和點對點 的解算模式很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)和解的實時質(zhì)量控制與 保障。4、解的可靠性缺乏理論和實際上的保證。5、常規(guī)RTK在參考站為中心15km范圍內(nèi)流動站與參 考站之間誤差強(qiáng)相關(guān)，但是，隨著距離的增大， 系統(tǒng)誤差相關(guān)性減弱甚至消失，導(dǎo)致難以正確確 定整周未知數(shù)，無法取得固定解，定位精度迅速 下降。當(dāng)間距大于50km時，常規(guī)RTK單歷元解 算精度僅為分米級。3、數(shù)傳方式及其協(xié)議的影響，其數(shù)傳方式和點對點 消除距離相關(guān)誤差，解決精度均勻性； 消除距離相關(guān)誤差，解決精度均勻性； 網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)的興起 為了解決常規(guī)RTK技術(shù)存在的缺陷，實現(xiàn)區(qū)域 范圍內(nèi)厘米級、精度均勻的實時動

32、態(tài)定位，網(wǎng)絡(luò) RTK技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 GPS技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛和不斷發(fā)展，各種用途的連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS）相繼建成，隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，區(qū)域和世界范圍內(nèi)的信息和據(jù)數(shù)交換已變得相當(dāng)容易，這就決定了由多基站構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)式的GPS服務(wù)體系成為GPS技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)，這種影響在實時動態(tài)定位領(lǐng)域產(chǎn)生了革命性的進(jìn)步。 網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)的興起 GPS技術(shù)應(yīng) 最初的網(wǎng)絡(luò)RTK是多參考站常規(guī)RTK，如果要使基線精度優(yōu)于3厘米，需要在一個區(qū)域內(nèi)密集的布設(shè)參考站，站間距離應(yīng)小于30km。精度隨著基線的增長而衰減，如果要求按一定精度覆蓋整個區(qū)域，需要架設(shè)較多的參考站。 多參考站常規(guī)RTK模式雖然控制范圍大，但

33、需要的投資也是巨大的，在一個較大的范圍內(nèi)均勻稀松的布設(shè)參考站，利用參考站網(wǎng)絡(luò)的實時觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)誤差建模，然后對觀測站系統(tǒng)誤差進(jìn)行估計，盡可能消除系統(tǒng)誤差影響，獲得厘米級實時定位結(jié)果，這樣網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的精度覆蓋范圍大大增大，且精度分布均勻，目前多數(shù)使用這種方式。 最初的網(wǎng)絡(luò)RTK是多參考站常規(guī)RTK，如果要虛擬參考站方式圖解虛擬參考站方式圖解作業(yè)示意圖作業(yè)示意圖 網(wǎng)絡(luò)RTK優(yōu)勢和布網(wǎng)要求 1、覆蓋范圍廣，由三個參考站組成的參考站網(wǎng)可以覆蓋兩千平方千米以上，這就是網(wǎng)絡(luò)RTK的優(yōu)勢所在。 2、網(wǎng)絡(luò)RTK是在一個較大的區(qū)域內(nèi)均勻布設(shè)參考站，參考站間距離依據(jù)RTK要達(dá)到的精度和當(dāng)?shù)氐碾婋x層活動狀況

34、而定，要提供13cm的相對定位精度，站間距離應(yīng)在50100km，在電離層活動頻繁的區(qū)域，站間距離小于40km；而在有些大氣穩(wěn)定的區(qū)域，站間距離可以超過100km。 網(wǎng)絡(luò)RTK優(yōu)勢和布網(wǎng)要求 1、覆蓋范圍廣，由三網(wǎng)絡(luò)RTK和測區(qū)的關(guān)系圖網(wǎng)絡(luò)RTK和測區(qū)的關(guān)系圖VRS實際測量模擬VRS實際測量模擬 國外發(fā)展現(xiàn)狀 網(wǎng)絡(luò)RTK國外發(fā)展速度很快，主要是在以往稀松的CORS間增設(shè)新站，以滿足RTK的要求，很多地區(qū)已經(jīng)建立起實驗性的多參考站網(wǎng)絡(luò)，有些已經(jīng)投入運(yùn)行。比如：巴西Recife的RBMC、新加坡的SIMRSN、澳大利亞Victoria的GPSnet及其其它等。 國外發(fā)展現(xiàn)狀 網(wǎng)絡(luò)RTK國外發(fā)展 國內(nèi)

35、發(fā)展現(xiàn)狀1 從2000年起，我國深圳、香港、成都等各大城市采用網(wǎng)絡(luò)RTK虛擬基站技術(shù)，相繼建立了本地的城市綜合衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀2 鑒于VRS技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景，2004年下半年起，建立基于VRS技術(shù)的城市綜合衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)在我國快速發(fā)展起來，目前天津、武漢上海等城市正在建設(shè)之中，河北、廣東、重慶江蘇等省市也正在積極地籌備之中。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀1 從2000年起，我國深 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀3 2002年底，四川省地震局在成都啟動了“成都虛擬參考站衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)”(簡稱CDVRS)的建設(shè)，2004年7月建成運(yùn)行，成功搭建了我國第一個設(shè)計最合理、運(yùn)行最穩(wěn)定、功能最完善、覆蓋面積最大的基于

36、VRS技術(shù)的城市綜合衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)。 全球RTK 實際上就是實時精密單點定位（PPP） 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀3 2002年底，四川省地震 成都VRS系統(tǒng)的介紹 CDVRS以成都市為中心，建立了6個連續(xù)運(yùn)行的永久衛(wèi)星地面跟蹤站，構(gòu)成一個基準(zhǔn)網(wǎng)。GPS基準(zhǔn)站觀測墩GPS重力點與水準(zhǔn)點GPS基準(zhǔn)站觀測室 成都VRS系統(tǒng)的介紹 CDVRS以成都市GPS測量原理及應(yīng)用51211-課件CDVRS由下面四個子系統(tǒng)組成：衛(wèi)星跟蹤基準(zhǔn)站、 系統(tǒng)控制中心、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)、用戶。CDVRS由下面四個子系統(tǒng)組成：衛(wèi)星跟蹤基準(zhǔn)站、 昆明市VRS系統(tǒng)的介紹昆明市GPS參考站系統(tǒng)分布圖 昆明市VRS系統(tǒng)的介紹昆明市GPS參考站系統(tǒng)

37、分布圖昆明市賽馬場站昆明市賽馬場站 2005年11月天寶公司宣布為我國提供了全球定位系統(tǒng)（GPS）參考站和Trimble虛擬參考站（VRS）軟件，以便在中國增設(shè)5個新的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。位于上海、武漢、東莞、天津和北京的這些多功能網(wǎng)絡(luò)將在這些地區(qū)提供地理空間基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)將能夠為不同的應(yīng)用提供快速而精確的GPS定位，應(yīng)用包括測量、城市規(guī)劃、城市及鄉(xiāng)村建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測、資源及區(qū)域管理、防災(zāi)救災(zāi)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、科研以及交通管理。 在此之前，中國的成都和深圳已經(jīng)安裝了Trimble虛擬參考站。 2005年11月天寶公司宣布為我國提供了全球定位GPS測量原理及應(yīng)用51211-課件 珠峰HD6000網(wǎng)絡(luò)TRKGPS是中海達(dá)公司潛心研發(fā)的全新一代基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的RTKGPS系統(tǒng)。返回 珠峰HD6000