絕對定位和相對定

絕對定位和相對定位定位方法分類按參考點的不同位置劃分為：（1）絕對定位（單點定位）：在地球協(xié)議坐標系中，確定觀測站相對地球質(zhì)心的位置。（2）相對定位：在地球協(xié)議坐標系中，確定觀測站與地面某一參考點之間的相對位置。GPS定位方法分類按用戶接收機作業(yè)時所處的狀態(tài)劃分：（1）靜態(tài)定位：在定位過程中，接收機位置靜止不動，是固定的。靜止狀態(tài)只是相對的，在衛(wèi)星大地測量中的靜止狀態(tài)通常是指待定點的位置相對其周圍點位沒有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測期內(nèi)可以忽略。（2）動態(tài)定位：在定位過程中，接收機天線處于運動狀態(tài)。在絕對定位和相對定位中，又都包含靜態(tài)和動態(tài)兩種形式。GPS定位方法分類絕對定位可根據(jù)天線所處的狀態(tài)分為動態(tài)絕對定位和靜態(tài)絕對定位。無論動態(tài)還是靜態(tài)，絕對定位所依據(jù)的觀測量都是所測的站星偽距。絕對定位也稱單點定位，是指在協(xié)議地球坐標系中，直接確定觀測站相對于坐標原點（地球質(zhì)心）絕對坐標的一種方法。

絕對定位的基本原理：以GPS衛(wèi)星和用戶接收機天線之間的距離（或距離差）觀測量為基礎(chǔ)，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標，來確定接收機天線所對應(yīng)的點位，即觀測站的位置。

GPS絕對定位方法的實質(zhì)是測量學(xué)中的空間距離后方交會。原則上觀測站位于以3顆衛(wèi)星為球心，相應(yīng)距離為半徑的球與觀測站所在平面交線的交點上。絕對定位方法概述

GPS相對定位也叫差分GPS定位，是至少用兩臺GPS接收機，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺接收機天線之間的相對位置（坐標差）。相對定位時，用兩臺接收機分別安置在基線的兩端，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點的相對位置或基線向量。

相對定位方法概述相對定位方法概述同樣，多臺接收機安置在若干條基線的端點，通過同步觀測GPS衛(wèi)星可以確定多條基線向量。在一個端點坐標已知的情況下，可以用基線向量推求另一待定點的坐標。

相對定位是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法。S1S2S3S4動態(tài)絕對定位在動態(tài)絕對定位的情況下，由于接收機處于運動狀態(tài)，待定點的位置總是時時變化。因此，一般說來每個待定點只能獲得一個歷元的觀測值。對于一個觀測站點，只要獲得一個觀測歷元4顆衛(wèi)星的觀測值，便可求得該測站點的坐標。如果多于4顆衛(wèi)星（存在多于觀測），則可以進行平差計算。動態(tài)絕對定位測碼偽距動態(tài)絕對定位載波相位測量動態(tài)絕對定位：需在運動中實時求解整周未知數(shù)Nji。GPS開機后，需要靜止至少1~3min完成初始化過程：鎖定衛(wèi)星信號和固定整模糊度。

靜態(tài)定位是接收機保持靜止。因此，一個測站點上可以獲得連續(xù)多個歷元的觀測值。隨著觀測歷元的增加，每個歷元可是衛(wèi)星的數(shù)量可能發(fā)生變化，解算系數(shù)矩陣的構(gòu)成可以有所不同。靜態(tài)絕對定位可以根據(jù)偽距觀測量或載波相位觀測量來進行。靜態(tài)絕對定位為了評價定位結(jié)果，在導(dǎo)航學(xué)中，一般采用有關(guān)精度因子（精度衰減因子、精度系數(shù)、精度彌散）DOP（DilutionOfPrecision）的概念。在實踐中，根據(jù)不同要求，可選用不同的精度評價模型和相應(yīng)的精度因子，通常有：※平面位置精度因子HDOP(horizontalDOP)※高程精度因子VDOP(VerticalDOP)※空間位置精度因子PDOP(PositionDOP)※接收機鐘差精度因子TDOP(TimeDOP)※幾何精度因子GDOP(GeometricDOP)，描述空間位置誤差和時間誤差綜合影響的精度因子定位精度的評價衛(wèi)星的空間幾何分布與精度因子的關(guān)系衛(wèi)星高度截止角：指接收機可接收的最小衛(wèi)星高度角。一般在5°~20°之間。一般衛(wèi)星高度角越高，衛(wèi)星受大氣折射光的影響越小。一般認為，當一顆衛(wèi)星靠近天頂，其余衛(wèi)星之間相距近似120°時，所構(gòu)成的衛(wèi)星幾何圖形最佳。這是所構(gòu)成的六面體較大，衛(wèi)星的高度角也不至于太小。當觀測衛(wèi)星多于4顆時，需要對衛(wèi)星有所取舍，已獲得更小的精度因子。GDOP∝1/V

六面體體積V最大情形：一顆衛(wèi)星處于天頂，其余3顆衛(wèi)星相距120°衛(wèi)星的空間集合分布與精度因子的關(guān)系一般精度因子越小，精度就越高。因此如何能使精度因子更小就成為提高定位精度的一種有效方式。假如測站與觀測到的4顆衛(wèi)星，構(gòu)成六面體的體積等于Vol。經(jīng)分析表明，精度因子與該六面體的體積的大小成反比。在野外開闊地帶，精度因子的影響可以不考慮；而在周圍有很多建筑物的情況下，要考慮精度因子的影響。相對定位靜態(tài)相對定位動態(tài)相對定位將一臺GPS接收機安置在已知坐標的地面點（已知點）上，另一臺或多臺GPS接收機安置在為未知坐標的地面點（待定點）上，安置在基線端點的接收機固定不動，同步連續(xù)觀測相同的GPS衛(wèi)星星座，用以取得未知點相對于已知點的坐標增量（基線矢量），從而由已知點坐標，推求各未知點坐標的方法。連續(xù)觀測取得充分的多余觀測數(shù)據(jù)，因而可以獲得非常高的定位精度。靜態(tài)相對定位T1已知點T2S1S2S3S4至少兩臺接收機固定連續(xù)同步觀測中等長度的基線（100-500km），相對定位精度可達10-6-10-7甚至更好采用載波相位觀測值（或測相偽距）為基本觀測量參考站未知站靜態(tài)相對定位在兩個觀測站或多個觀測站同步觀測相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以及電離層和對流層的折射誤差等對觀測量的影響具有一定的相關(guān)性，利用這些觀測量的不同組合（求差）進行相對定位，可有效地消除或減弱相關(guān)誤差地影響，從而提高相對定位的精度。靜態(tài)相對定位ti時刻載波相位觀測量觀測量的線性組合靜態(tài)相對定位

GPS載波相位觀測值可以在衛(wèi)星間求差，在接收機間求差，也可以在不同歷元之間求差。各種求差法都是觀測值的線性組合。將觀測值直接相減的過程叫做求一次差，所得結(jié)果稱單差。對一次差繼續(xù)求差，所得結(jié)果稱為雙差，同樣還有三差。這些差分觀測值模型能夠有效地消除各種偏差項。求解過程也是首先將觀測方程線性化后求解并確定誤差。靜態(tài)相對定位動態(tài)定位方法導(dǎo)航的概念首先起源于航海事業(yè)，其最初的含義是引導(dǎo)運載體從一個地點航行到另一個地點的過程。導(dǎo)航的首要問題就是確定航行體的即時位置，還要測定其速度、時間、姿態(tài)等狀態(tài)參數(shù)。由此可見，導(dǎo)航是一種廣義的動態(tài)定位。衛(wèi)星導(dǎo)航是用導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航定位信息引導(dǎo)運動載體安全到達目的地的一門新興科學(xué)。GPS在導(dǎo)航領(lǐng)域的應(yīng)用，有著比GPS靜態(tài)定位更為廣闊的前景。衛(wèi)星導(dǎo)航概念GPS導(dǎo)航是一種廣義的GPS動態(tài)定位，從目前的應(yīng)用看來，主要分為以下幾種方法：（1）單點動態(tài)定位（2）實時差分動態(tài)定位（3）后處理差分動態(tài)定位GPS動態(tài)定位方法分類單點動態(tài)定位是用安設(shè)在一個運動載體上的GPS信號接收機，自主地測得該運動載體的實時位置，從而描述出該運動載體的運動軌跡。所以單點動態(tài)定位又叫絕對動態(tài)定位。例如，行駛的汽車和火車，常用單點動態(tài)定位。GPS單點動態(tài)定位實時差分動態(tài)定位是用安設(shè)在一個運動載體上的GPS信號接收機，及安設(shè)在一個基準站上的另一臺GPS接收機，聯(lián)合測得該運動載體的實時位置，從而描述出該運動載體的運行軌跡，故差分動態(tài)定位又稱為相對動態(tài)定位。例如，飛機著陸和船艦進港，一般要求采用實時差分動態(tài)定位，以滿足它們所要求的較高定位精度。GPS實時差分動態(tài)定位后處理差分動態(tài)定位和實時差分動態(tài)定位的主要差別在于，在運動載體和基準站之間，不必像實時差分動態(tài)定位那樣建立實時數(shù)據(jù)傳輸，而是在定位觀測以后，對兩臺GPS接收機所采集的定位數(shù)據(jù)進行測后的聯(lián)合處理，從而計算出接收機所在運動載體在對應(yīng)時間上的坐標位置。例如，在航空攝影測量時，用GPS信號測量每一個攝影瞬間的攝站位置，就可以采用后處理差分動態(tài)定位。

GPS后處理差分動態(tài)定位對于動態(tài)GPS用戶，除了需要確定GPS接收機載體的實時位置，往往還要測定載體的實時航行速度。假設(shè)于歷元t1和t2測定的載體實時位置分別為X1(t1)和X2(t2)，則其運動速度可簡單地表示為：由此可得載體運行方向的速度為：GPS接收機載體航速的測定定時有著廣泛的應(yīng)用。從日常生活到航天發(fā)射，從出外步行到航空航海，都離不開定時。利用GPS信號進行時間傳遞，一般采用兩種方法：（1）一站單機測時：應(yīng)用一臺GPS接收機在一個已知坐標的觀測站上進行測時的方法。（2）共視對比定時法：在兩個測站上各設(shè)一臺GPS接收機，同步觀測同一衛(wèi)星，來測定兩用戶時鐘的相對偏差，達到高精度時間比對的目的。GPS定時GPS數(shù)據(jù)處理目的：將采集的GPS數(shù)據(jù)，經(jīng)測量平差后，歸化到參考橢球面上并投影到所采用的平面上，得到點的準確位置。平差當前參考面坐標投影參考橢球面坐標野外數(shù)據(jù)GPS定位數(shù)據(jù)處理特點：特點（1）海量的數(shù)據(jù)（2）復(fù)雜的處理過程（4）自動化程度高（3）多樣的數(shù)學(xué)模型GPS定位數(shù)據(jù)處理基本流程：其中，虛線右邊的是測后數(shù)據(jù)處理的基本流程。GPS數(shù)據(jù)的預(yù)處理：(1/2)預(yù)處理的主要目的是對原始觀測數(shù)據(jù)進行編輯、加工與整理，剔除粗差，刪除無效無用數(shù)據(jù)，分流出各種專用的信息文件，為下一步的平差計算做準備。GPS數(shù)據(jù)的預(yù)處理：

(2/2)預(yù)處理工作的主要內(nèi)容有：①數(shù)據(jù)傳輸②數(shù)據(jù)分流③平滑濾波檢驗④統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式⑤標準化衛(wèi)星軌道方程⑥探測周跳修復(fù)觀測值⑦進行各種模型改正GPS基線向量的解算：定義：利用多個測站的GPS同步觀測數(shù)據(jù)，確定這些測站之間坐標差的過程。基線向量：GPS相對定位中，點位間的相對位置量(坐標差)為基線向量。GPS相對定位的結(jié)果是確定測站點間的相對位置關(guān)系。這種相對位置關(guān)系通常用空間直角坐標差或大地坐標差表示。解算的觀測值:GPS載波相位觀測值（主要）、GPS偽距觀測值（輔助）。解算的結(jié)果：基線向量、精度（中誤差）及誤差相關(guān)性信息（協(xié)方差矩陣）。GPS基線向量的解算：為了通過平差計算求解觀測站之間的基線向量，一般均取相位觀測值的線性組合，即差分模型。一般以雙差觀測值作為平差解算時的觀測量，以測站間的基線向量坐標為主要未知量，建立誤差方程式、法方程求解基線向量。GPS基線向量網(wǎng)的平差：(1/3)ΔX31ΔX73ΔX67ΔX69ΔX89ΔX48ΔX12ΔX2432489657ΔX23ΔX35ΔX52ΔX45ΔX85ΔX95ΔX56ΔX36GPS基線向量網(wǎng)1圖中紅色點代表測站；有方向的線段代表各個測站之間的基線向量。GPS基線向量網(wǎng)的平差：(2/3)定義就是以載波相位觀測解算得到的基線向量為觀測值，以其方差陣的逆陣為權(quán)，進行平差計算，求得各GPS網(wǎng)點在WGS-84坐標系的坐標，并進行精度評定的過程。GPS基線向量網(wǎng)的平差：(3/3)GPS基線網(wǎng)平差的目的：

消除基線網(wǎng)中各類圖形閉合條件的不符值，并建立網(wǎng)的基準，即網(wǎng)的位置、方向和尺度基準。目前主要采用的平差方法有：三維無約束平差、三維約束平差及三維聯(lián)合平差三種平差模型。三維無約束平差解算：(1/13)定義

所謂GPS網(wǎng)的三維無約束平差是指平差在WGS-84三維空間直角坐標系下進行，GPS控制網(wǎng)中只需引入網(wǎng)中的一個位置基準（起始點），平差時不引入使得GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引起的變形的外部約束條件。三維無約束平差解算：(2/13)主要作用：(1)改善GPS網(wǎng)的質(zhì)量，評定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度；(2)消除由觀測量和已知條件中所存在的誤差而引起的GPS網(wǎng)在幾何上的不一致；(3)確定GPS網(wǎng)中點在指定參照系下的坐標以及其他所需參數(shù)的估值；(4)為將來可能進行的高程擬合，提供經(jīng)過了平差處理的大地高數(shù)據(jù)。三維無約束平差解算：(3/13)三維無約束平差解算：(4/13)1、誤差方程設(shè)網(wǎng)中的固定點點號為1，網(wǎng)內(nèi)測站點數(shù)為n，以待定測站點坐標改正數(shù)為平差未知數(shù)，以基線向量坐標及其方差的逆陣

為觀測值和權(quán)陣，并設(shè)固定點坐標和待定點近似坐標為：三維無約束平差解算：(5/13)基線向量坐標協(xié)方差矩陣的逆陣為：對于任意i、j兩點有以下關(guān)系

或

。三維無約束平差解算：(6/13)

三維無約束平差解算：(7/13)GPS網(wǎng)平差的基本誤差方程推導(dǎo)：三維無約束平差解算：(8/13)1)、含固定點1的基線向量觀測值的誤差方程為：當i=1時，寫成矩陣形式對應(yīng)的權(quán)陣為：即前面的基線向量坐標固定點坐標待定點近似坐標三維無約束平差解算：(9/13)2)、不含固定點的基線向量觀測值的誤差方程：為：寫成矩陣形式對應(yīng)的權(quán)陣為三維無約束平差解算：(10/13)2、法方程的組成及解算由于各基線向量觀測值之間認為是互相獨立的，因而可根據(jù)最小二乘準則，分別對每個基線向量觀測值的誤差方程式組成法方程，然后