GPS-7定位基本原理

《GPS原理及其應(yīng)用》

第七講

GPS定位的基本原理《GPS原理及其應(yīng)用》GPS測量定位方法分類定位模式絕對定位（單點(diǎn)定位）相對定位差分定位定位時(shí)接收機(jī)天線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)靜態(tài)定位：天線相對于地球坐標(biāo)系靜止動(dòng)態(tài)定位：天線相對于地球坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位：搬站過程中保持信號(hào)連續(xù)觀測獲得定位結(jié)果的時(shí)效事后定位實(shí)時(shí)定位觀測值類型偽距測量載波相位測量GPS測量定位方法分類單點(diǎn)定位相對定位差分GPS主要內(nèi)容§7.1單點(diǎn)定位GPS單點(diǎn)定位的概念GPS單點(diǎn)定位的幾何原理GPS單點(diǎn)定位的求解GPS單點(diǎn)定位小結(jié)我在哪里？航空攝影攝區(qū)1、GPS單點(diǎn)定位的概念GPS單點(diǎn)定位是指根據(jù)衛(wèi)星星歷以及單臺(tái)GPS接收機(jī)觀測值來確定測站點(diǎn)在WGS84坐標(biāo)系中絕對坐標(biāo)的方法，也稱為絕對定位。O（0,0,0）XYZ（X,Y,Z）（XS,YS,ZS）優(yōu)點(diǎn)：一臺(tái)接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測簡單，可瞬時(shí)定位缺點(diǎn)：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低應(yīng)用領(lǐng)域低精度導(dǎo)航、資源普查、軍事、...在待測點(diǎn)上設(shè)站，向3個(gè)或3個(gè)以上已知點(diǎn)進(jìn)行角度觀測，通過后方交會(huì)方法求出待測點(diǎn)的坐標(biāo)。平面后方交會(huì)方法回顧2、GPS單點(diǎn)定位的幾何原理觀測一顆衛(wèi)星測站位于以衛(wèi)星位置為球心，站星距離為半徑的球面上。(X1,Y1,Z1,)(X,Y,Z,)2、GPS單點(diǎn)定位的幾何原理觀測兩顆衛(wèi)星做兩個(gè)球面兩球面相交為一個(gè)圓測站位于圓上(X2,Y2,Z2,)(X1,Y1,Z1,)2、GPS單點(diǎn)定位的幾何原理觀測三顆衛(wèi)星做三個(gè)球面三個(gè)球面相交為兩點(diǎn)測站位于其中一點(diǎn)上(X3,Y3,Z3,)(X2,Y2,Z2,)(X1,Y1,Z1,)2、GPS單點(diǎn)定位的幾何原理GPS單點(diǎn)定位方法的實(shí)質(zhì)是空間距離后方交會(huì)觀測一個(gè)站星距離觀測兩個(gè)站星距離觀測三個(gè)站星距離觀測三個(gè)站星距離＋地球球面圓兩點(diǎn)一點(diǎn)3、GPS單點(diǎn)定位的求解GPS衛(wèi)星在“T”時(shí)刻發(fā)射信號(hào)GPS接收機(jī)于“T+△t”時(shí)刻接收到信號(hào)站星距離=△t×光速電離層對流層由于大氣誤差的影響，GPS衛(wèi)星鐘和GPS接收機(jī)鐘都含有誤差，造成星站距離觀測值并非星站幾何距離。(X,Y,Z,dt)S1S2S3S4給定待定點(diǎn)的初始坐標(biāo)(X0,Y0,Z0)觀測到多顆衛(wèi)星DOP（DilutionofPrecision）GDOP–GeometryDilutionofPrecisionPDOP–PositionDilutionofPrecisionTDOP–TimeDilutionofPrecisionHDOP–HorizontalDilutionofPrecisionVDOP–VerticalDilutionofPrecisionN,E,H為站心坐標(biāo)系下的坐標(biāo)分量DOP值與定位精度DOP值的性質(zhì)DOP值與單點(diǎn)定位時(shí)，所觀測衛(wèi)星的數(shù)量與分布有關(guān)，它所表示的是定位的幾何條件DOP值越小，定位的幾何條件越好GPS單點(diǎn)定位計(jì)算過程計(jì)算觀測衛(wèi)星的位置（Xi,Yi,Zi）,衛(wèi)星鐘差dTi,大氣誤差改正得到偽距觀測值確定未知數(shù)初值（X0,Y0,Z0）

組成誤差方程式解求坐標(biāo)未知數(shù)改正數(shù)迭代計(jì)算，并檢查是否收斂信號(hào)發(fā)送時(shí)刻還是信號(hào)接收時(shí)刻？信號(hào)發(fā)送時(shí)刻的衛(wèi)星位置，在信號(hào)接收時(shí)刻地球坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。4、GPS單點(diǎn)定位小結(jié)GPS單點(diǎn)定位的實(shí)質(zhì)是空間距離后方交會(huì)；要同時(shí)確定測站坐標(biāo)和接收機(jī)鐘差必須同時(shí)觀測四顆或四顆以上衛(wèi)星；GPS單點(diǎn)定位求解測站坐標(biāo)一般需要迭代計(jì)算。說明:首歷元計(jì)算時(shí)，初始值(0,0,0)，需迭代3-5次其后歷元令，迭代1-2次7.2精密單點(diǎn)定位

（PPP–PrecisePointPositioning）特點(diǎn)主要采用載波相位觀測值采用精密衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差數(shù)據(jù)采用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型定位精度厘米級用途全球高精度測量衛(wèi)星定軌載波相位單點(diǎn)定位的誤差方程載波相位觀測方程如果某個(gè)歷元觀測了n顆衛(wèi)星則誤差方程個(gè)數(shù)為：n未知數(shù)個(gè)數(shù)為：(4+n)是否可解？靜態(tài)情況下k個(gè)歷元里，每歷元均觀測了n顆相同的衛(wèi)星誤差方程個(gè)數(shù)為：k×n未知數(shù)個(gè)數(shù)為：3+k+n什么情況下可解？k×n>(3+k+n)誤差方程式為:用矩陣形式表示為:§7.3相對定位相對定位的概念相對定位的特點(diǎn)相對定位的觀測方程相對定位的類型1、相對定位的概念定義：確定同步觀測的接收機(jī)之間相對位置的定位方法，稱為相對定位。定位結(jié)果某一坐標(biāo)系下的基線向量（坐標(biāo)差）基線向量中含有：2個(gè)方位基準(zhǔn)（一個(gè)水平方位，一個(gè)垂直方位）和1個(gè)尺度基準(zhǔn)，不含有位置基準(zhǔn)2、相對定位的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：定位精度高缺點(diǎn)：多臺(tái)接收機(jī)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3、觀測方程非差觀測方程單差觀測方程雙差觀測方程靜態(tài)相對定位動(dòng)態(tài)相對定位準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對定位4、相對定位的類型概念：RTK(RealTimeKinematic)是一種利用GPS載波相位觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對定位的技術(shù)。儀器設(shè)備至少2臺(tái)接收機(jī)數(shù)據(jù)通訊鏈（無線電臺(tái)2個(gè)）RTK軟件特點(diǎn)和用途在短時(shí)間內(nèi)獲得厘米級精度，廣泛應(yīng)用于圖根控制測量、施工放樣、工程測量和地形測量5、RTK技術(shù)§7.8差分GPS差分GPS原理差分GPS的分類差分GPS的新進(jìn)展1、概述差分GPS產(chǎn)生的原因：絕對定位精度不能滿足要求各種觀測誤差的影響美國實(shí)施的SA政策SA取消前后的定位結(jié)果2、差分GPS的基本原理誤差的相關(guān)性各類誤差中除多路徑誤差外，其他誤差均具較強(qiáng)的相關(guān)性，從而定位結(jié)果也有一定的相關(guān)性。差分GPS的基本原理利用基準(zhǔn)站（架設(shè)在坐標(biāo)精確已知的點(diǎn)上的接收機(jī)）測定具有相關(guān)性的誤差或其對測量定位結(jié)果的影響，供流動(dòng)站改正其觀測值或定位結(jié)果。3、差分GPS的分類根據(jù)時(shí)效性實(shí)時(shí)差分事后差分根據(jù)觀測值類型偽距差分載波相位差分3、差分GPS的分類