《GNSS測量技術與應用》 課件全套 張福榮 項目1-6 GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的認知- GNSS技術在工程測量中的應用

第一章

GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的認知1.1衛(wèi)星導航系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)（NNSS）01全球定位系統(tǒng)（GPS）02全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）03目錄CONTENTE1.1衛(wèi)星導航系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展人類最初的導航，只能通過石頭，樹，山脈等作為參照物，漸漸發(fā)展到天文觀測法，即通過天上的太陽，月亮和星星來判斷位置。我國四大發(fā)明之一的指南針是人類導航領域的一個里程碑。無線電導航的發(fā)明，使導航系統(tǒng)成為航行中真正可以依賴的工具，因此具有劃時代的意義。無線電導航是利用無線電技術對飛機、船舶或其他運動載體進行導航和定位的系統(tǒng)。它具有獨立、封閉、全天候等特點，對外界環(huán)境依賴性很小?，F(xiàn)在，無線電導航仍然在飛機進場著陸、區(qū)域性定位中發(fā)揮著重要作用。無線電導航是通過測量到兩個已知點的精確距離，就可以精密地確定出載體所在的平面位置。..PQ我的位置應該在P點或Q點衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)是以衛(wèi)星為空間基準點，用戶利用接收設備測定至衛(wèi)星的距離來確定其三維位置、三維速度和時間的系統(tǒng)。01子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)（NNSS）01子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)（NNSS）衛(wèi)星大地測量——利用人造地球衛(wèi)星為大地測量服務的一門技術，它的主要內(nèi)容是在地面上觀測人造地球衛(wèi)星，通過測定衛(wèi)星位置的方法，來解決大地測量任務。1957年10月4日，原蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星，開創(chuàng)了空間技術造福人類的新時代。01子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)（NNSS）1958年，美國海軍研制了子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)，又稱為“海軍衛(wèi)星導航系統(tǒng)”（NNSS），是全球首個衛(wèi)星導航系統(tǒng)，通過播發(fā)無線電導航信號，為美國各類潛艇和海面艦船等提供非連續(xù)的二維導航定位服務。01子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)（NNSS）優(yōu)點：具有精度均勻、不受時間和天氣限制等優(yōu)點，只要系統(tǒng)的衛(wèi)星在視界內(nèi)，就可在地球表面任何地方進行單點定位或聯(lián)測定位，從而獲得觀測點的三維地心坐標。不足：衛(wèi)星數(shù)目較少（5～6顆），運行高度較低（平均約為1000Km），從地面觀測到衛(wèi)星的時間間隔較長（平均1.5小時），因而無法連續(xù)地提供實時三維定位信息，難以充分滿足軍事用戶和某些民事用戶的定位要求。02全球定位系統(tǒng)（GPS）研制與試驗階段論證與設計階段實用組網(wǎng)階段GPS實施計劃03全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）GNSS——GlobalNavigationSatelliteSystem的縮寫。GNSS泛指所有的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，包括全球的、區(qū)域的和增強的，如美國的GPS、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo、中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，以及相關的增強系統(tǒng)，如美國的WAAS（廣域增強系統(tǒng)）、歐洲的EGNOS（歐洲靜地導航重疊系統(tǒng)）和日本的MSAS（多功能運輸衛(wèi)星增強系統(tǒng)）等，還涵蓋在建和以后要建設的其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)。國際GNSS系統(tǒng)是個多系統(tǒng)、多層面、多模式的復雜組合系統(tǒng)。03全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）GNSS——GlobalNavigationSatelliteSystem的縮寫。北斗BDSGPSGalileoGLONASS全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS測量技術與應用學而時習之，不亦說乎第一章

GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的認知1.2全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS的組成田倩GNSS是GlobalNavigationSatelliteSystem的縮寫，稱為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。美國GPS歐盟伽利略俄羅斯GLONASS中國北斗空間衛(wèi)星部分用戶接收部分

地面監(jiān)控部分全球定位系統(tǒng)（GPS）01全球定位系統(tǒng)（GPS）GPS衛(wèi)星工作星座衛(wèi)星：24顆軌道：面6個長半軸：26609km偏心率：0.01軌道面相對赤道面的傾角：55°衛(wèi)星高度：20200km02格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）

蘇聯(lián)1976年啟動建設，使用24顆衛(wèi)星實現(xiàn)全球定位服務，可提供高精度的三維空間和速度信息，也提供授時服務。

02格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）系統(tǒng)組成衛(wèi)星星座地面監(jiān)測控制站用戶設備衛(wèi)星參數(shù)衛(wèi)星：24顆軌道面：3個高度：19100km傾角：64.8°GLONASS1982-2007GLONASS-M2003-2013GLONASS-K2007-2022GLONASS-KM2015-…02格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）向中國提供服務向亞太地區(qū)提供服務向全球提供服務2000年2020年2012年北斗一代北斗三代北斗二代02北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）02北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）24顆中圓地球軌道衛(wèi)星（MEO）3顆地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO）3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（IGSO）北斗三號系統(tǒng)星座02伽利略系統(tǒng)（Galileo）伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)（Galileo），是由歐盟研制和建立的全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，該計劃于1999年2月由歐洲委員會公布，歐洲委員會和歐空局共同負責。衛(wèi)星數(shù)量：30顆（27+3顆）軌道面：3個軌道高度：23616公里軌道傾角：56°衛(wèi)星壽命：12年以上02伽利略系統(tǒng)（Galileo）GNSS測量技術與應用學而時習之，不亦說乎第一章

GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的認知1.3全球定位系統(tǒng)GPS田倩全球定位系統(tǒng)GPS的組成01GPS的現(xiàn)代化02目錄CONTENTE1.3全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)是美國國防部于1994年建成的新一代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，簡稱為GPS。可向全球用戶提供連續(xù)、實時、高精度的三維位置，三維速度和時間信息。01全球定位系統(tǒng)GPS的組成空間衛(wèi)星部分地面監(jiān)控部分用戶接收部分空間衛(wèi)星部分用戶接收部分地面控制部分這三個部分既相互獨立又相互協(xié)調(diào)，它們主要通過無線電波聯(lián)系的。01GPS的組成——空中衛(wèi)星部分衛(wèi)星：24顆（21+3顆）軌道：面6個長半軸：26609km偏心率：0.01軌道面相對赤道面的傾角：55°各軌道面升交點赤經(jīng)相差：60°相鄰軌道衛(wèi)星升交距角相差：30°衛(wèi)星高度：20200km衛(wèi)星運行周期：12恒星時衛(wèi)星鐘標準頻率：10.23MHzL1載波頻率：1575.42MHzL2載波頻率：1227.60MHz原子鐘計算機太陽能電池板無線電收發(fā)兩用機導航荷載（接收數(shù)據(jù)，發(fā)射測距和導航數(shù)據(jù)）姿態(tài)控制和太陽能板指向系統(tǒng)01GPS的組成——空中衛(wèi)星部分01GPS的組成——地面監(jiān)控部分主控站1監(jiān)測站5注入站301GPS的組成——地面監(jiān)控部分作用主控站監(jiān)控站監(jiān)控站注入站/監(jiān)控站注入站/監(jiān)控站注入站/監(jiān)控站夏威夷卡瓦加蘭狄哥

伽西亞阿松森島科羅拉多主控站注入站監(jiān)測站監(jiān)控衛(wèi)星的運行確定GPS時間跟蹤并預報衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星狀態(tài)向每顆衛(wèi)星的存儲器注入導航信號01GPS的組成——地面監(jiān)控部分

主控站位于美國本土科羅拉多斯普林斯的聯(lián)合空間執(zhí)行中心。它的任務包括：采集數(shù)據(jù)、推算編制導航電文；給定全球定位系統(tǒng)時間基準；負責協(xié)調(diào)和管理所有地面監(jiān)測站和注入站系統(tǒng)；調(diào)整衛(wèi)星運動狀態(tài)，啟動備用衛(wèi)星。01GPS的組成——地面監(jiān)控部分監(jiān)測站共有5個，分布在不同的位置。監(jiān)測站的主要任務是為主控站編算導航電文提供觀測數(shù)據(jù)。01GPS的組成——地面監(jiān)控部分注入站共有3個。注入站的主要任務是在主控站的控制下，將由主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導航電文和其他控制指令等注入到相應衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)，并監(jiān)測注入信息的正確性。01GPS的組成——用戶接收部分TRIMBLEASHTECHLEICA導航型測地型授時型01GPS的組成——用戶接收部分單頻機、雙頻機、三頻機GPS用戶部分的主要作用是捕獲待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號并從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文，實時的計算出測站的三維位置，三維速度和時間。02GPS的現(xiàn)代化GPS是出現(xiàn)最早，目前發(fā)展最為成熟的一個GNSS定位系統(tǒng)，在發(fā)展的同時，GPS系統(tǒng)也在不斷地與時俱進。02GPS的現(xiàn)代化GPS是出現(xiàn)最早，目前發(fā)展最為成熟的一個GNSS定位系統(tǒng)，在發(fā)展的同時，GPS系統(tǒng)也在不斷地與時俱進。02GPS的現(xiàn)代化提高GPS衛(wèi)星的發(fā)射強度，增強抗干擾能力；更新GPS信號結構，增加具有更好保密性和抗干擾能力的軍用碼M碼；在L2載波上調(diào)制C/A碼，增發(fā)第三民用信號L5，該信號的頻率為1176.45MHz；使用新技術以阻止或干擾敵對方使用GPS；取消SA政策，提高民用定位精度；研發(fā)抗干擾能力更強初始化速度更快的接收設備。GNSS測量技術與應用學而時習之，不亦說乎第一章

GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的認知任務1.4中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)田倩北斗系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展01北斗系統(tǒng)的組成02北斗系統(tǒng)的定位原理03目錄CONTENTE1.4中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗系統(tǒng)的應用04中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（英文名稱：BeiDouNavigationSatelliteSystem，簡稱BDS）是我國自主研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，也是繼GPS、GLONASS之后的第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，可在全球范圍內(nèi)為各類用戶提供高精度、高可靠性定位導航授時服務，并具備短報文通信功能。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)BDS和美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟GALILEO，是聯(lián)合國衛(wèi)星導航委員會已認定的供應商。陳芳允院士雙星定位北斗一號（2003年）北斗二號（2012年）北斗三號（2020年）5顆試驗星，區(qū)域有源14顆星，區(qū)域無源30顆星，全球無源北斗一號衛(wèi)星2000年10月31日140E2000年12月21日80E2003年5月25日110.5E2007年4月14日MEO衛(wèi)星2009年4月15日GEO衛(wèi)星2010年1月17日GEO衛(wèi)星衛(wèi)星運載火箭北斗二號衛(wèi)星北斗三號衛(wèi)星北斗系統(tǒng)組成空間段地面段用戶段1.地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO）共有3顆軌道高度35786公里軌道傾角為0度空間段2.傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（IGSO）共有3顆軌道高度35786公里軌道傾角為55度空間段2.中圓地球軌道衛(wèi)星（MEO）共有24顆軌道高度21528公里空間段

地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干地面站，以及星間鏈路運行管理設施。地面段

用戶段由北斗用戶終端以及與其他GNSS兼容的終端組成。北斗系統(tǒng)的用戶終端用戶段北斗衛(wèi)星

北斗衛(wèi)星用戶位置中心控制系統(tǒng)標校站標校站標校站標校站工作原理北斗一號北斗二號定位原理北斗系統(tǒng)的應用水文監(jiān)測電力氣象預報測繪地理信息災害救援農(nóng)田監(jiān)測漁業(yè)……GNSS測量技術與應用學而時習之，不亦說乎第一章

GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的認知任務1.5GNSS定位的坐標系統(tǒng)田倩天球坐標系和地球坐標系0102目錄CONTENTE1.5GNSS定位的坐標系統(tǒng)WGS-84坐標系03我國的參心大地坐標系04CGCS2000國家大地坐標系05地方獨立坐標系01天球坐標系和地球坐標系天球坐標系——描述衛(wèi)星的位置M天球PNPS天軸天球赤道面黃道北黃極KN

KS南黃極春分點天球空間直角坐標系天球球面坐標系01天球坐標系和地球坐標系天球空間直角坐標系天球赤道面春分點MSPNXYZZXYS（X，Y，Z）起始子午面01天球坐標系和地球坐標系天球球面坐標系天球赤道面春分點MSαδγ起始子午面PNPSS（α，δ，γ）01天球坐標系和地球坐標系對同一空間點兩種表達方式可通過下面的式子進行轉(zhuǎn)換球面→三維三維→球面01天球坐標系和地球坐標系地球坐標系——確定地面點的位置P（x，y，z）P（B，L，H）01天球坐標系和地球坐標系式中，e為子午橢圓第一偏心率；N為卯酉圓曲率半徑這兩種坐標系的換算關系為02WGS-84坐標系極移——地球自轉(zhuǎn)軸相對于地球體的位置不是固定的，因而地極點在地球表面的位置是隨時間而變化的，這種現(xiàn)象稱為極移。WGS-84坐標系的定義：原點——地球的質(zhì)心Z軸——指向BIH1984.0定義的CTP（協(xié)議地球極）方向X軸——指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點Y軸——和Z,X構成右手系02WGS-84坐標系WGS-84橢球（國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第17屆年會）長半軸

a=6378137m扁率f=1/298.25703我國的參心大地坐標系北京54坐標系西安80坐標系03我國的參心大地坐標系北京54坐標系長半軸

a=6378245m扁率f=1/298.3克拉索夫斯基橢球03我國的參心大地坐標系IAG75橢球西安80坐標系長半軸

a=6378140m扁率f=1/298.25704地方獨立坐標系地方獨立坐標系的建立，實際上就是通過一些元素的確定來決定地方參考橢球與投影面。地方參考橢球一般選擇與當?shù)仄骄叱滔鄬膮⒖紮E球，其橢球的中心、軸向和扁率與國家參考橢球相同。地方投影面的確定，一般選取過測區(qū)中心的經(jīng)線或某個起算點的經(jīng)線作為獨立的中央子午線，以某個特定方便使用的點和方位為地方獨立坐標系的起算原點和方位，并選取當?shù)仄骄叱堂鏋橥队懊妗?5CGCS2000國家大地坐標系7805CGCS2000國家大地坐標系CGCS2000國家大地坐標系ChinaGeodeticCoordinateSystem2000XZY地球質(zhì)心IERSIRMIERSIRP高精度地心三維符合IERS協(xié)議05CGCS2000國家大地坐標系長半軸

a=6378137m扁率f=1/298.257222101WGS-84橢球參數(shù)CGCS2000橢球參數(shù)長半軸

a=6378137m扁率f=1/298.257GNSS測量技術與應用學而時習之，不亦說乎第一章

GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的認知任務1.5GNSS定位的時間系統(tǒng)田倩時間系統(tǒng)的概念01世界協(xié)調(diào)時（UTC）02目錄CONTENTE1.5GNSS定位的時間系統(tǒng)GPS時間（GPST）03北斗時間（BDT）0401時間系統(tǒng)的概念衛(wèi)星位置的精度和時刻的精度密切相關當要求衛(wèi)星的位置誤差小于1cm時，則相應的時刻誤差應小于2.6微秒。星地之間距離的測量精度與時間的精度密切相關當要求星地之間距離誤差小于1m，則時間精度應小于3×10-8秒。01時間系統(tǒng)的概念時間間隔——指發(fā)生某一現(xiàn)象所經(jīng)歷的過程，是這一過程始末的時間差。時刻——指發(fā)生某一現(xiàn)象的瞬間。在衛(wèi)星定位中，與所獲取數(shù)據(jù)對應的時刻我們也稱為歷元。01時間系統(tǒng)的概念原點（起算點）尺度（單位長度）時間系統(tǒng)符合下列要求的任何一個可觀察的周期運動現(xiàn)象，都可用作確定時間的基準：運動是連續(xù)的、周期性的；運動周期充分穩(wěn)定；運動的周期有復現(xiàn)性。01時間系統(tǒng)的概念人們?nèi)粘Ｊ褂幂^多的是世界時系統(tǒng)，根據(jù)其參考點選擇的不同，世界時系統(tǒng)又分為恒星時和太陽時。恒星時——以春分點為參考點太陽時——以太陽為參考點用以測量時間的周期性運動有3種，實踐中，在實踐中，因所選擇的周期運動現(xiàn)象不同，便產(chǎn)生了不同的時間系統(tǒng)。轉(zhuǎn)動體的自由旋轉(zhuǎn)。如地球的自轉(zhuǎn)——世界時系統(tǒng)開普勒運動。如地球繞太陽公轉(zhuǎn)——力學時系統(tǒng)諧波震蕩。如原子鐘的震蕩——原子時系統(tǒng)01時間系統(tǒng)的概念（1）恒星時（ST）——以春分點為參考點，由春分點的周日視運動所確定的時間稱為恒星時。春分點連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一恒星日，一恒星日分為24個恒星時。恒星時具有地方性。（2）平太陽時（MT）——以平太陽為參考點，以平太陽的周日視運動所確定的時間周期就是平太陽時。假定有一個平太陽在天赤道上作等速運行，其速度等于真太陽的平均速度，這個假想的太陽連續(xù)兩次上中天的時間間隔，叫做一個平太陽日，平太陽日的1/24就是1平太陽時。01時間系統(tǒng)的概念（3）世界時（UT）——以平子夜為零時起算的格林尼治平太陽時定義為世界時。世界時與平太陽時尺度相同，但時間原點不同。平太陽時的時間原點是正午，而世界時的時間原點是平子夜。（4）原子時（TAI）——以平子夜為零時起算的格林尼治平太陽時定義為世界時。位于海平面上的銫原子基態(tài)兩個超精細能級，在零磁場中躍遷輻射震蕩9192631770周所持續(xù)的時間，為1原子時秒。原子時的原點為1958年1月1日零時。原子時也具有地方性，國際推算出統(tǒng)一的原子時系統(tǒng)，稱為國際原子時IAT。02協(xié)調(diào)世界時（UTC）協(xié)調(diào)世界時（UTC）——以格林尼治平子夜為時間原點0時，以原子時作為秒長。世界時協(xié)調(diào)世界時跳秒保持時間尺度的均勻性能近似地反映地球自轉(zhuǎn)的變化03GPS時間系統(tǒng)（GPST）GPS時間系統(tǒng)（GPST）——采用原子時秒長作為時間尺度，GPS時間的原點也就是起算點在1980年1月6日UTC零時，啟動以后不跳秒，保持時間的連續(xù)性。GPST由主控站原子鐘控制。TAT－TGPST=19″04北斗時間系統(tǒng)（BDT）北斗時間系統(tǒng)（BDT）——采用原子時秒長作為時間尺度，北斗時間的原點也就是起算點在2006年年1月1日UTC零時，啟動以后不跳秒，保持時間的連續(xù)性。BDT由國家授時中心進行時間監(jiān)控和維持。北斗時間與GPS時間秒長相同，但時間原點不同。93四種時間轉(zhuǎn)換關系IATBDTGPSTGSTGLONASST+33S+(IAT-UTC)-3h+19S+19S04北斗時間系統(tǒng)（BDT）GNSS測量技術與應用學而時習之，不亦說乎第一章

GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的認知任務1.7衛(wèi)星運動與衛(wèi)星星歷田倩衛(wèi)星的無攝運動01衛(wèi)星的受攝運動02目錄CONTENTE1.7衛(wèi)星運動與衛(wèi)星星歷廣播星歷03精密星歷0401衛(wèi)星的無攝運動地球?qū)πl(wèi)星的引力太陽、月亮對衛(wèi)星的引力大氣阻力太陽光壓地球潮汐力確定衛(wèi)星軌道橢圓的形狀、大小確定衛(wèi)星在其橢圓軌道上的位置確定衛(wèi)星軌道與地球的相對位置關系01衛(wèi)星的無攝運動只考慮地球質(zhì)心引力作用的衛(wèi)星運動稱為衛(wèi)星的無攝運動。開普勒軌道參數(shù)as：軌道橢圓的長半徑es：軌道橢圓的偏心率fs：真近點角

i：軌道面的傾角Ω：升交點的赤經(jīng)ωs：近地點角距01衛(wèi)星的無攝運動02衛(wèi)星的受攝運動衛(wèi)星在地球質(zhì)心引力和各種攝動力綜合影響下的軌道運動稱為衛(wèi)星的受攝運動。fnc——即地球的非質(zhì)心引力fs——太陽的引力fm——月球的引力fr——太陽的光輻射壓力fa——大氣阻力fp——地球潮汐作用力02衛(wèi)星的受攝運動衛(wèi)星在攝動力的作用下，會產(chǎn)生攝動改正。as，es，fs，i

，Ω，ωs

（六參數(shù)的變化率）t0時刻：（as，es，fs，i

，Ω，ωs

）均已知t時刻：（

as，es，fs，i

，Ω，ωs

）待求。在受攝力的作用下，軌道參數(shù)是時間的一個變量函數(shù)。在二體問題下，加上各項攝動改正，就可得到任一時刻比較精確的軌道參數(shù)。03廣播星歷衛(wèi)星星歷：描述衛(wèi)星運動軌道的信息（一組對應某一時刻的軌道參數(shù)及其變化率）。利用GNSS定位，就是根據(jù)已知的衛(wèi)星軌道信息和用戶的觀測資料，通過數(shù)據(jù)處理來確定接收機的位置和速度。所以，精確的描述軌道的星歷，是實現(xiàn)精確定位與導航的基礎。衛(wèi)星星歷的分類

廣播星歷（預報星歷）

精密星歷（后處理星歷）03廣播星歷廣播星歷（預報星歷）：通過衛(wèi)星發(fā)射的含有軌道信息的導航電文傳遞給用戶的，用戶接收機接收到這些信號，經(jīng)過解碼器便可獲得所需要的衛(wèi)星星歷（通常包括相對某一參考歷元的開普勒軌道參數(shù)和必要的軌道攝動改正項參數(shù)，它是根據(jù)監(jiān)測站約一周的觀測資料推算的）。優(yōu)點：實時。缺點：精度較低，一般約20-40m。預報星歷的內(nèi)容包括：

參考歷元瞬間的開普勒6個參數(shù)，

反映攝動力影響的9個參數(shù)，

以及參考時刻和星歷數(shù)據(jù)齡期，

共計17個星歷參數(shù)。03廣播星歷廣播星歷的編制和傳送過程：監(jiān)測衛(wèi)星的運行狀態(tài)編制衛(wèi)星星歷將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星衛(wèi)星向用戶發(fā)送衛(wèi)星星歷用戶接收機接收衛(wèi)星星歷周期1小時循環(huán)閉合的過程10504精密星歷精密星歷（后處理星歷）：根據(jù)地面跟蹤站所獲得的精密觀測資料計算而得到的星歷，是一種不包含外推誤差的實測星歷。監(jiān)測站例如：在我國領土內(nèi)，有一些高精度坐標的地面控制點，用地面點交會出t時刻衛(wèi)星的精確位置。這種星歷不是通過衛(wèi)星導航電文向用戶傳遞，而是利用磁帶或通過電視、電傳、衛(wèi)星通訊等方式有償?shù)臑樗枰挠脩舴铡?4精密星歷優(yōu)點：軌道參數(shù)非常準確，也稱精密星歷。缺點：不能做到實時。后處理星歷的編制和傳送過程建立衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)，隨時監(jiān)測衛(wèi)星運動狀態(tài)計算衛(wèi)星星歷向用戶提供以往觀測時刻的星歷。星歷類型獲取方法精度時間間隔衛(wèi)星位置計算方法廣播星歷由導航電文實時地得到低1h用軌道參數(shù)來計算精密星歷事后由第三方提供高15min插值04精密星歷項目二

GNSS測量定位方法任務2.1GNSS定位原理與方法GNSS定位原理01GNSS定位方法02目錄CONTENTE2.1GNSS定位原理與方法知識引入GNSS定位原理一個站星距離測站位于以衛(wèi)星為球心站星距離為半徑的球面上兩個站星距離作兩個球面兩個球面相交為圓測站位于圓圈上GNSS衛(wèi)星定位的原理是：利用空間分布的衛(wèi)星（已知點）以及衛(wèi)星到接收機測得的距離（觀測值），按空間距離交會的方法計算出接收機的位置（待定點）。01GNSS定位原理三個站星距離作三個球面三個球面兩兩相交于兩點測站位于其中一點地球+=一點01GNSS定位原理GNSS衛(wèi)星定位的實質(zhì)是把衛(wèi)星視為“動態(tài)”的控制點，在已知其瞬時坐標的條件下，以GNSS衛(wèi)星和用戶接收機天線之間的距離（或距離差）為觀測量，進行空間距離后方交會，從而確定用戶接收機天線所處的位置。ρ1ρ2ρ301GNSS定位原理ρ1ρ2ρ3ρ4

GNSS定位至少需要觀測4顆衛(wèi)星。存在接收機鐘誤差，將其作為獨立的未知數(shù)：01GNSS定位原理觀測瞬間衛(wèi)星的位置觀測瞬間測站點與衛(wèi)星之間的距離

GNSS定位需解決的兩個關鍵問題：導航電文中的衛(wèi)星星歷衛(wèi)星信號傳播時間01GNSS定位方法靜態(tài)定位GNSS定位方法

根據(jù)參考點的不同位置分類根據(jù)接收機天線的狀態(tài)分類動態(tài)定位絕對定位相對定位衛(wèi)星射電干涉測量多普勒定位法偽距測量法載波相位測量根據(jù)GNSS信號的不同觀測量分類02GNSS定位方法根據(jù)接收機天線的狀態(tài)分類：在定位過程中，用戶接收機天線處于靜止狀態(tài)，嚴格地說，接收機天線相對其周圍的固定點天線位置沒有可察覺的變化，或者變化非常緩慢，以致在觀測期內(nèi)察覺不出而可以忽略。是精度最高的作業(yè)模式。主要用于大地測量、控制測量、變形測量、工程測量。精度可達到（5mm+1ppm）動態(tài)定位靜態(tài)定位在定位過程中，用戶接收機天線處在運動狀態(tài)，待定點位置隨著時間變化。適用于精度要求不高的碎部測量，也可用于確定車輛、船艦、飛機和航天器的實時位置。精度可達到（10～20mm+1ppm）。02GNSS定位方法根據(jù)參考點的不同位置分類：絕對定位是以地球質(zhì)心為參考點，測定接收機天線（即待定點）在協(xié)議地球坐標系中的絕對位置，由于定位作業(yè)僅需一臺接收機，所以又稱為單點定位。簡單，但定位精度較低。適用于低精度測量領域，如船只、飛機的導航、海洋捕魚、地質(zhì)調(diào)查等。相對定位絕對定位如果選擇地面某個固定點為參考點，確定接收機天線相位中心相對參考點的位置，稱為相對定位。精度較高，是精密定位的基本模式。在大地測量、工程測量、地殼形變監(jiān)測等精密定位領域內(nèi)得到廣泛的應用。02GNSS定位方法根據(jù)GNSS信號的不同觀測量分類：1234衛(wèi)星射電干涉測量利用GPS衛(wèi)星射電信號具有白噪聲的特性，由兩個測站同時觀測一顆GPS衛(wèi)星，通過測量這顆衛(wèi)星的射電信號到達兩個測站的時間差，可以求得測站間距離。多普勒定位法根據(jù)多普勒效應原理，利用GNSS衛(wèi)星較高的射電頻率，由積分多普勒計數(shù)得出偽距差。載波相位測量將載波作為量測信號，對載波進行相位測量可以達到很高的精度。通過測量載波的相位而求得接收機到GNSS衛(wèi)星的距離。偽距測量法是利用GNSS進行導航定位的最基本的方法。其原理是：在某一瞬間，利用GNSS接收機同時測定至少4顆衛(wèi)星的偽距，根據(jù)已知的衛(wèi)星位置和偽距觀測值，采用距離交會法求出接收機的三維坐標和時鐘改正數(shù)。02項目二

GNSS測量定位方法任務2.2偽距測量原理測距碼及其特性01測碼偽距測量原理02測碼偽距測量特點03目錄CONTENTE2.2偽距測量原理知識引入GNSS衛(wèi)星定位的原理是：利用空間分布的衛(wèi)星以及衛(wèi)星到接收機測得的距離，按空間距離后方交會的方法計算出接收機的位置。觀測瞬間衛(wèi)星的位置觀測瞬間測站點與衛(wèi)星之間的距離導航電文中的衛(wèi)星星歷？

GNSS定位需解決的兩個關鍵問題：C/A碼P碼周期1ms碼長1023bit2.35x1014bit(6.19X1012bit)碼元寬度0.97752μs(293.05m)0.097752μs(29.3m)數(shù)碼率1.023Mbit/s10.23Mbit/s特性①碼長短、易捕獲；②碼元寬度較大、測距精度較低（2.93m）；③結構公開、民用。①碼長特長、不易捕獲；②碼元寬度為C/A碼的1/10、測距精度較高（0.293m）。01測距碼及其特性測距碼是用于測定從衛(wèi)星到地面測站（接收機）間距離的一種二進制碼序列。GNSS衛(wèi)星中所采用的測距碼從性質(zhì)上講屬于偽隨機噪聲碼。根據(jù)性質(zhì)和用途不同，GPS測距碼可分為粗碼（C/A碼）和精碼（P碼）。02測碼偽距測量

x

公里？

Δt秒？??

測碼偽距測量的原理02測碼偽距測量原理如何判斷兩組信號是否對齊？答：根據(jù)這兩組信號的相關系數(shù)R是否為1來加以判斷的。兩組信號對齊時R=1兩組信號未對齊時R＜102測碼偽距測量原理

接收機接收到測距碼后，通過不斷延遲時間τ，最終可與自身復制的碼對齊（R=1）。理論值實際值（兩組信號完全對齊）（所有碼總體上對得最齊）原因①衛(wèi)星鐘和接收機鐘存在誤差，引起兩組信號的碼寬度與理論值并不完全相同；②衛(wèi)星信號在長距離傳播過程中可能產(chǎn)生變形。R復制碼測距碼02測碼偽距測量原理1.存在衛(wèi)星鐘和接收機鐘誤差。2.存在電離層、對流層延遲誤差。3.衛(wèi)星信號在大氣中傳播速度不等于光速c。GPS衛(wèi)星軌道電離層對流層50100020200kmkmkm偽距

4.復制碼與測距碼未完全對齊。03測碼偽距測量的觀測方程偽距測量的觀測方程為：設第i顆衛(wèi)星觀測瞬間在空間的位置為（xi，yi，zi），接收機觀測瞬間在空間的位置為（X，Y，Z），則真實的站星距離為：顧及上述誤差后，可得：04測碼偽距測量特點測距碼的獨特結構01易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號20W衛(wèi)地距20000km干擾信號kW離用戶距離數(shù)km~數(shù)百km測碼偽距測量的特點所有碼分別測距取平均02可提高測距精度04測碼偽距測量特點04測碼偽距測量特點特定的偽隨機噪聲碼03便于用碼分多址技術對衛(wèi)星信號進行識別和處理1號2號3號4號5號123451234504測碼偽距測量特點公開公開或加密碼結構標準定位服務SPS精密定位服務PPSC/A碼

P(Y)碼密04便于對系統(tǒng)進行控制和管理GNSS測量技術與應用項目二

GNSS測量定位方法任務2.3載波相位測量概論01載波相位測量原理02載波相位測量的觀測方程03目錄CONTENTE2.3載波相位測量概論測距信號C/APL1L2碼元寬度293m29.3m19cm24cm測距精度2.93m0.293m1.9mm2.4mm對載波進行相位測量，能得到較高的測量定位精度。為什么采用載波相位測量？概論在進行載波相位測量之前，首先要進行解調(diào)工作，設法將調(diào)制在載波上的測距碼和導航電文去掉，重新獲取載波，這一工作稱為重建載波。方法：將所接收到的調(diào)制信號（衛(wèi)星信號）與接收機產(chǎn)生的復制碼相乘。優(yōu)點：可同時提取測距信號和導航電文，可獲得全波長的載波，信號質(zhì)量好（信噪比高）。缺點：必須知道測距碼的結構。平方法碼相關法方法：將所接收到的調(diào)制信號（衛(wèi)星信號）自乘。優(yōu)點：無需了解碼的結構。缺點：無法獲得測距碼和導航電文，所獲載波波長為原來波長的一半，信號質(zhì)量較差（信噪比低）。載波相位測量原理將測距碼和數(shù)據(jù)碼調(diào)制到載波上由衛(wèi)星發(fā)射機將調(diào)制信號發(fā)出接收機解調(diào)出純凈的載波信號接收機產(chǎn)生基準信號載波信號和基準信號求相位差

載波相位測量的觀測值是GNSS接收機所接收到的衛(wèi)星載波信號與接收機本振參考信號的相位差。載波相位測量原理140t0:首次進行載波相位測量時刻ti:后續(xù)各次觀測時刻首次觀測：其余各次觀測：完整的載波相位通常表示為0i0i整周模糊度整周計數(shù)

載波相位測量的觀測方程

載波相位測量的基本觀測方程：

載波相位測量的基本觀測方程線性化：GNSS測量技術與應用項目二

GNSS測量定位方法任務2.4GNSS差分定位

——偽距差分定位差分GNSS概述01偽距差分原理02偽距差分特點03目錄CONTENTE2.4.1偽距差分定位知識引入差分GNSS概述絕對定位GNSS定位測量

相對定位靜態(tài)定位動態(tài)定位根據(jù)參考點的不同位置分類根據(jù)接收機天線的狀態(tài)分類動態(tài)相對定位差分定位01差分GNSS概述21美國的GPS政策對GPS絕對定位精度的影響。SA關閉前后GPS絕對定位精度的變化差分GNSS差分GNSS產(chǎn)生的誘因絕對定位的精度受多種誤差因素的影響，難以滿足某些應用領域的要求。0101差分GNSS概述差分GNSS是利用安置在已知精確坐標的基準站上的GNSS接收機，測定GNSS測量定位誤差，再將差分改正信息實時或事后發(fā)送給流動站（用戶），用以提高在一定范圍內(nèi)流動站定位精度的方法。什么是差分GNSS？基準站差分改正信息電臺流動站01差分GNSS概述為什么差分GNSS能提高精度？01差分GNSS概述差分GNSS分類根據(jù)用戶進行數(shù)據(jù)處理的時間不同（時效性），可分為實時差分和事后差分。根據(jù)工作原理及數(shù)學模型分類：單基站差分GNSS廣域差分GNSS差分GNSS多基站局域差分GNSS01差分GNSS概述差分GNSS分類根據(jù)基準站發(fā)送的信息方式分類：差分GNSS偽距差分位置差分載波相位差分應用最廣泛計算最簡單精度最高02偽距差分原理偽距差分是將一臺接收機安置在基準站上進行觀測，根據(jù)基準站已知精密坐標，計算出基準站到衛(wèi)星的距離改正信息，并由基準站將此改正信息發(fā)送給用戶，用戶利用接收到的改正數(shù)對其偽距觀測值進行改正，進而利用改正后的偽距進行單點定位?；鶞收緮?shù)據(jù)通訊鏈流動站（用戶）距離改正數(shù)02偽距差分原理基準站流動站

相距不太遠的兩個測站同時觀測相同衛(wèi)星，兩測站觀測值中的誤差存在時空相關性；在一定時間內(nèi)，同一衛(wèi)星相鄰歷元觀測量中的誤差及影響大體相同。影響絕對定位精度的主要誤差有哪些？多路徑效應衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星鐘鐘差大氣延遲誤差02偽距差分原理基準站(i)流動站(k)電臺

02偽距差分原理基準站(i)流動站(k)基準站偽距觀測值電臺發(fā)射

02偽距差分原理基準站(i)流動站(k)電臺發(fā)射3.流動站根據(jù)接收到的改正信息來改正同步觀測的相應偽距觀測量；接收

流動站偽距觀測值

02偽距差分原理基準站(i)流動站(k)電臺發(fā)射4.流動站根據(jù)經(jīng)過差分改正的偽距進行單點定位，可以得到精度較高的用戶位置。接收單點定位improved03偽距差分特點缺點優(yōu)點公共誤差抵消的程度決定了定位精度的高低。隨著基準站與流動站的距離增加，差分精度降低基準站、流動站無需觀測完全相同的衛(wèi)星偽距改正數(shù)無需變換為當?shù)刈鴺?，定位精度高且使用方便?？蛇x星，改善空間幾何分布，提高精度偽距差分是目前應用最廣泛的差分定位技術之一。GNSS測量技術與應用項目二

GNSS測量定位方法任務2.4GNSS差分定位

——載波相位差分定位差分GPS概述01偽距差分原理02偽距差分特點03目錄CONTENTE2.4.2載波相位差分定位知識回顧根據(jù)基準站發(fā)送的信息方式，差分GNSS可分為：差分GNSS偽距差分位置差分載波相位差分應用最廣泛計算最簡單精度最高載波相位差分定位的概念載波相位觀測差分定位模式載波相位差分載波相位測量的觀測量是GNSS接收機所接收的衛(wèi)星載波信號與接收機本振參考信號的相位差。差分定位，是根據(jù)基準站和流動站的觀測數(shù)據(jù)來確定二者之間的相對位置的方法。載波相位差分定位的概念載波相位差分定位是以載波相位觀測為根據(jù)的差分GNSS測量技術。01載波相位差分定位原理02載波相位差分有兩種定位方法：一種與偽距差分相似，基準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。另一種是將基準站的載波相位的觀測值發(fā)送給用戶站，并由用戶站將觀測值求差進行坐標解算，這種方法稱為求差法。單差雙差三差載波相位差分定位原理02單差單差可消去衛(wèi)星鐘差參數(shù)雙差雙差可消去兩測站接收機鐘差改正數(shù)求差法載波相位差分定位原理02三差三差可消去初始整周未知數(shù)項N0求差法動態(tài)相對定位的定位程序03定位解算的一般流程為：

(1)用戶站在保持不動的情況下，靜態(tài)觀測若干歷元，并將基準站上的觀測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈傳送給用戶站，按靜態(tài)相對定位法求出整周未知數(shù)，這一過程稱為初始化階段。

(2)將求出的整周未知數(shù)代入雙差模型，此時雙差只包括三個坐標增量，只要4顆以上衛(wèi)星的一個歷元的觀測值，就可實時地求解出三個位置分量。

(3)將求出的坐標增量加入已知的基準站坐標即可得到用戶站的空間位置。第三章

GNSS測量誤差分析3.1GNSS測量誤差來源GNSS測量誤差來源01GNSS測量誤差的分類02目錄CONTENTE3.1GNSS測量誤差來源01GNSS測量誤差來源無論多么精密的儀器無論多么熟練的操作技術.無論多么準確的測量方法多次平行測量，結果不會安全一致??？01傳統(tǒng)測量誤差來源BAC觀測者引起的誤差測量儀器引起的誤差外界環(huán)境引起的誤差01GNSS測量的誤差來源

其它與衛(wèi)星有關

與路徑有關

與測站有關02GNSS測量誤差的分類1.與衛(wèi)星有關衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星鐘差相對論效應電離層誤差對流層誤差多路徑效應2.與路徑有關1、首先我們來看與衛(wèi)星有關的誤差。包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、相對論效應；2、與傳播路徑有關的誤差。包括電離層誤差、對流層誤差、多路徑效應誤差；02GNSS測量誤差的分類3.與測站有關接收機鐘差天線相位中心偏差接收機安置誤差固體潮、極潮誤差海水負荷誤差數(shù)據(jù)處理軟件誤差4.其它3、與測站有關的誤差有：接收機鐘差、接收機內(nèi)部噪聲、天線相位中心偏差。4、其他誤差，包括固體潮、極潮誤差、海水負荷誤差、數(shù)據(jù)處理軟件誤差等。02GNSS測量誤差的分類為了便于理解，通常均把各種誤差的影響投影到站星距離上，以相應的距離誤差表示，稱為等效距離誤差02GNSS測量誤差的分類誤差來源對距離測量的影響(m）與衛(wèi)星有關星歷誤差、鐘誤差、相對論效應1.5-15與路徑有關電離層、對流層、多路徑效應1.5-15與測站有關鐘誤差、位置誤差、天線誤差1.5-5.0其它影響固體潮、極潮誤差、負荷潮等1.002GNSS測量誤差的分類如果按照誤差性質(zhì)分類：GNSS誤差來源系統(tǒng)誤差非系統(tǒng)非偶然誤差偶然誤差系統(tǒng)誤差改正后的殘差衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星鐘差相對論效應接收機內(nèi)部噪聲天線相位中心偏差修復周跳時的半周誤差與測站有關誤差圖形強度的影響PDOP電離層誤差對流層誤差多路徑效應與衛(wèi)星有關道的誤差與信號傳播有關道的誤差觀測和數(shù)據(jù)處理中引起的一些偶然誤差觀測值得取舍不合理測站時鐘誤差測站本身坐標誤差第三章

GNSS測量誤差分析3.2GNSS與衛(wèi)星有關的誤差衛(wèi)星星歷（軌道）誤差01衛(wèi)星鐘差02相對論效應03目錄3.1GNSS測量與衛(wèi)星有關的誤差01衛(wèi)星星歷誤差由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星在空間的位置與衛(wèi)星的實際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。

衛(wèi)星軌道的確定給出的衛(wèi)星位置及運動速度廣播星歷精密星歷衛(wèi)星星歷實際的衛(wèi)星位置及運動速度衛(wèi)星星歷誤差跟蹤站、觀測值、定軌模型與軟件01衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星星歷誤差嚴重影響單點定位的精度，一般可達數(shù)米，甚至數(shù)十米。并且對于相對定位也是一個重要的誤差來源。所以不容忽視。

01衛(wèi)星星歷誤差式中：

B為基線長度；

dB表示由于星歷誤差引起的基線誤差；dr為星歷誤差；ρ為衛(wèi)星至測站的距離；基線的相對誤差，約為星歷相對誤差的1/4.01衛(wèi)星星歷誤差星歷誤差對基線長度及相對定位精度的影響衛(wèi)星廣播星歷，一般能保證1-2個ppm的精度，也就是說廣播星歷只能用于基線不是很長，定位精度要求不是很高的相對定位，可以滿足一般工程測量的精度要求。01衛(wèi)星星歷誤差廣播星歷

1）由GNSS系統(tǒng)的地面控制部分所確定和提供，經(jīng)GNSS衛(wèi)星向全球用戶公開播發(fā)的一種預報星歷；

2）用參考時刻的衛(wèi)星軌道根數(shù)及其變化率來描述衛(wèi)星軌道；

3）通過GNSS導航電文以一組參數(shù)的形式發(fā)送給用戶，一般每2小時更新一次，一般按照與觀測時刻最近的一組廣播星歷數(shù)據(jù)來計算衛(wèi)星位置；

4）提供的衛(wèi)星軌道精度較差，目前約為~1m。01衛(wèi)星星歷誤差精密星歷

1）主要由IGS（InternationalGNSSService）提供；

2）以一定的時間間隔給出衛(wèi)星在空間的三維坐標及其運動速度，由用戶進行內(nèi)插后求得觀測時刻衛(wèi)星在空間的位置及運動速度；精密星歷類型精度延遲更新間隔超快（預報）~5cm實時03,09,15,21UTC15min超快（觀測）~3cm3~9hours03,09,15,21UTC15min快速~2.5cm17~41hours17UTCdaily15min最終~2.5cm12~18dayseveryThursday15minIGS精密星歷產(chǎn)品01衛(wèi)星星歷誤差數(shù)小時觀測利用衛(wèi)星星歷誤差之間的強相關性來進行求差，如此可消除共同部分的影響。一般經(jīng)過1-2小時的連續(xù)觀測，可以達到1-2個ppm的相對精度。01衛(wèi)星星歷誤差建立GNSS衛(wèi)星獨立的測軌系統(tǒng)，直接獲取精密星歷，而且不受SA政策的影響，可以為長距離相對定位提供可靠的保障。建立區(qū)域性衛(wèi)星測軌網(wǎng)01衛(wèi)星星歷誤差目前我國已在北京、上海、武漢、西安、拉薩、烏魯木齊等地建立了GNSS跟蹤站，通過長時間連續(xù)跟蹤監(jiān)測GNSS衛(wèi)星信號，精密星歷的精度可達到0.25米，從而滿足1000公里基線相對定位達到1x10的負8次方的精度要求。建立區(qū)域性衛(wèi)星測軌網(wǎng)01衛(wèi)星星歷誤差主要思路是在平差模型中，把衛(wèi)星星歷提供的衛(wèi)星軌道作為初始值，將其改正數(shù)作為未知數(shù)，在平差的同時求得測站位置以及衛(wèi)星軌道改正數(shù)。軌道松弛法01衛(wèi)星星歷誤差半短弧法：根據(jù)攝動力對軌道參數(shù)的不同影響，只對其中影響較大的參數(shù)，引入相應的改正數(shù)作為待估參數(shù)。據(jù)分析，目前該法修正的軌道偏差不超過10m，而計算量明顯減小。短弧法：引入全部6個軌道偏差改正，作為待估參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中與其它待估參數(shù)一并求解?？擅黠@減弱軌道偏差影響，但計算工作量大。軌道松弛法01衛(wèi)星星歷誤差注意：軌道松弛法也存在一定的局限性，只能作為無法獲取精密星歷的情況下，所采取的一種補救措施或特殊情況下采取的措施。軌道松弛法衛(wèi)星鐘誤差

1）信號衛(wèi)星離開衛(wèi)星時，衛(wèi)星鐘相對于標準GNSS時的鐘差；

2）衛(wèi)星上盡管采用的是高精度的原子鐘（銫鐘、銣鐘），但這些鐘與GNSS標準時之間仍會有偏差和漂移。隨著時間的推移，這些偏差和漂移還會發(fā)生變化；

3）導航電文:精度~5ns，IGS最終精密鐘差:~75ps--鐘差--鐘數(shù)--鐘數(shù)變化率度隨機項02衛(wèi)星鐘差02衛(wèi)星鐘差導航電文IGS精密鐘差類型精度延遲更新間隔超快（預報）~3ns實時03,09,15,21UTC15min超快（觀測）~150ps3~9hours03,09,15,21UTC15min快速~75ps17~41hours17UTCdaily15min最終~75ps12~18dayseveryThursday15min02衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差改正根據(jù)鐘差改正數(shù)進行衛(wèi)星鐘差改正相抵定位通過在接收機之間求一次差進一步地消除衛(wèi)星鐘差改正后的殘余03相對論效應相對論效應相對論效應是由于衛(wèi)星鐘和接收機鐘所處的狀態(tài)（速度和重力位）不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機鐘產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象。03相對論效應根據(jù)狹義相對論，在慣性參考系中，以一定速度運行的時鐘，相對于同一類型的靜止的時鐘，存在著頻率之差，值為：衛(wèi)星時鐘頻率同類靜止的鐘的頻率衛(wèi)星運行速度經(jīng)計算，表明衛(wèi)星鐘比在地球上靜止的鐘走的慢03相對論效應根據(jù)廣義相對論，在空間強引力場中的振蕩信號，其波長大于在地球上用同一方式所產(chǎn)生的振蕩信號波長，二者的差值為：

可見，衛(wèi)星時鐘頻率比放置在地面上時增大（即變快）03相對論效應總的相對論效應

結論，衛(wèi)星時鐘頻率比放置在地面上時增大（即變快）03相對論效應解決相對論效應的辦法制造衛(wèi)星時鐘時預先把頻率降低衛(wèi)星標準頻率為10.23MHz，所以頻率應降為：10.23MHz(1-4.44910-10)=10.22999999545MHz對于地球自轉(zhuǎn)，引起的衛(wèi)星坐標誤差影響，一般較小，對于工程測量來講，我們不用考慮。GNSS與衛(wèi)星有關的誤差謝謝大家！第三章GNSS測量誤差分析3.3GNSS與傳播路徑有關的誤差電離層折射誤差01對流層折射誤差02多路徑效應誤差03目錄01電離層折射誤差

GNSS的電磁波信號傳播實際是在大氣介質(zhì)中，在到達地面接收機前要穿過性質(zhì)、狀態(tài)各異且不穩(wěn)定的若干大氣層，這些因素可能改變電磁波傳播的方向、速度和強度。大氣折射對GNSS觀測結果的影響，超過了GNSS精密定位所容許的精度范圍。大氣的結構及其性質(zhì)

對流層0～40km各種氣體元素、水蒸氣和塵埃等非彌散介質(zhì)（電磁波的傳播速度與頻率無關）電離層約70km以上帶電粒子彌散介質(zhì)（電磁波的傳播速度與頻率有關）電離層折射誤差1、概念——距地面50km-1000km范圍的大氣層為電離層。由于受到太陽等天體的各種射線幅射，電離層中的氣體分子發(fā)生電離，形成大量的自由電子和正離子。當衛(wèi)星信號通過電離層時，信號的路徑會發(fā)生彎曲，傳播速度也會發(fā)生變化。使得信號的傳播時間與真空中光速的乘積并不等于衛(wèi)星至接收機的幾何距離，該偏差稱為電離層折射誤差。

2、產(chǎn)生因素——電離層折射與信號頻率、觀測時間及地點（反映了信號傳播路徑上的電子含量）等因素密切相關。其中衛(wèi)星頻率對測距的影響一般在50-100m內(nèi)變化。因此必須認真加以改正，否則會嚴重影響觀測成果的精度。

即電離層折射率與單位面積的電子密度正比，與頻率的平方成反比。3、解決對策（1）雙頻觀測即利用兩個頻率的相位觀測值求出免受電離層折射影響的相位觀測值。適合于雙頻接收機。（2）模型改正對單頻接收機，一般采用導航電文中提供的電離層折射改正模型加以改正?，F(xiàn)有的改正模型還僅僅是一個經(jīng)驗估算公式，與實際情況之間存在差異。實驗表明，能消除電離層折射的75%左右。（3）相對定位對距離較短（小于20km）的兩測站，當兩接收機同時跟蹤同一顆衛(wèi)星時，可采用接收機間求一次差的辦法來很好地削弱電離層的影響。對流層折射誤差1、影響特點——靠近地面40km范圍內(nèi)的大氣底層為對流層，其大氣密度比電離層大，大氣狀態(tài)也更為復雜。由此對GPS信號產(chǎn)生的對流層折射影響比電離層折射影響更為嚴重，即使雙頻觀測也不能解決它的影響。2、解決對策（1）模型改正目前較好的辦法就是建立近地的大氣模型，通過測量信號傳播路徑上的氣溫、氣壓及水汽分壓等氣象數(shù)據(jù)，用計算的辦法加以改正。應當指出：模型精度及氣象元素的測量誤差限制了對流層折射改正的精度。

模型改正，最常用的對流層折射改正模型有Hopfield模型和Saatamoinen模型。理論與實踐表明，模型改正可以減少90%以上的折射影響。（2）直接測定目前較有效的辦法是應用水汽輻射計來實測衛(wèi)星信號傳播路徑上水汽對信號的直接影響，并用公式計算濕分量數(shù)值。不過該儀器十分昂貴，也笨重，外業(yè)不便應用。（3）參數(shù)求解引入描述對流層影響的附加待估參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中一并求解。（4）相對定位當兩測站距離較近﹙＜10km﹚時，對流層殘余影響可通過接收機間一次差分的辦法大部分予以消除。當距離較遠時，地方大氣狀態(tài)不再相關，一次差分效果不大。因此對流層折射效應是限制GPS高精度定位的最大障礙。多路徑效應誤差1、概念——多路徑效應是指除衛(wèi)星的直接信號外，還有測站周圍的反射信號到達接收機。多路徑信號和直接信號混合后產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值產(chǎn)生相位誤差，這種誤差稱為多路徑效應誤差。2、特點——多路徑效應是GPS測量的重要誤差源，嚴重損害GPS測量的精度，研究表明多路徑效應對載波相位測量的影響可達cm級，嚴重時還將影響衛(wèi)星信號的失鎖。3、對策（1）選擇合適的站址。——測站應遠離大面積的水面、高大建筑物等容易產(chǎn)生多路徑效應的物體；——測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中，以避免反射信號從天線抑徑板上方進入天線，產(chǎn)生多路徑效應誤差。3、對策（2）應選用屏蔽天線。——在天線中設置抑徑板、底面及周圍采用吸收電波的材料以抑制多路徑反射信號等。GNSS與傳播路徑有關的誤差謝謝大家！第三章GNSS測量誤差分析3.4GNSS與接收機有關的誤差接收機鐘差01天線相位中心偏差02接收機安置誤差03目錄3.4GNSS與傳播路徑有關的誤差01接收機鐘差

1、概念為了降低接收機制造成本，于是儀器內(nèi)部的時鐘一般采用石英晶體振蕩器，它的穩(wěn)定性、精確度和可靠性遠不及衛(wèi)星時鐘。因此產(chǎn)生了接收機鐘誤差。該項誤差主要取決于接收機鐘質(zhì)量，它對測碼偽距觀測和載波相位觀測值得影響是相同的。01接收機鐘差

2、影響接收機鐘與衛(wèi)星鐘之間的同步差為1us，那么引起的等效距離誤差約為300m。這是一個非常巨大的偏差，所以我們必須要對此高度重視。01接收機鐘差

3、主要對策（1）參數(shù)解算。在單點定位中將接收機鐘差作為獨立未知數(shù)連同測站位置參數(shù)（X、Y、Z）一并求解；（2）相對定位。通過在不同衛(wèi)星間求差以消除接收機的鐘差；（3）多項式求解。認為各觀測時刻的接收機鐘差間是相關的，將其表示為時間多項式，并引入平差模型中一并求解多項式的02天線相位中心偏差

在GPS測量中，偽距和載波相位觀測值都是以接收機天線的相位中心為準的，而天線對中是以天線的幾何中心為準的。理論上，接收機天線的相位中心應與其幾何中心完全一致，但實際上天線的瞬時相位中心隨信號輸入的強度和方位不同而有所變化，往往偏離天線的幾何中心，這項誤差稱為天線相位中心偏移誤差。02天線相位中心偏差

1、概念——天線相位中心隨著衛(wèi)星信號輸入的強度和方向不同而變化，即觀測時相位中心的瞬時位置（一般稱相位中心）與理論上的相位中心位置將不一致，這種偏差稱為天線相位中心偏移?？煞譃樗狡詈痛怪逼睢Ｔ谒酱怪钡钠钸h大于水平方向偏差。而且隨著天線的型號不同而不同，經(jīng)研究表明，天線相位中心，在垂直方向的偏差與廠家標稱精度最多可達厘米級。所以對于高精度的測量，比如變形監(jiān)測等，是比可忽視的，必須檢測GNSS接收機垂直方向的偏差，并對該誤差進行改正。02天線相位中心偏差

2、特點——天線相位中心偏差的影響可達mm-cm級，是接收機固定誤差的主要部分,也是天線設計必須考慮的一個重要問題。3、對策——采用同一類型的天線并進行觀測值的求差；高精度觀測時各測站的天線須按附有的方位標志進行定向安置。（大致指北，允許3至5度）03接收機安置誤差

接收機安置誤差1、概念——接收機天線相位中心相對于測站標石中心的位置偏差稱為接收機安置誤差。2、特點——該項誤差包括天線的對中誤差、整平誤差以及天線高的量測誤差。這些誤差直接影響GPS觀測精度。3、對策——加強操作人員責任心、盡可能采用強制對中裝置。03接收機安置誤差

3、對策——加強操作人員責任心、盡可能采用強制對中裝置。采取的對策是，從態(tài)度上加強責任心，認真做好本職工作，在對中整平、量高操作過程中，仔細檢查認真核對、確保正確無誤。觀測中也要保護好儀器，防治其他無關人員碰撞或晃動儀器。于此同時，也應該盡量采用強制對中裝置，以避免對中誤差。涉及到覘標觀測是，要認真做好標石中心向基板的投影操作，必須偏心觀測時，要認真測定偏心元素，保證其測量精度。GNSS與接收機有關的誤差謝謝大家！第三章GNSS測量誤差分析3.5整周跳變與整周未知數(shù)的確定整周跳變概念01整周未知數(shù)的確定03目錄3.5整周跳變與整周未知數(shù)的確定整周跳變的檢驗和修正0201整周跳變的概念

1、周跳，在觀測過程中，由于某些原因，如衛(wèi)星信號被障礙物阻擋而暫時中斷，受無線電信號干擾造成失鎖，使計數(shù)器無法連續(xù)計數(shù)，因此，當信號被重新跟蹤后，整周記數(shù)就不正確，但是不到一個整周的相位觀測值仍然是正確的，這種現(xiàn)象叫做周跳。2、整周跳變，在GNSS接收機接受信號時，由于種種原因，接收機整波計數(shù)器在一定時間內(nèi)記錄下來的周數(shù)突然發(fā)生了變化，也就是錯誤地記錄了周數(shù)，這種突變叫做整周跳變。01整周跳變的概念

3.整周跳變的發(fā)生

如果我們能夠檢測出在何時發(fā)生了整周跳變，并能求出丟失的整周數(shù)，就可以對中斷后的整周計數(shù)進行修正，恢復其正確計數(shù)。發(fā)生整周跳變后的整周計數(shù)可以從中斷處繼續(xù)向后計數(shù)，也可以歸零后重新計數(shù)，或者從任意一個整周數(shù)從新開始計數(shù)，他們?nèi)Q于接收機的類型及產(chǎn)生周跳的具體情況。02整周跳變的檢驗和修正

衛(wèi)星和接收機之間的距離在隨時間而不斷變化，其徑向速度最大可達0.9km/s，相應的載波相位觀測值亦應隨之變化，不過這種變化應該是循序漸變，有一定的規(guī)律性。例如下表所示，接收機在不同時間對同一顆衛(wèi)星進行相位觀測，每15秒輸出一個觀測值，相鄰觀測值的變化可達數(shù)萬周，難以發(fā)現(xiàn)幾十周的跳變。02整周跳變的檢驗和修正

歷元1次差2次差3次差4次差t1475833.225311608.7531t2487441.9784399.841012008.56712.5072t3499450.5455402.3212－0.579512410.88831.9277t4511861.4338404.24890.963912815.13722.8916t5524746.5710407.1405－0.272113222.27772.6195t6537898.8487409.7600－0.421913632.03772.1976t7551530.8864411.957614043.9953t8565574.881702整周跳變的檢驗和修正

如果在相鄰觀測值之間求一次差，就得到觀測間隔

內(nèi)衛(wèi)星至接收機的距離之差，亦即衛(wèi)星徑向速度平差值與的乘積。由于徑向速度平均值變化比較緩慢，所以一次差的變化也就較小。如果在一次差間再求二次差，就得到衛(wèi)星徑向加速度平均值和觀測間隔平方之乘積，其變化越加緩慢。同理求至四次差時，趨近于零，這時的差值主要是震蕩器的隨機誤差，具有偶然誤差特性。02整周跳變的檢驗和修正

但是，如果在過程中出現(xiàn)了整周跳變，勢必要破壞上述相位觀測量的正常變化，高次差的隨機特性也將受到破壞。例如下表中在時刻的觀測值中含有100周的周跳，四次差中將出現(xiàn)數(shù)十周的異常現(xiàn)象。這表明通過求差有利于發(fā)現(xiàn)周跳。不過這種求高次差的方法難以檢驗只有幾周的小周跳，因為震蕩器本身就有可能造成2周左右的隨機誤差。02整周跳變的檢驗和修正

表5-4含有周跳影響的觀測量及其差值歷元1次差2次差3次差4次差t1475833.225311608.7531t2487441.9784399.841012008.56712.5072t3499450.5455402.3212－100.5795＊12410.8883－98.0723＊t4511861.4338304.2489＊300.9639＊12715.1372＊202.8916＊t5524746.5710507.1405＊－300.2721＊13222.2777＊－97.3805t6537898.8487409.760099.5781＊13632.0377＊2.1976t7551530.8864411.957614043.9953t8565574.881702整周跳變的檢驗和修正

當發(fā)現(xiàn)周跳后，可以根據(jù)前面或后面的正確觀測值，利用高次插值公式外推觀測值的正確整周計數(shù)，或者根據(jù)相鄰的幾個正確相位觀測量，采用n階多項式擬合的方法來推求整周計數(shù)的正確性，從而發(fā)現(xiàn)周跳并修正整周計數(shù)。修正后的觀測值中還可能有1～2周的小周跳未被發(fā)現(xiàn)。若用這些觀測值進行平差計算，就會出現(xiàn)很大的殘差，據(jù)此還可以發(fā)現(xiàn)周跳。繼續(xù)用修正周跳后的觀測值和平差值（基線向量等）重復進行平差計算，直至殘差符合要求為止，就會得到一組無周跳的載波相位觀測值。檢驗和修正周跳還有其它一些方法。但是，解決問題的根本途徑還是提高對外業(yè)觀測的要求，重視選擇機型、選點、組織觀測等外業(yè)工作環(huán)節(jié)，人為地避免周跳的發(fā)生。03整周未知數(shù)的確定

正確地解決整周未知數(shù)的確定問題，一方面是提高載波相位測量精度的必不可少的條件，這是因為在連續(xù)跟蹤的載波相位觀測值中，均含有相同的整周未知數(shù)；另一方面，快速而正確地確定，又是提高GPS定位作業(yè)效率的重要環(huán)節(jié)。因為在同步觀測4顆以上衛(wèi)星的情況下，為解算至少需要在不同的時間進行兩次觀測。如果其間時間間隔很短，則所測衛(wèi)星的幾何分布變化很小，這就降低了不同觀測結果的作用，影響了定位結果的可靠性，所以必須延長觀測時間。這樣，GPS定位所需的時間，其實就成了正確確定所需的時間，因此，快速解算整周未知數(shù)，對于提高定位效率具有決定性的作用。03整周未知數(shù)的確定

確定整周未知數(shù)的方法很多常用的方法有以下幾種：

1.經(jīng)典靜態(tài)相對定位法2.“動態(tài)”測量法3.交換天線法

4.快速確定整周未知數(shù)法

03整周未知數(shù)的確定

的方法1.經(jīng)典靜態(tài)相對定位法經(jīng)典靜態(tài)相對定位法，是將整周未知數(shù)作為特定參數(shù)與其它未知參數(shù)在平差計算中一并求解。根據(jù)整周未知數(shù)在平差計算中解算結果的取值，又有兩種情況：（1）整數(shù)解，整周未知數(shù)具有整數(shù)的特性，但一般平差計算得到的整周未知數(shù)并非為整數(shù)，此時將其固定為整數(shù)，并作為已知數(shù)代入原觀測方程重新進行平差計算，求得基線向量的最后值。（2）實數(shù)解，該方法不考慮整周未知數(shù)的整數(shù)性質(zhì)，通過平差計算求得的整周未知數(shù)不再進行湊整和重新解算。這種方法一般用于基線較長的相對定位中。03整周未知數(shù)的確定

2.“動態(tài)”測量法在上述經(jīng)典相對定位法中，是在基線向量未知的情況下，通過靜態(tài)相對定位解算整周未知數(shù)的?？墒钱斢^測站之間的基線向量已知時，便可以根據(jù)基線端點兩接收機的同步觀測結果，應用靜態(tài)相對定位的雙差模型直接求解相應的整周未知數(shù)，這時觀測時間可大為縮短，一般只需幾分鐘。具體做法是：將接收機設置在兩個已知點上進行短時間觀測，首先利用已知的基線向量確定初始整周未知數(shù)。隨后留一臺接收機在已知點上（稱為基準接收機），其余一臺（或若干臺）接收機依次遷往各待定點（稱為流動接收機）。遷站過程中需保持對衛(wèi)星連續(xù)跟蹤，遷站后與基準接收機進行同步觀測。這時流動接收機在待定點上就不需要再確定整周未知數(shù)，只需要進行一至二分鐘的觀測便可精確確定流動站與基準站之間的相對位置，從而完成靜態(tài)相對定位。03整周未知數(shù)的確定

3.交換天線法首先需要在已知的基準站附近5～10m處任意選擇一個天線交換點，形成一個短基線。將兩臺接收機的天線分別安置于該二點，對至少四顆相同的衛(wèi)星進行同步觀測，采集若干歷元（2～8）的觀測值。然后將兩臺接收天線從三角架上取下，在對衛(wèi)星信號保持跟蹤的情況下互換位置，繼續(xù)同步觀測若干歷元。最后把天線恢復到原來位置，再同步觀測若干歷元。此后，基準接收機留在已知點上繼續(xù)觀測，流動接收機則可依次遷往待定點進行觀測。由于整周未知數(shù)已經(jīng)確定，所以在新的待定點定位時只需很短時間。03整周未知數(shù)的確定

4.快速確定整周未知數(shù)法快速確定整周未知數(shù)法是根據(jù)初次