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GPS原理及其应用 主讲 付建红 第七讲GPS定位的基本原理 GPS原理及其应用 GPS测量定位方法分类 定位模式绝对定位 单点定位 相对定位差分定位定位时接收机天线的运动状态静态定位 天线相对于地球坐标系静止动态定位 天线相对于地球坐标系运动准动态定位 搬站过程中保持信号连续观测 获得定位结果的时效事后定位实时定位观测值类型伪距测量载波相位测量 GPS测量定位方法分类 单点定位相对定位差分GPS 主要内容 7 1单点定位 GPS单点定位的概念GPS单点定位的几何原理GPS单点定位的求解GPS单点定位小结 我在哪里 航空摄影摄区 1 GPS单点定位的概念 GPS单点定位是指根据卫星星历以及单台GPS接收机观测值来确定测站点在WGS84坐标系中绝对坐标的方法 也称为绝对定位 优点 一台接收机单独定位 观测简单 可瞬时定位缺点 精度主要受系统性偏差的影响 定位精度低应用领域低精度导航 资源普查 军事 在待测点上设站 向3个或3个以上已知点进行角度观测 通过后方交会方法求出待测点的坐标 平面后方交会方法回顾 2 GPS单点定位的几何原理 观测一颗卫星测站位于以卫星位置为球心 站星距离为半径的球面上 2 GPS单点定位的几何原理 观测两颗卫星做两个球面两球面相交为一个圆测站位于圆上 2 GPS单点定位的几何原理 观测三颗卫星做三个球面三个球面相交为两点测站位于其中一点上 2 GPS单点定位的几何原理 GPS单点定位方法的实质是空间距离后方交会观测一个站星距离观测两个站星距离观测三个站星距离观测三个站星距离 地球 球面 圆 两点 一点 3 GPS单点定位的求解 GPS卫星在 T 时刻发射信号 GPS接收机于 T t 时刻接收到信号 站星距离 t 光速 电离层 对流层 由于大气误差的影响 GPS卫星钟和GPS接收机钟都含有误差 造成星站距离观测值并非星站几何距离 给定待定点的初始坐标 X0 Y0 Z0 观测到多颗卫星 DOP DilutionofPrecision GDOP GeometryDilutionofPrecisionPDOP PositionDilutionofPrecisionTDOP TimeDilutionofPrecisionHDOP HorizontalDilutionofPrecisionVDOP VerticalDilutionofPrecision N E H为站心坐标系下的坐标分量 DOP值与定位精度DOP值的性质DOP值与单点定位时 所观测卫星的数量与分布有关 它所表示的是定位的几何条件DOP值越小 定位的几何条件越好 GPS单点定位计算过程 计算观测卫星的位置 Xi Yi Zi 卫星钟差dTi 大气误差改正得到伪距观测值确定未知数初值 X0 Y0 Z0 组成误差方程式解求坐标未知数改正数迭代计算 并检查是否收敛 信号发送时刻还是信号接收时刻 信号发送时刻的卫星位置 在信号接收时刻地球坐标系下的坐标 4 GPS单点定位小结 GPS单点定位的实质是空间距离后方交会 要同时确定测站坐标和接收机钟差必须同时观测四颗或四颗以上卫星 GPS单点定位求解测站坐标一般需要迭代计算 说明 首历元计算时 初始值 0 0 0 需迭代3 5次其后历元令 迭代1 2次 7 2精密单点定位 PPP PrecisePointPositioning 特点主要采用载波相位观测值采用精密卫星轨道和卫星钟差数据采用复杂的数学模型定位精度厘米级用途全球高精度测量卫星定轨 载波相位单点定位的误差方程 载波相位观测方程 如果某个历元观测了n颗卫星则误差方程个数为 n未知数个数为 4 n 是否可解 静态情况下k个历元里 每历元均观测了n颗相同的卫星误差方程个数为 k n未知数个数为 3 k n 什么情况下可解 k n 3 k n 误差方程式为 用矩阵形式表示为 7 3相对定位 相对定位的概念相对定位的特点相对定位的观测方程相对定位的类型 1 相对定位的概念 定义 确定同步观测的接收机之间相对位置的定位方法 称为相对定位 定位结果某一坐标系下的基线向量 坐标差 基线向量中含有 2个方位基准 一个水平方位 一个垂直方位 和1个尺度基准 不含有位置基准 2 相对定位的特点 优点 定位精度高缺点 多台接收机共同作业 作业复杂数据处理复杂不能直接获取绝对坐标应用高精度测量定位及导航 3 观测方程 非差观测方程单差观测方程双差观测方程 静态相对定位动态相对定位准动态相对定位 4 相对定位的类型 概念 RTK RealTimeKinematic 是一种利用GPS载波相位观测值进行实时动态相对定位的技术 仪器设备至少2台接收机数据通讯链 无线电台2个 RTK软件特点和用途在短时间内获得厘米级精度 广泛应用于图根控制测量 施工放样 工程测量和地形测量 5 RTK技术 7 8差分GPS 差分GPS原理差分GPS的分类差分GPS的新进展 1 概述 差分GPS产生的原因 绝对定位精度不能满足要求各种观测误差的影响美国实施的SA政策 SA取消前后的定位结果 2 差分GPS的基本原理 误差的相关性各类误差中除多路径误差外 其他误差均具较强的相关性 从而定位结果也有一定的相关性 差分GPS的基本原理利用基准站 架设在坐标精确已知的点上的接收机 测定具有相关性的误差或其对测量定位结果的影响 供流动站改正其观测值或定位结果 3 差分GPS的分类 根据时效性实时差分事后差分根据观测值类型伪距差分载波相位差分 3 差分GPS的分类 根据差分改