距离测量与定位方法ppt课件.ppt

第5章距离测量与GPS定位 1 我国成功发射首颗新一代北斗导航卫星 2015年3月30日21时52分 我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭成功将首颗新一代北斗导航卫星发射升空 卫星顺利进入预定轨道 这次是我国发射的第17颗北斗导航卫星 它将开展新型导航信号体制 星间链路等试验验证工作 为北斗卫星导航系统全球组网建设提供依据 2 第5章距离测量与GPS定位 5 1利用测距码测定卫地距5 2载波相位测量5 3单差 双差 三差观测值5 4其他一些常用的线性组合观测值5 5周跳的探测及修复5 6整周模糊度的确定5 7单点定位5 8相对定位5 9网络RTK及CORS5 10差分GPS 3 4 5 1 定位方法分类按参考点的不同位置绝对定位 单点定位 在地球协议坐标系中 确定观测站相对地球质心的位置 相对定位 在地球协议坐标系中 确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置 在绝对定位和相对定位中 又都包含静态和动态两种形式 概述 6 1 定位方法分类按用户接收机作业时所处的状态划分 静态定位 在定位过程中 接收机位置静止不动 是固定的 静止状态只是相对的 在卫星大地测量中的静止状态通常是指待定点的位置相对其周围点位没有发生变化 或变化极其缓慢 以致在观测期内可以忽略 动态定位 在定位过程中 接收机天线处于运动状态 概述 7 2 观测量的基本概念上述通过码相位观测或载波相位观测所确定的站星距离都不可避免地含有卫星钟与接收机钟非同步误差 电离层 对流层等的影响 含钟差影响的距离通常称为伪距 由码相位观测所确定的伪距简称测码伪距由载波相位观测所确定的伪距简称为测相伪距 概述 8 2 观测量的基本概念GPS卫星信号含有多种定位信息 根据不同的要求 可以从中获得不同的观测量 主要包括 根据码相位观测得出的伪距测码伪距根据载波相位观测得出的伪距测相伪距由积分多普勒计数得出的伪距由干涉法测量得出的时间延迟多普勒计数法 干涉法测量 尚难以获得广泛应用采用积分多普勒计数法进行定位时 所需观测时间较长 一般数小时 同时观测过程中 要求接收机的震荡器保持高度稳定 干涉法测量时 所需设备较昂贵 数据处理复杂 概述 9 2 观测量的基本概念目前广泛应用的基本观测量 码相位观测是测量GPS卫星发射的测距码信号 C A码或P码 到达用户接收机天线 观测站 的传播时间 也称时间延迟测量 载波相位观测是测量接收机接收到的具有多普勒频移的载波信号 与接收机产生的参考载波信号之间的相位差 概述 10 2 观测量的基本概念目前广泛应用的基本观测量 C A码码元宽度293m P码码元宽度29 3mL1波长为19 03cm L2波长为24 42cm L5为25 50cm由于载波的波长远小于码长 在分辨率相同的情况下 观测误差不同载波相位观测是目前最精确的观测方法 概述 11 2 观测量的基本概念载波相位观测的主要问题无法直接测定卫星载波信号在传播路径上相位变化的整周数 存在整周不确定性问题 AR AmbiguityResolution 在接收机跟踪GPS卫星进行观测过程中 常常由于接收机天线被遮挡 外界噪声信号干扰等原因 还可能产生整周跳变现象 CycleSlip 有关整周不确定性问题 通常可通过适当数据处理而解决 但将使数据处理复杂化 概述 12 5 1利用测距码测定卫地距 13 5 1利用测距码测定卫地距 14 5 2载波相位测量 接收机产生的基准震荡信号 复制的载波 15 ij t ij t Nij t0 ij t int t Nij t0 ij t 是载波相位的实际观测量 t1 地球 Ti t0 t2 ij t0 ij t1 ij t2 Nij t0 Nij t0 Nij t0 5 2载波相位测量 16 Nij t0 一般是未知的 通常称为整周未知数 整周待定值或整周模糊度 一个整周的误差会引起19cm 26cm的距离误差 如何准确确定整周未知数 是利用载波相位观测量进行精密定位的关键 t1 地球 Ti t0 t2 ij t0 ij t1 ij t2 Nij t0 Nij t0 Nij t0 5 2载波相位测量 17 5 2载波相位测量 18 1 测码伪距观测方程的线性化设卫星sj和观测站Ti在协议地球坐标系中瞬间空间直角坐标向量和空间直角坐标向量分别为 则站星瞬时距离为 观测方程的线性化 19 GPS定位的几何关系 观测方程的线性化 20 进一步假设X0j t 为卫星sj于历元t的坐标近似向量 Xi0为观测站Ti坐标近似向量 Xj t Xj t Yj t Zj t T为卫星坐标改正数向量 Xi Xi Yi Zi T为观测站坐标改正数向量 同时考虑观测站至卫星的方向余弦 观测方程的线性化 21 在上式中取至一次微小项后 站星距离线性化形式 由此 测码伪距观测方程线性化的一般形式为 在定位数据处理中 如果把导航电文获得的卫星坐标视为固定值 则上式可简化为 22 2 测相伪距观测方程的线性化由载波相位观测方程可得载波相位观测方程线性化形式 方法同前 观测方程的线性化 23 上式中 Xj t 项 可用于估算卫星位置误差对测相伪距的影响 当采用轨道改进法进行精密定位时 可作为待估参数一并求解 当已知卫星瞬时位置时 可简化为 观测方程的线性化 24 小结 1 GPS定位的方法分类2 测码伪距观测方程3 测相伪距观测方程 25 第5章距离测量与GPS定位 5 1利用测距码测定卫地距5 2载波相位测量5 3单差 双差 三差观测值5 4其他一些常用的线性组合观测值5 5周跳的探测及修复5 6整周模糊度的确定5 7单点定位5 8相对定位5 9网络RTK及CORS5 10差分GPS 26 5 3观测值的线性组合 在两个观测站同步观测相同卫星 各种误差对观测量的影响具有一定的相关性利用这些观测量的不同线性组合 便可有效地消除或减弱各种误差影响 从而提高相对定位的精度 27 基本观测量及其线性组合 其中 T1 T2 28 单差single difference SD 即不同观测站 同步观测相同卫星所得观测量之差 表达式为 接收机间求差 双差double difference DD 即不同观测站 同步观测一组卫星所得单差之差 表达式为 卫星间求差 三差triple difference TD 即于不同历元 同步观测同一组卫星 所得观测量双差之差 表达式为 历元间求差 普遍应用的线性组合形式 单差 双差和三差 29 载波相位原始观测量的不同线性组合 都可以作为相对定位的相关观测量 它们的主要优 缺点在于 可消除或减弱一些系统性误差影响 如卫星轨道误差 钟差和大气折射误差等 可减少平差计算中未知数的数量 原始的独立观测量 通过求差将引起差分量之间的相关性 平差不可忽视 差分后将使观测方程的数据明显减少 在差分时 如果于某一历元 对参考站或参考卫星的观测量无法采用 则使观测量的差分产生困难 参加观测的接收机越多情况越复杂 原始观测量的非差模型日益受到重视 30 单差 SD 观测方程 注 消除了卫星钟差 有效地减弱了卫星轨道误差和大气延迟误差 31 大气延迟改正后 并忽略 单差观测方程总数 未知参数总数 满足 注 消除了卫星钟差 有效地减弱了卫星轨道误差和大气延迟误差的影响 但也减少了观测方程的数量 32 双差 DD 观测方程 注 消除了接收机钟差的影响 33 取观测站T1作为已知参考点 则 通常 取一个观测站作为已知参考点 同时取一颗观测卫星为参考卫星 则 双差观测方程总数 待定参数总数 注 进一步消除接收机钟差的影响 但双差观测方程数 也进一步减少 34 三差 TD 观测方程 取观测站T1作为已知参考点 则 三差观测方程总数 未知参数总数 35 注 三差模型进一步消除了整周未知数的影响 但也使观测方程数据明显减少 对未知参数解算可能产生不利的影响 通常采用双差模型 三差观测方程总数 未知参数总数 三差 TD 观测方程 36 同类型不同频率观测值的线性组合 根据 主要 观测值类型分类L1解 L1载波相位L2解 L2载波相位宽巷 Wide lane 解 宽巷组合观测值窄巷 Narrow lane 解 窄巷组合观测值无电离层影响 Iono free 解 无电离层影响 Iono free 组合观测值 5 4其他一些常用的线性组合观测值 37 组合观测值的一般形式组合观测值的特性L1 L2载波相位观测值的特性 同类型不同频率观测值的线性组合 38 群折射率与相折射率 当电磁波沿天顶方向通过电离层时 由于折射率的变化而引起的传播路径距离差和相位延迟 一般可写为 39 组合观测值的特性 40 组合的意义和价值保持模糊度的整数性具有适当波长不受或基本不受电离层折射影响具有较小的测量噪声特殊的组合观测值宽巷组合观测值 Wide lane 窄巷组合观测值 Narrow lane 无电离层影响组合观测值 Iono free 与几何位置无关的组合观测值 Geometry free Melbourne W bbena组合观测值 同类型不同频率观测值的线性组合 41 宽巷组合观测值 Wide lane 形式 n 1 m 1 特点模糊度保持整数特性波长较长 模糊度容易确定测距精度略低应用在动态定位时 通常用此观测值辅助确定Iono free组合观测值的模糊度 同类型不同频率观测值的线性组合 42 窄巷组合观测值 Narrow lane 形式特点模糊度保持整数特性波长短 模糊度较难确定测距精度高应用辅助确定Iono free组合观测值的模糊度 同类型不同频率观测值的线性组合 43 无电离层影响组合观测值 Iono free 形式特点模糊度不具有整数特性电离层折射延迟为0应用长基线解算电离层活跃期或活跃地区基线的解算 同类型不同频率观测值的线性组合 44 与几何位置无