动态绝对定位原理概要.doc

1、动态绝对定位原理GPS 绝对定位又叫单点定位，即以GPS 卫星和用户接收机之间的距离观测值为基础，并根据卫星星历确定的卫星瞬时坐标，直接确定用户接收机天线在WGS-84 坐标系中相对于坐标原点（地球质心）的绝对位置。根据用户接收机天线所处的状态不同，绝对定位又可分为动态绝对定位和静态绝对定位。因为受到卫星轨道误差、钟差以及信号传播误差等因素的影响，静态绝对定位的精度约为米级，而动态绝对定位的精度约为1040m。因此静态绝对定位主要用于大地测量，而动态绝对定位只能用于一般性的导航定位中。将 GPS 用户接收机安装在载体上，并处于动态情况下，确定载体的瞬时绝对位置的定位方法，称为动态绝对定位。一般

2、，动态绝对定位只能获得很少或者没有多余观测量的实时解，因而定位精度不是很高，主要被广泛应用于飞机、船舶、陆地车辆等运动载体的导航。另外在航空物探和卫星遥感领域也有着广阔的应用前景。定位解算中，根据采用的距离观测原理的不同，可以分为测码伪距动态绝对定位和测相伪距动态绝对定位。一、测码伪距动态绝对定位测码伪距观测方程0为了推导方便，取：xlmn y c tk12（ 1）zR12（ 2）则测码伪距观测方程可写为xR0lmn y c tk（3）z式中的电离层和对流层延迟改正数可从卫星发射的导航电文中获得，而卫星S j在地球协议坐标系中的坐标也可从卫星星历中得到。显然，式中在某个历元t 只有测站 Ti

3、在协议地球坐标系中的坐标向量x, y, z 和接收机钟的钟差 tk 这 4 个未知参数，正是我们需要求解的。为此，至少需要建立4 个类似的方程。所以，用户至少需要同步观测4 颗卫星以便获得4 个以上测码伪距观测方程。在动态绝对定位的情况下，由于测站是运动的，所以获得的伪距观测量很少。但为了获得实时定位结果，必须至少同步观测4 颗卫星。假设 GPS 接收机在测站 Ti 于某一历元 t同步观测 j 颗卫星（j1,2,3,L n ），则由（3）式可得：R11l11n11x0mR20l2221y2mn（ 4MMMMMMzRnn0 nmnn n1 c tk其误差方程为：l1l1111xR11vmn0v

4、2l 2m2n21yR220AX LVMMMMzM（ 5）Mnnnn1ctkn n0vlmnR当同时跟踪卫星数刚好为4 颗（即 n4 ）时，无多余观测量，此时上式中AXL0（6）直接解此方程组得唯一定位解：XA 1 L（ 7）很明显，当同时观测卫星数多于4 颗时，则观测量的个数超过待求参数的个数，此时要利用最小二乘法平差求解误差方程（5），得：XAT1（ 8）A ATL解的精度为：mX0qii（ 9）式中mT 为解的中误差；0 为伪距测量中误差；ii 为权系数阵QZ 主对角线的相应元素，qQZAiT Ai1 。上述测码伪距绝对定位模型（7）、（8），已被广泛应用于实时动态单点定位。因为通过卫星

5、星历中获得的卫星瞬时坐标是WGS-84 坐标，因此解求得到的接收机位置坐标也是WGS-84 坐标系中的坐标。实际应用中，有时给定的近似坐标偏差较大，而且线性化过程中略去二次及二次以上项对平差结果也有影响，在解算过程中往往一次平差不能达到理想的解算结果，因此常常采用迭代法。顺便要指出，这里在解算载体位置时，不是直接求出它的三维坐标，而是求各个坐标分量的修正分量，也就是给定用户的三维坐标初始值，而求解三维坐标的改正数。在解算运动载体的实时点位时，前一个点的点位坐标可作为后续点位的初始坐标值。二、测相伪距动态绝对定位载波相位方程（或测相伪距方程）的线性化形式：xtl0m n yN 0z（10）c t

6、k12令Rt12（ 11）代入（ 10）式，则测相伪距观测方程可写为xtR0lmn yN 0c tk（ 12）z由于测相伪距法中引入了另外的未知参数整周未知数，因此，若和测码伪距法一样，观测 4 颗卫星无法解算出测站的三维坐标。假设 GPS 接收机在测站Ti 于某一历元t同步观测n 颗以上卫星（jLn），1,2,3,4,则由（ 5-28）式可得误差方程组为v1l1m1n11v 2l 22n2x1VMMmyctkMMzMn jnnnn1vlm10N 101t22 21Nt01RR0（13）O1M N0t0MR00n jn nAXB TCNL可见，误差方程中的未知参数有：三个测站点坐标，一个接收机

7、钟差，n 个整周未知如果在载体运动之前，接收机在时刻锁定卫星后，先保持载体静止，求出数。这样误差方程中总未知参数GPS为4+n个，而观测方程的总数只有n 个，如此则不可能实t0S时求解。tj整周模糊度 N j0，（jLn）。据前述分析，只要在初始历元t0 之后的后续时1,2,3,4,间里没有发生卫星失锁现象，它们仍然是只与初始历元t0 有关的常数，在载体运动过程中1t当成常数来处理。1y则（vlR0Nt013）式可写为v1l1m1n11xiR 10N 10vlmn21c tkR0N t02222 2 2VMMMMMzM（14）nn1nnn n n jmAXL这样，就与（ 5）式在形式上完全一致。此时，同步观测4 颗以上卫星，就可得到（8）是完全一样的实时解，只是解方程过程中采用的是测相伪距观测值，因此定位解的精度较之测码伪距法要高。值得注意的是，采用测相伪距动态绝对定位时，载体上的GPS 接收机在运动之前必须初始化，而且运动过程中不能发生信