动态绝对定位原理概要

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，动

2、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P，=P0+J| -m -n】6y +c6tk +§Pi+§P2（ 1）为了推导方便，取：(2)则测码伪距观测方程可写为花XR'= P0 + L| -m - n 】6y +c6tk（3）'?zj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

3、获得，而卫星Sj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T于某一历元t同步观测j颗卫星（j =1,2,3,n）,则由（3）式可得:其误差方程为:v2I1R2Po.2 2 2 .1 m n -1*mm6z1

4、P01 一1 nnn/1 m n 1-C6tk _rT1 mi n(4T1 mn1 1丁rj - pHl22 mn2-10R，2 Pg9aaa+aJnn mnn -1c5tk_1Rn - P04颗(5)当同时跟踪卫星数刚好为（即n =4）时，无多余观测量，此时上式中AX L = 0(6)直接解此方程组得唯一定位解:1X A L很明显，当同时观测卫星数多于 利用最小二乘法平差求解误差方程（4颗时，则观测量的个数超过待求参数的个数,5），得：此时要(8)解的精度为:mx = : 0 qii(9)式中 mT为解的中误差；二0为伪距测量中误差；qH为权系数阵Qz主对角线的相应元素,Qz 二舛 Aj 。

5、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

6、态绝对定位载波相位方程（或测相伪距方程）的线性化形式:5x 汐=P° + LI - m 一 n 】6y 一 &N (t0 )：?zj C'.tk 丄i汕2令(11)R = t j，汕 1 一、：2代入(10)式，则测相伪距观测方程可写为rf=P0+L|-m n】®u(12)由于测相伪距法中引入了另外的未知参数一一整周未知数, 观测4颗卫星无法解算出测站的三维坐标。因此，若和测码伪距法一样,假设GPS接收机在测站T于某一历元t同步观测n颗以上卫星(j=1,2,3,4，n )，则由(5-28)式可得误差方程组为2 vn j 丿一V 二nI21m2m1n2n-1+

7、-1C1-1一1_ 71 0 IP21 0耀一。爪七。)1XN 2(to )(13)R卜N (to )-AX BT可见，误差方程中的未知参数有: 这样误差方程中总未知参数为 解。CN L三个测站点坐标，一个接收机钟差，n个整周未知数。4+n个，而观测方程的总数只有n个，如此则不可能实时求如果在载体运动之前， GPS接收机在to时刻锁定卫星 Sj后，先保持载体静止，求出整周模糊度N j(t0 ), ( j =1,2,3,4，n )。据前述分析，只要在初始历元t0之后的后续时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，在载体运动过程中当成常数来处理。则(13)式可写为2 v_n? 一V 二nJI n11 m1 n-11飞Xi2 m2 n-16ya-adz1 mn n-1cbtk_RJ -Pj+ZNto )1R22 2-?oN toIN” to=AX L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