A-charity-walk-课件-1-译林牛津版

第五章GPS卫星定位基本原理5.1概述5.2伪距测量5.3载波相位测量5.4整周跳变的修复5.5GPS绝对定位与相对定位5.6美国的GPS政策5.7差分GPS定位原理1编辑版pppt第五章GPS卫星定位基本原理5.1概述1编辑版pppt5.1概述1.测角交会法1)前方交会2)恻方交会3)后方交会2.测边交会法(距离交会)2编辑版pppt5.1概述1.测角交会法1)前方交会2编辑版pppt测角交会法ABP侧方交会前方交会ABPA、B和C点坐标已知，P点坐标未知后方交会PCAB3编辑版pppt测角交会法ABP侧方交会前方交会ABPA、B和C点坐标已知，测边（距）交会法PCABd1d2d3飞机轮船仍旧使用的一种导航定位方法如只有两个无线电发射台，可根据用户接收机的概略位置交会出接收机的平面位置无线电导航定位卫星激光测距定位无线电发射台或激光测距仪3.无线电接收机或卫星1)ABC为三个无线电信号发射台,坐标已知2)P为用户接收机3)采用无线电测距方法测得PAPBPC4)以ABC为球心,以三个长为半径作出三个定位球面,即可交出接收机的平面位置4编辑版pppt测边（距）交会法PCABd1d2d3飞机轮船仍旧使用的一种导5.1概述PCABd1d2d31)P点为激光测距卫星2)ABC为固定于地面上三个的卫星激光测距仪(坐标已知)3)确定出P点位置4)利用三个卫星位置在地面上有第四个位置,利用所测定的三个空间距离交会出该地面点的位置4.近代卫星大地测量(卫星激光测距）5编辑版pppt5.1概述PCABd1d2d31)P点为激光测距卫星4.近代5.GPS卫星定位的基本原理(1)观测方程P点的三维坐标（X，Y，Z）5.1概述1)内容:应用测距交会原理,利用三颗以上卫星的已知空间位置交会出地面未知点的位置2).6编辑版pppt5.GPS卫星定位的基本原理(1)观测方程P点的三维坐标（X3)GPS卫星定位方法a.依据测距的原理划分：1）伪距法定位（测码）2）载波相位测量定位（测相）3）差分GPS定位b.根据待定点的运动状态划分：1）静态定位(绝对)2）动态定位(相对)

c.获得定位结果的时效(补充）1)事后定位(静态)2)实时定位(RTK)5.GPS卫星定位的基本原理(2)5.1概述7编辑版pppt3)GPS卫星定位方法5.GPS卫星定位的基本原理(2)5.5.2伪距测量1.伪距：由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。由于各种误差的存在，与卫星到测站的实际几何距离有一定差值。2.两种测量值：-C／A码伪距误差20---30米-P码伪距误差10米3.伪距定位法:由GPS接收机在某一时刻测出到达四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用测距交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。4.特点1)适用于导航和低精度测量2)定位速度快；3)可作为载波相位测量中解决整波数不确定问题（模糊度）的辅助资料。8编辑版pppt5.2伪距测量1.伪距：由卫星发射的测距码信号到达GPS接5.2.1伪距测量1.卫星发出一个测距码，该测距码经过τ时间后到达接收机；2.接收机产生一组结构完全相同的测距码—复制码，并通过时延器使其延迟时间τ’；5.2伪距测量5.2.1.1伪距测量的方法9编辑版pppt5.2.1伪距测量1.卫星发出一个测距码，该测距码经过τ时间3.将两组测距码进行相关处理，直到两组测距码的自相关系数R(τ’)=1为止，此时，复制码已和测距码对齐，复制码的延迟时间τ’就等于卫星信号的传播时间τ；4.将τ’乘上光速c后即可求得卫星至接收机的伪距。5.2.1.1伪距测量的方法(续)5.2.1伪距测量10编辑版pppt3.将两组测距码进行相关处理，直到两组测距码的自相关系数R5.2.1.2为什么利用码相关法测定伪距？为什么不利用码的标志来推算时延值？1.随机误差的存在：

每个测距码在产生时；测距码在传播过程中由于外界干扰产生变形；复制码在产生时。2.仅根据测距码中的某一标志来进行量测会带来较大误差。利用码相关技术在自相关系数R(τ’)=max的情况下来确定信号的传播时间τ，实质上是采用了多个码特征来确定τ，排除了随机误差的影响。5.2.1伪距测量11编辑版pppt5.2.1.2为什么利用码相关法测定伪距？为什么不利用码的标5.2.1.3伪距测量的原理(1)1.三种时间系统：1)各颗GPS卫星的时间标准2)各台GPS信号接收机的时间标准3)统一上述时间标准的GPS时间系统5.2.1伪距测量12编辑版pppt5.2.1.3伪距测量的原理(1)1.三种时间系统：5.2.5.2.1.3伪距测量的原理（2）伪噪声码从卫星到接收天线的传播时间：伪噪声码从卫星到达接收天线的时元伪噪声码在其卫星的发射时元5.2.1伪距测量2.13编辑版pppt5.2.1.3伪距测量的原理（2）伪噪声码从卫星到接收天线的5.2.1.3伪距测量的原理（3）dt—卫星时钟相对于GPS时间系统的时间偏差（可根据导航电文求得）dT—接收机时钟相对于GPS时间系统的时间偏差（接收机钟差）5.2.1伪距测量14编辑版pppt5.2.1.3伪距测量的原理（3）dt—卫星时钟相对于G5.2.1.3伪距测量的原理（4）卫星到接收天线的真实距离：卫星到接收天线的“伪距（pseudorange）”：伪噪声码的真实传播时间5.2.1伪距测量3：15编辑版pppt5.2.1.3伪距测量的原理（4）卫星到接收天线的真实距离：5.2.1.3伪距测量的原理（5）4.考虑电离层/对流层影响的伪距值：C(dt–dT)—时钟偏差引起的距离偏差dion电离层效应引起的距离偏差dtrop对流层引起的距离偏差5.2.1伪距测量16编辑版pppt5.2.1.3伪距测量的原理（5）4.考虑电离层/对流层影响5.2.2伪距定位观测方程

是卫星在轨位置和用户位置的函数，即：—第j颗卫星在时元t的三维坐标，可从导航电文中求得—用户接收天线在时元t的三维坐标，为待求的未知数17编辑版pppt5.2.2伪距定位观测方程是卫星在轨位置和用户位置的函数上式中有4个未知数（用户三维坐标和接收机的钟差dT）。这样在任何一个观测瞬间，用户至少需要同时观测4颗卫星，以便解算4个未知数。5.2.2伪距测量的基本方程（续）18编辑版pppt上式中有4个未知数（用户三维坐标和接收机的钟差dT）。这样5.3载波相位测量(1)1.伪距测量的不足：测距码的码元长度较长，因此量测精度较低。（对C/A码而言精度3m左右，P码约为30cm）2.如果把载波作为量测信号，载波的波长要短得多（

L1=19cm，L2=24cm），比P码码元的长度小两个数量级。对载波进行相位测量，可以达到很高的精度。3.载波信号是一种周期性正弦信号，相位测量只能测定其不足一个波长的部分，因而存在着整周数不确定性的问题，使解算过程变得比较复杂。19编辑版pppt5.3载波相位测量(1)1.伪距测量的不足：19编辑版p5.3载波相位测量(2)4.重建载波：1)概念:将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重新获得载波。2)方法：

码相关法：(1)方法:将所接收到的调制信号(卫星信号)与接收机产生的复制码相乘(2)特点:局限制需了解码的结构优点可获得导航电文,可获得全波长的载波,信号质量好平方法:(1)方法:将所接收到的调制信号(卫星信号)自乘(2)优点无需了解码的结构缺点无法获得导航电文,所获载波波长为原来波长的一半,信号质量较差20编辑版pppt5.3载波相位测量(2)4.重建载波：20编辑版pppt5.3载波相位测量(3)5.3.1载波相位测量原理5.3.2载波相位测量的观测方程5.3.3整周未知数N0的确定21编辑版pppt5.3载波相位测量(3)5.3.1载波相位测量原理215.3.1载波相位测量原理k接收机在接收机钟面时刻tk

时观测j卫星所取得的相位观测量k接收机在接收机钟面时刻tk

时所产生的本地参考信号的相位值k接收机在接收机钟面时刻tk

时所接收到的j卫星载波信号的相位值1.载波相位测量的观测量GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。2.22编辑版pppt5.3.1载波相位测量原理k接收机在接收机钟面时刻tk初始t0时刻，小于一周的相位差为

0，其整周数为，则此时的相位观测值为：3.23编辑版pppt初始t0时刻，小于一周的相位差为0，其整周数为任一时刻ti卫星Sj到k接收机的相位差：整周数变化量整周模糊度（常数）三差法24编辑版pppt任一时刻ti卫星Sj到k接收机的相位差：整周数变化量整周5.3.2载波相位测量的观测方程(1)

1.载波相位测量是接收机（天线）和卫星位置的函数。只有得到了它们之间的函数关系，才能从观测量中求解接收机（或卫星）的位置。2.1)设在GPS标准时刻Ta（卫星钟时刻ta）卫星Sj发射的载波信号相位为

（ta），经传播延迟

后，在GPS标准时刻Tb（接收机钟时刻tb）到达接收机。2)根据电磁波传播原理，Tb时接收到的和Ta时发射时的相位不变，即j（Tb）=j（ta）

3)在Tb时，载波相位观测量为：

=

（tb）-j（Tb）=

（tb）-j（ta）25编辑版pppt5.3.2载波相位测量的观测方程(1)

1.载波相位测5.3.2载波相位测量的观测方程(2)

4)考虑卫星钟差和接收机钟差，有Ta=ta+

ta,Tb=tb+

tb,则：

=

（Tb-tb）-j（Ta-ta）(1)5)载波信号的相位与频率的关系为:

（t+t）=

（t）+f

t（2）6)将(2)代入(1)得=

（Tb）-fi

tb-j（Ta）+fj

ta（3）

fi=fj=f7)Tb=Ta+，由公式（2），得：Nkj+

（Tb）=j（Ta）+f

8)公式（3）可改写为：

=j（Ta）+f-f

tb-j（Ta）+f

ta-Nkj=f-f

tb+f

ta-

Nkj

（4）26编辑版pppt5.3.2载波相位测量的观测方程(2)

4)考虑卫星钟差和5.3.2载波相位测量的观测方程(3)

3.传播延迟中考虑电离层和对流层的影响

1和

2，则：

代入公式（4），得：27编辑版pppt5.3.2载波相位测量的观测方程(3)

3.传播延迟中5.3.2载波相位测量的观测方程(3)

f：接收机产生的固定参考频率c:光速ρ：卫星至接收机之间的距离（未知数）δρ1：电离层影响δρ2：对流层影响δta：卫星钟差δtb：接收机钟差（未知数）4.1)接收机k对卫星j的载波相位测量的观测方程：28编辑版pppt5.3.2载波相位测量的观测方程(3)

f：接收机产生的固5.3.2载波相位测量的观测方程(4)由于=c/f，则上式为：两边同乘λ,得:2)伪距测量与载波相位测量的观测方程的联系29编辑版pppt5.3.2载波相位测量的观测方程(4)由于=c/f，则上5.3.3整周未知数N0的确定

静态方法动态方法30编辑版pppt5.3.3整周未知数N0的确定

静态方法30编辑版pppt5.3.3.1静态方法伪距法经典方法多普勒法快速测定整周未知数法(FARA)Fastambiguityresolutionapproach31编辑版pppt5.3.3.1静态方法伪距法31编辑版pppt一伪距法2.将载波相位测量的观测值(化为以距离为单位)减去伪距实际观测值后即可得到λ·No。3.由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的λ·No取平均值后才能获得正确的整波段数。所以，得5.3.3.1静态方法1.32编辑版pppt一伪距法2.将载波相位测量的观测值(化为以距离为单位)减二经典方法将整周未知数当做平差中的待定参数一)整数解二)实数解5.3.3.1静态方法33编辑版pppt二经典方法将整周未知数当做平差中的待定参数一)整二经典方法—整数解1.短基线定位时一般采用这种方法。2具体步骤：1)首先根据卫星位置和修复了周跳后的相位观测值进行平差计算，求得基线向量和整周未知数。2)解得的整周未知数是一个实数，将其固定为整数(四舍五入法)，并重新进行平差计算。3)在计算中整周未知数采用整周值并视为已知数，以求得基线向量的最后值。5.3.3.1静态方法34编辑版pppt二经典方法—整数解1.短基线定位时一般采用这种方法。5二经典方法—实数解1.基线较长时采用这种方法。2.具体步骤类似整数解方法，区别在于解得的整周未知数是一个实数。注:采用经典方法时，需要较长的观测时间，影响了作业效率，所以只有在高精度定位领域中才应用5.3.3.1静态方法35编辑版pppt二经典方法—实数解1.基线较长时采用这种方法。5.3.3三多普勒法（三差法）1.由于连续跟踪的所有载波相位观测值中均含有相同的整周未知数N0，所以将相邻两个观测历元的载波相位相减，就可消去N0，从而解出坐标。然后再根据坐标值求解N0。5.3.3.1静态方法2.1)tm时刻卫星Sj到k接收机的相位差：(1)2)tn时刻卫星Sj到k接收机的相位差：(2)公式（1）-（2），即可消除N03.两个历元间的载波相位观测值之差受接收机钟及卫星钟的随机误差影响，所以精度不太好，往往用来求整周数的初始值。36编辑版pppt三多普勒法（三差法）1.由于连续跟踪的所有载波相位观测值中1.1990年E．Frei和G．Beutler提出2.基本思路：1)利用初始平差的解向量及其精度信息，以参数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置信区间内N0的可能的整数解的组合；2)依次将N0的每一组合作为已知值，重复进行平差计算。使估值的验后平差或方差和为最小的一组N0，即为最佳估值。3)利用这种方法进行短基线定位时，利用双频接收机只须观测一分钟即可确定整周未知数

此方法已在快速静态定位中得到了广泛应用四快速确定整周未知数法(FARA)Fastambiguityresolutionapproach37编辑版pppt1.1990年E．Frei和G．Beutler提出四补充静态法的不足使用静态方法时，一旦对所测卫星失锁，则接收机载体必须停下来，重新确定整周未知数，严重限制了载波相位观测法在高精度动态定位中的有效应用。38编辑版pppt补充静态法的不足使用静态方法时，一旦对所测卫星失锁，则接5.3.3.2动态初始化法AROFAmbiguityresolutiononthefly1993年徕卡公司开发成功基本思想：

根据接收机在运动过程中对载波信号的短时间观测值，与参考站的同步观测值一起，利用快速解算法确定N0。然后利用逆向求解方法来确定载体在上述短时间内的瞬时位置。39编辑版pppt5.3.3.2动态初始化法AROF1993年徕卡公司开发成功动态初始化法的特点在载体的运动过程中，所观测的卫星一旦失锁，为确定整周未知数，运动载体不需停下来重新进行初始化工作。已在短距离（<10km）的实时动态相对定位中，得到了成功应用，定位精度可达厘米级。40编辑版pppt动态初始化法的特点在载体的运动过程中，所观测的卫星一旦失锁，作业GPS卫星定位的基本原理是什么？2.什么叫伪距？伪距测量的特点有哪些？3.为什么采用码相关法测定伪距？4.解释重建载波，主要方法有哪些？各有什么优缺点？5.在载波相位测量中，确定整周未知数主要有哪些方法？

41编辑版pppt作业GPS卫星定位的基本原理是什么？41编辑版pppt5.4整周跳变的修复5.4.1屏幕扫描法5.4.2用高次差或多项式拟合法5.4.3在卫星间求差法5.4.4用双频观测值修复周跳5.5.5根据平差后的残差发现和修复整周跳变42编辑版pppt5.4整周跳变的修复5.4.1屏幕扫描法42编辑版pppt5.4.1

整周跳变的修复任一时刻ti卫星Sj到k接收机的相位差不足一周的相位差ti时刻的整周数43编辑版pppt5.4.1整周跳变的修复任一时刻ti卫星Sj到k接收机的相周跳的含义在跟踪卫星过程中，由于某种原因，使得计数器无法连续计数。当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为整周跳变，简称周跳。44编辑版pppt周跳的含义在跟踪卫星过程中，由于某种原因，使得计数器无周跳的含义（续）1.如果是因为电源的故障或振荡器本身的故障使信号暂时中断，那么中断前后信号本身失去了连续性。恢复正常工作后的观测值中不但整周计数不正确，不足整周的部分也不对。这时，修复周跳没有什么意义。2.必须将资料分为两个时段，各设一个整周未知数单独进行处理。45编辑版pppt周跳的含义（续）1.如果是因为电源的故障或振荡器本身的故障使整周跳变的修复方法

5.4.1屏幕扫描法5.4.2用高次差或多项式拟合法5.4.3在卫星间求差法5.4.4用双频观测值修复周跳5.4.5根据平差后的残差发现和修复整周跳变46编辑版pppt整周跳变的修复方法

5.4.1屏幕扫描法46编辑版pppt5.4.1屏幕扫描法作业员在计算机屏幕前依次对每个站、每个时段、每颗卫星的相位观测值的变化率的图像进行逐段检查，观测其是否连续。如果出现不规则的突然变化，说明出现了周跳现象。手工编辑修复。47编辑版pppt5.4.1屏幕扫描法作业员在计算机屏幕前依次对每个站、5.4.2用高次差或多项式拟合法5.4.2.1.高次差法：1.依据：该方法是根据有周跳现象的发生将会破坏载波相位测量的观测值Int（Φ）+△Φ随时间而有规律变化的特性来探测的2.方法：在相邻的观测值间依次求差（一次差、二次差、…、五次差），检查是否出现异常。3.缺点：用求差法一般难于探测出只有几周的小周跳，可用曲线拟合方法即可48编辑版pppt5.4.2用高次差或多项式拟合法5.4.2.1.高次差法：5.4.2用高次差或多项式拟合法（续）5.4.2.2多项式拟合法：根据几个相位观测量拟合一个n阶多项式，据此预估下一个观测值，并与实测值比较，从而来发现周跳并修正整周计数。49编辑版pppt5.4.2用高次差或多项式拟合法（续）5.4.2.2多项式5.4.2用高次差或多项式拟合法（续）用高次差检查周跳高次差具有随机特性，无周跳现象存在。50编辑版pppt5.4.2用高次差或多项式拟合法（续）用高次差检查周跳高次5.4.2用高次差或多项式拟合法（续）历元t5观测值有周跳，使四次差产生异常。用高次差检查周跳（续）51编辑版pppt5.4.2用高次差或多项式拟合法（续）历元t5观测值有周跳5.4.3在卫星间求差法

由于每颗卫星的载波相位观测值受到接收机振荡器的随机误差的影响相同，所以在卫星间求差即可消除接收机振荡器的随机误差引起的周跳误差52编辑版pppt5.4.3在卫星间求差法

由于每颗卫星的载波相位观测5.4.4用双频观测值修复周跳1.又称电离层残差法2.对双频载波相位观测值进行组合运算，同时考虑电离层折射改正，结果中只剩下整周数之差和电离层折射的残差项。利用此结果即可探测周跳。53编辑版pppt5.4.4用双频观测值修复周跳1.又称电离层残差法53编5.4.4用双频观测值修复周跳（续）双频接收机的两个载波频率的相位观测量：考虑到电离层折射改正则有：已消去距离项和钟差项，以及对流层改正项。只剩整周数之差与电离层折射的残差项（值很小）。54编辑版pppt5.4.4用双频观测值修复周跳（续）双频接收机的两个载波5.4.4用双频观测值修复周跳（续）优点：-中只涉及频率，取决于电离层残差影响，无须预先知道测站和卫星坐标。缺点：1.如果两个载波相位观测值中都出现周跳，则无法采用此方法。2.不能顾及多路径效应和测量噪声的影响。55编辑版pppt5.4.4用双频观测值修复周跳（续）优点：55编辑版pp5.4.5根据平差后的残差发现和修复周跳1.经过上述处理的观测值中还可能存在一些小周跳,修复后的周跳可能会引入1~2周的偏差。2.对修复后的观测值进行平差计算，求得各观测值的残差。有周跳的观测值会出现很大的残差。56编辑版pppt5.4.5根据平差后的残差1.经过上述处理的观测值中还可5.5GPS绝对定位与相对定位A1.GPS绝对定位也叫单点定位，即直接确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对于坐标系原点——地球质心的绝对位置。57编辑版pppt5.5GPS绝对定位与相对定位A1.GPS绝对定位也叫5.5GPS绝对定位与相对定位2.绝对定位实质：应用测距交会的原理，利用三颗以上卫星的已知空间位置交会出地面未知点（用户接收机）的在WGS-84坐标系中的位置。58编辑版pppt5.5GPS绝对定位与相对定位2.绝对定位实质：应5.5GPS绝对定位与相对定位静态动态：伪距法3绝对定位伪距法（测码）载波相位测量（测相）载波相位测量较难应用于动态绝对定位中的原因：载体在运动过程中，要保持对所测相同卫星的连续跟踪，技术上有一定困难动态解算整周未知数的方法，其应用尚有一定的局限59编辑版pppt5.5GPS绝对定位与相对定位静态3绝对定位伪距法（测5.5GPS绝对定位与相对定位4.受卫星轨道误差、钟差以及信号传播误差等影响，定位精度较低-静态绝对定位精度约为米级-动态绝对定位精度为10~40m60编辑版pppt5.5GPS绝对定位与相对定位4.受卫星轨道误差、钟差以5.5GPS绝对定位与相对定位B相对定位1.定义：是至少用两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置（坐标差）2.它是目前GPS定位中精度最高的一种定位方法3.应用范围：精密导航、大地测量、精密工程测量、地球动力学研究等61编辑版pppt5.5GPS绝对定位与相对定位B相对定位61编辑版ppp5.5GPS绝对定位与相对定位5.5.1静态绝对定位5.5.2静态相对定位62编辑版pppt5.5GPS绝对定位与相对定位5.5.1静态绝对定位62编5.5.1静态绝对定位5.5.1.1伪距法绝对定位5.5.1.2伪距法绝对定位的解算5.5.1.3应用载波相位观测值进行静态绝对定位5.5.1.4绝对定位精度评价63编辑版pppt5.5.1静态绝对定位5.5.1.1伪距法绝对定位63编5.5.1静态绝对定位注：上式中有4个未知数（用户三维坐标和接收机的钟差dT）。在任何一个观测瞬间，用户至少需要同时观测4颗卫星，以便解算4个未知数。1.观测方程：5.5.1.1伪距法绝对定位64编辑版pppt5.5.1静态绝对定位注：上式中有4个未知数（用户三维坐标和5.5.1.1伪距法绝对定位令(X0

Y0

Z0)T，(xyz)T分别为测站坐标的近似值与改正数。令其中：伪距观测方程的线性化形式：2.观测方程的线性化：5.5.1静态绝对定位65编辑版pppt5.5.1.1伪距法绝对定位令(X0Y0Z0)T，(5.5.1.2伪距法绝对定位的解法1利用最小二乘原理（通过最小化误差的平方和找到一组数据的最佳函数匹配）求解测站坐标的改正数(xyz)。2是一个迭代的过程。将每次计算出的坐标和钟差作为初始值，重新代入进行解算。直到结果符合一定阈值。注：具体解算看书5.5.1静态绝对定位66编辑版pppt5.5.1.2伪距法绝对定位的解法1利用最小二乘5.5.1.3应用载波相位观测值进行静态绝对定位f：接收机产生的固定参考频率c:光速ρ：卫星至接收机之间的距离（未知数）

:整周未知数（未知数）δρ1：电离层影响δρ2：对流层影响δta：卫星钟差δtb：接收机钟差（未知数）1.接收机k对卫星j的载波相位测量的观测方程：5.5.1静态绝对定位67编辑版pppt5.5.1.3应用载波相位观测值进行静态绝对定位f：接收5.5.1.3应用载波相位观测值进行静态绝对定位2.将观测方程线性化3.利用最小二乘原理求解测站坐标、接收机钟差、整周未知数4.由于存在整周未知数问题，在观测4颗卫星的情况下，至少必须3个历元，对相同的卫星进行同步观测5.精度高于伪距法静态绝对定位

整周未知数－＞固定解/实数解6.解算结果可为相对定位的参考站提供较为精密的起始坐标68编辑版pppt5.5.1.3应用载波相位观测值进行静态绝对定位2.5.5.1.4绝对定位精度评价1.DOP值的性质a用于单点定位时，所观测卫星的数量与分布有关，它表示的是定位的几何条件b它的值越小，定位的几何条件越好。2.GPS绝对定位精度主要取决于1）卫星分布的几何条件2）观测量的精度3.精度因子看书

4.精度因子的数值与所观测卫星的几何分布有关69编辑版pppt5.5.1.4绝对定位精度评价1.DOP值的性质695.5.1.4绝对定位精度评价一般地，六面体体积越大，GDOP值越小精度高接收机GDOP较小接收机GDOP较大70编辑版pppt5.5.1.4绝对定位精度评价一般地，六面体体积越大，G选星问题实际观测中，为了减弱大气折射的影响，所测卫星的高度角不能过低。在这一条件下，尽可能使卫星与测站构成的六面体体积最大。理论分析表明：在观测四颗星时，任意两方向之间的夹角为109度时，其六面体的体积最大。可由用户接收设备自动完成。71编辑版pppt选星问题实际观测中，为了减弱大气折射的影响，所测卫星的高度角单点定位的误差源及应对方法卫星星历精密星历卫星钟差精密钟差、地面跟踪电离层延迟双频改正对流层延迟模型改正补充72编辑版pppt单点定位的误差源及应对方法卫星星历补充72编辑版pppt精密单点定位精密单点定位PPP–PrecisePointPositioning特点主要观测值为载波相位采用精密的卫星轨道和钟数据采用复杂的模型定位精度亚分米级用途全球高精度测量卫星定轨补充73编辑版pppt精密单点定位精密单点定位补充73编辑版pppt1.概念：用两台GPS接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定两台接收机天线之间的相对位置（坐标差）。5.5.2静态相对定位74编辑版pppt1.概念：用两台GPS接收机分别安置在基线的两端，同步观测相5.5.2静态相对定位

静态：载波相位测量（测相）

动态相对定位伪距法（测码）载波相位测量2.特点：1）可以消除许多相同或相近的误差，定位精度高2）广泛应用于大地测量、精密工程测量、地球动力学的研究和精密导航3.分类75编辑版pppt5.5.2静态相对定位静态：载波相位测量（测相）相对定位5.5.2静态相对定位4.1）在高精度静态相对定位中，当仅有两台接收机时，一般应考虑将单独测定的基线向量联结成向量网（三角网或导线网），以增强几何强度，改善定位精度。2）当有多台接收机时，应采用网定位方式，可检核和控制多种误差对观测量的影响，明显提高定位精度。76编辑版pppt5.5.2静态相对定位4.1）在高精度静态相对定位中，当仅77编辑版pppt77编辑版pppt作业1.什么是周跳？它是如何产生的？修复的方法有哪些？2.如何评价绝对定位的精度？3.一次差、二次差、三次差分别能消除什么误差？78编辑版pppt作业1.什么是周跳？它是如何产生的？修复的方法有哪些？78编5.6美国的GPS政策5.6.1美国的SA和AS政策5.6.2针对SA和AS政策的政策5.6.3GPS现代化计划79编辑版pppt5.6美国的GPS政策5.6.1美国的SA和AS政策5.6.1SA和AS政策1.GPS卫星发射的测距码：1）P码精密定位服务（PPS）精度10米军用、得到特许的部门2）C/A码标准定位服务（SPS）精度20—30米民用AS政策后100米1989.11~1990.9：“SA”和“AS”实验1991.7：实施SA技术80编辑版pppt5.6.1SA和AS政策1.GPS卫星发射的测距码：5.6.1.1SA（SelectiveAvailability）技术1.SA技术称有选择可用性技术2.目的：降低非特许用户GPS实时定位精度

水平定位精度100米高程定位精度140米定时精度340纳秒3.主要内容：1）广播星历：对卫星基准频率使用δ技术，降低星历精度；2）在卫星钟的钟频信号中加高频抖动（ε技术）81编辑版pppt5.6.1.1SA（SelectiveAvailabi5.6.1.1SA（SelectiveAvailability）技术（续）4现状补充1）2001年5月1日下午，美国宣布取消SA政策2）随着GPS系统的增强，第二频率上蒋发播C/A码伪距，增强第三频率，卫星钟差和电离层延时的影响进一步减小。双频单点定位精度可达12米。82编辑版pppt5.6.1.1SA（SelectiveAvailabi5.6.1.2AS（Anti-Spoofing）技术1.反电子欺骗技术2.将P码与保密的W码相加成Y码，Y码严格保密。3.目的：防止敌方使用P码进行精密导航定位。83编辑版pppt5.6.1.2AS（Anti-Spoofing）技术1.反5.6.1.3SA和AS技术对定位的影响1.降低单点定位精度2.降低长距离相对定位精度3.AS技术给确定整周未知数带来不便是否实施SA政策，可以从导航电文中的测距精度（URA）中判别（书上例子）84编辑版pppt5.6.1.3SA和AS技术对定位的影响1.降低单点定位5.6.1.2针对SA和AS政策的政策1.应用P-W技术和L1与L2交叉相关技术2研制能同时接收GPS和GLONASS信号的接收机3发展DGPS和WADGPS差分GPS系统4建立独立的GPS卫星测轨系统5建立独立的卫星导航与定位系统85编辑版pppt5.6.1.2针对SA和AS政策的政策1.应用P-W技术应用P-W技术和L1与L2交叉相关技术目的：使L2载波相位观测值得到恢复，其精度与使用P码相同P-W技术：将接收到的L1和L2信号和接收机生成的以原P码信号为基础的人工复制信号相关，并将频带宽度降低得到密码带宽，便可获知W码的估值，将上述接收到的信号减去W码估值，恢复P码L1与L2交叉相关技术：可辨认Y1-Y2的值，进一步得到L2码伪距86编辑版pppt应用P-W技术和L1与L2交叉相关技术目的：使L2载波相位观研制能同时接收GPS和GLONASS信号的接收机GLONASS无SA技术，定位精度高于GPS接收机87编辑版pppt研制能同时接收GPS和GLONASS信号的接收机GLONAS发展DGPS和WADGPS差分GPS系统已在不少国家和地区得到了发展定位精度达厘米级应用领域广泛88编辑版pppt发展DGPS和WADGPS差分GPS系统已在不少国家和地区得建立独立的GPS卫星测轨系统利用GPS卫星，建立独立的跟踪系统，以精密地测定卫星轨道，为用户提供精密星历服务加拿大、澳大利亚和欧洲的一些国家在实施建立区域性或全球精密测轨系统的计划以美国为首从1986年开始建立的国际合作GPS卫星跟踪网（CIGNET）89编辑版pppt建立独立的GPS卫星测轨系统利用GPS卫星，建立独立的跟踪系建立独立的卫星导航与定位系统GLONASS、伽俐略计划、北斗计划技术复杂、耗资巨大90编辑版pppt建立独立的卫星导航与定位系统GLONASS、伽俐略计划、北斗GPS现代化计划增加民用信号改善现有信号克服大气层效应改善地面设施开发第三代GPS卫星91编辑版ppptGPS现代化计划增加民用信号91编辑版pppt增加民用信号民用空间信号：标准精度服务SPS1998年美国副总统戈尔宣布在L2=1227.6MHz频率上广播第二民用信号2005年在L5=1176.45MHz上广播第三民用信号对于单点定位的用户，利用第二和第三民用信号改善定位精度，提高信号的可用性和服务的连续性92编辑版pppt增加民用信号民用空间信号：标准精度服务SPS92编辑版ppp军用信号保护作战区内的军用服务，防止敌方使用GPS服务，保存区域外的民用服务军用PPS服务中提供新的军用M码，比现有的P码功率大93编辑版pppt军用信号保护作战区内的军用服务，防止敌方使用GPS服务，保存改善现有信号为了提高对欧盟GNSS定位系统的竞争力，2000年5月2日，克林顿总统宣布：即日起停止SA技术用户可得到优于22m的水平SPS定位精度94编辑版pppt改善现有信号为了提高对欧盟GNSS定位系统的竞争力，2000克服大气层效应使用L2C/A码与L1相结合，使电离层误差从7.0m降低到0.1m95编辑版pppt克服大气层效应使用L2C/A码与L1相结合，使电离层误差从改善地面设施改善地面控制设备，提高对GPS卫星的监测能力，使控制网络更加稳定，提高定位精度96编辑版pppt改善地面设施改善地面控制设备，提高对GPS卫星的监测能力，使差分定位静态定位中：相对定位动态定位中：差分定位讲授内容5.7差分GPS定位原理97编辑版pppt差分定位静态定位中：相对定位讲授内容5.7差分GPS定位两台GPS接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定两台接收机天线之间的相对位置（坐标差）。GPS相对定位98编辑版pppt两台GPS接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫一个测站上对两个目标的观测值；两个测站上对同一目标的观测值；一个测站上对一个目标的两次观测值；…利用求差后的观测值解算两观测站间的基线向量。差分技术在相对定位中的运用99编辑版pppt一个测站上对两个目标的观测值；利用求差后的观测值解算两观测“(DGPS)DifferentialGPS”至少需两台接收机，分别在运动载体和基准站上。两台接收机同步观测一组卫星，基准接收机为动态接收机提供差分改正数（DGPS数据），动态接收机根据自己的观测值和差分改正数，精确解算用户的三维坐标。100编辑版pppt“(DGPS)DifferentialGPS”至少需两台基准接收机动态接收机DGPS数据链基准接收机的DGPS数据无线电发送机，与动态接收机的DGPS数据无线电接收机，构成了DGPS数据链差分改正数101编辑版pppt基准接收机动态接收机DGPS数据链基准接收机的DGPS数据无DGPS数据链的组成调制解调器无线电电台通过RS-232-C接口与信号接收机相连GPS信号接收机RS-232-C接口调制解调器无线电发射机基准站上的DGPS数据链102编辑版ppptDGPS数据链的组成调制解调器GPS信号接收机RS-232-RS-232-C接口数据终端设备和数据通信设备间的串行二进制数据交换的接口在基准站上：将DGPS数据送到调制解调器在动态站上：从调制解调器取得DGPS数据，并送到信号接收机103编辑版ppptRS-232-C接口数据终端设备和数据通信设备间的串行二进制调制解调器在基准站上：将DGPS数据进行编码，进而将其调制在载波上，送到无线电发射机在动态站上：从已调波中解调出DGPS数据，通过RS-232-C接口送到信号接收机GPS信号接收机RS-232-C接口调制解调器无线电发射机104编辑版pppt调制解调器在基准站上：GPS信号接收机RS-232-C接口调无线电收发机在基准站上：无线电发射机以电磁波的形式将DGPS数据发送给用户在动态站上：接收DGPS数据105编辑版pppt无线电收发机在基准站上：105编辑版pppt

基准站基准站坐标(X0,Y0,Z0)L1、L2(P’、INT、Frd（φ）)流动站106编辑版pppt基准站基准站坐标(X0,Y0,Z0)L1、L2(差分GPS技术可以消除的误差1.多台接收机公有的误差（可完全消除）-卫星钟误差、星历误差2.传播延迟误差（大部分消除）-电离层误差、对流层误差3.接收机固有的误差-内部噪声、通道延迟误差、多路径效应107编辑版pppt差分GPS技术可以消除的误差1.多台接收机公有的误差（可差分GPS分类（一）按数据处理方式：实时DGPS测量后处理DGPS测量如：GPS航空摄影测量技术108编辑版pppt差分GPS分类（一）按数据处理方式：108编辑版pppt差分GPS分类（二）5.7.1单基准站GPS差分5.7.2局部区域差分5.7.3广域差分位置差分伪距差分载波相位差分109编辑版pppt差分GPS分类（二）5.7.1单基准站GPS差分位置差分5.7.1.单站GPS的差分5.7.1.1位置差分5.7.1.2伪距差分5.7.1.3载波相位差分110编辑版pppt5.7.1.单站GPS的差分5.7.1.1位置差分110编辑1.原理1)计算基准站的精密坐标与观测坐标的改正数；2)基准站发送坐标改正数，用户接收机接收其并对自身观测值进行修正。5.7.1.1位置差分111编辑版pppt1.原理5.7.1.1位置差分111编辑版pppt5.7.1.1位置差分2.计算步骤1）基准站的精密坐标已知（X0，Y0，Z0），在基准站上的接收机测得的坐标为（X，Y，Z）（包含各种误差），所以，坐标改正数为：2）基准站用数据链将改正数发送出去，用户接收机在解算时加上改正数：经过改正后的坐标：112编辑版pppt5.7.1.1位置差分2.计算步骤2）基准站用数据链将3位置差分的特点优点：-消去了基准站和用户站共同的误差-基准接收机只需向动态用户发送三个DGPS数据，易于实施数据传输-计算简单，适用于各种型号接收机。缺点：-基准站与用户须观测同一组卫星，距离较长时难以满足。-随着站间距离的加长，动态用户的位置测量精度逐渐降低5.7.1.1位置差分113编辑版pppt3位置差分的特点优点：5.7.1.1位置差分113编辑版5.7.1.2伪距差分1.原理根据基准站精确坐标和测出的卫星地心坐标，求出卫星至基准站的真正距离，计算伪距改正数及其变化率；用户根据伪距改正数及其变化率求出改正后的伪距，计算用户接收机坐标。114编辑版pppt5.7.1.2伪距差分1.原理114编辑版pppt2.计算步骤1）根据基准站已知坐标（X0,Y0,Z0）和观测到的卫星星历,计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离，如下：伪距改正数为：其变化率为：伪距5.7.1.2伪距差分115编辑版pppt2.计算步骤1）根据基准站已知坐标（X0,Y0,Z0）和5.7.1.2伪距差分2）基准站将

j和d

j发送给用户，用户在测出的伪距

j上加上改正，求出经改正后的伪距：然后按下式计算坐标：用户接收机钟差接收机噪声116编辑版pppt5.7.1.2伪距差分2）基准站将j和dj发送给用户3C/A码伪距的单点定位和DGPS测量的精度估值比较117编辑版pppt3C/A码伪距的单点定位和DGPS测量的精度估值比较114.伪距差分定位精度高的原因消除了GPS卫星时钟偏差的精度损失（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差相互抵消）能够显著减小甚至消除电离层/对流层效应和星历误差的精度损失5.7.1.2伪距差分118编辑版pppt4.伪距差分定位精度高的原因消除了GPS卫星时钟偏差的精优点：

基准接收机发送的DGPS数据，是所有在视卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中4颗以上的伪距改正值。缺点：

精度随基准站到用户的距离增加而降低。5.伪距差分的特性5.7.1.2伪距差分119编辑版pppt优点：5.伪距差分的特性5.7.1.2伪距差分119编辑1RTK（RealTimeKinematic）技术2实时处理两个观测站载波相位观测量的差分方法。3分类修正法（准RTK）：将基准接收机的载波相位修正值发送给用户，改正用户接收到的载波相位，再解求坐标差分法（真RTK）：将基准接收机的载波相位发送给用户，进行求差解算坐标5.7.1.3载波相位差分120编辑版pppt1RTK（RealTimeKinematic）技术54载波相位差分观测量方程RTK的工作原理5.7.1.3载波相位差分121编辑版pppt4载波相位差分观测量方程RTK的工作原理5.7.1.3载静态方法动态方法载波相位差分求解的关键起始相位模糊度的确定122编辑版pppt静态方法载波相位差分求解的关键起始相位模糊度的确定122编辑静态法伪距法经典方法多普勒法快速确定法需要对GPS卫星的静态观测来实现123编辑版pppt静态法伪距法需要对GPS卫星的静态观测来实现123编辑版pp伪距法将载波相位测量的观测值(化为以距离为单位)减去伪距实际观测值后即可得到λ·No。由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的λ·No取平均值后才能获得正确的整波段数。所以，得124编辑版pppt伪距法将载波相位测量的观测值(化为以距离为单位)减去伪距实际经典方法将整周未知数当做平差中的待定参数整数解实数解125编辑版pppt经典方法将整周未知数当做平差中的待定参数整数解125编辑多普勒法（三差法）由于连续跟踪的所有载波相位观测值中均含有相同的整周未知数N0，所以将相邻两个观测历元的载波相位相减，就可消去N0，从而解出坐标。然后再根据坐标值求解N0。126编辑版pppt多普勒法（三差法）由于连续跟踪的所有载波相位观测值中均含有相快速确定整周未知数法1990年E．Frei和G．Beutler提出基本思路：利用初始平差的解向量及其精度信息，以参数估计和统计假设检验为基础，确定在某一置信区间内N0的可能的整数解的组合；依次将N0的每一组合作为已知值，重复进行平差计算。使估值的验后平差或方差和为最小的一组N0，即为最佳估值。127编辑版pppt快速确定整周未知数法1990年E．Frei和G．Beutl单站差分技术的局限测量精度随着站间距离的增加而降低如：采用伪距法DGPS测量，站间距离为500km时，用户定位误差为12.2m；站间距离为600km时，用户定位误差为14.4m128编辑版pppt单站差分技术的局限测量精度随着站间距离的增加而降低128编辑克服单站差分技术的局限局部区域差分（LADGPS）广域差分（WADGPS）129编辑版pppt克服单站差分技术的局限局部区域差分（LADGPS）129编辑局部区域差分（LADGPS）在局部区域布设差分GPS网，该网由若干个基准站组成，通常还包含一个或数个监控站。位于区域中的用户根据多个基准站提供的改正信息，经平差后求得自己的改正数。130编辑版pppt局部区域差分（LADGPS）在局部区域布设差分GPS网，该网局部区域差分（续）用户接收机通常采用加权平均法或最小方差法对来自多个基准站的改正信息进行平差计算，求得自己的坐标改正数或距离改正数用户与基准站之间的距离一般在500km以内才能获得较好的精度131编辑版pppt局部区域差分（续）用户接收机通常采用加权平均法或最小方差法对广域差分