第三节 GPS的定位原理.ppt

09 November 1999 Geodesy Workshop 09 November 1999 Geodesy Workshop NIMA/PSOMAS 绝对定位也称单点定位，是指在协议地球坐标系中，直接确定观测站相对于坐标原点（地球质心）绝对坐标的一种方法。 绝对定位的基本原理：以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离（或距离差）观测量为基础，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。GPS绝对定位方法的实质是测量学中的空间距离后方交会。原则上观测站位于以3颗卫星为球心，相应距离为半径的球与观测站所在平面交线的交点上。 绝对定位方法概述 GPS相对定位也叫差分GPS定位，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）。 相对定位时，用两台接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。同样，多台接收机安置在若干条基线的端点，通过同步观测GPS卫星可以确定多条基线向量。在一个端点坐标已知的情况下，可以用基线向量推求另一待定点的坐标。 相对定位是目前GPS定位中精度最高的一种定位方法。 相对定位方法概述 绝对定位可根据天线所处的状态分为动态绝对定位和静态绝对定位。无论动态还是静态，绝对定位所依据的观测量都是所测的站星伪距。动态定位将在后面的导航部分讲述。 静态绝对定位可以根据伪距观测量或载波相位观测量来进行。 静态绝对定位 利用伪距观测量进行静态绝对定位时，通过连续地在不同历元观测不同的卫星，测定卫星到观测站的伪距，获得充分的多余观测量，然后利用伪距测量的观测方程进行求解。 首先将伪距观测方程线性化，展开后进行解算并求定误差。 利用伪距进行静态绝对定位 应用载波相位进行静态绝对定位，其精度高于用伪距进行静态绝对定位。 在载波相位静态绝对定位中，应注意对观测值加入电离层、对流层等各项改正，防止和修复整周跳变，以提高定位精度。整周未知数解算后，不再为整数，可将其调整为整数，解算出的观测站坐标称为固定解，否则称为实数解。载波相位静态绝对定位解算的结果可以为相对定位的参考站（或基准站）提供较为精密的起始坐标。 利用载波相位观测量进行静态绝对定位 为了评价定位结果，在导航学中，一般采用有关精度因子（精度衰减因子、精度系数、精度弥散）DOP（Dilution Of Precision）的概念。 在实践中，根据不同要求，可选用不同的精度评价模型和相应的精度因子，通常有： ※平面位置精度因子HDOP(horizontal DOP) ※高程精度因子VDOP(Vertical DOP) ※空间位置精度因子PDOP(Position DOP) ※接收机钟差精度因子TDOP(Time DOP) ※几何精度因子GDOP(Geometric DOP)，描述空间位置误差和时间误差综合影响的精度因子 定位精度的评价 相对定位也分静态定位和动态定位。安置在基线端点的接收机固定不动，通过连续观测，取得充分的多余观测数据，改善定位精度。 静态相对定位一般均采用载波相位观测值（或测相伪距）为基本观测量 。 静态相对定位 T1 T2 S1 S2 S3 S4 在两个观测站或多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等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组合（求差）进行相对定位，可有效地消除或减弱相关误差的影响，从而提高相对定位的精度。 静态相对定位 GPS载波相位观测值可以在卫星间求差，在接收机间求差，也可以在不同历元之间求差。各种求差法都是观测值的线性组合。 将观测值直接相减的过程叫做求一次差，所得结果称单差。对一次差继续求差，所得结果称为双差，同样还有三差。这些差分观测值模型能够有效地消除各种偏差项。 求解过程也是首先将观测方程线性化后求解并确定误差。 静态相对定位 第三部分 GPS导航定位原理 伪距测量 载波相位测量 绝对定位和相对定位 导航原理与方法 GPS测量误差来源 导航的概念首先起源于航海事业，其最初的含义是引导运载体从一个地点航行到另一个地点的过程。导航的首要问题就是确定航行体的即时位置，还要测定其速度、时间、姿态等状态参数。由此可见，导航是一种广义的动态定位。 卫星导航是用导航卫星发射的导航定位信息引导运动载体安全到达目的地的一门新兴科学。GPS在导航领域的应用，有着比GPS静态定位更为广阔的前景。 卫星导航概念 GPS导航是一种广义的GPS动态定位，从目前的应用看来，主要分为以下几种方法： （1）单点动态定位 （2）实时差分动态定位 （3）后处理差分动态定位 GPS动态定位方法分类 单点动态定位是用安设在一个运动载体上的GPS信号接收机，自主地测得该运