[理学]08、GPS相对定位原理.ppt

第八章 GPS相对定位原理 一：静态相对定位 用两台接接收机分别安置在基线的两个端点，其位置静止不动，同步观测相同的4颗以上卫星，确定两个端点在协议地球坐标系中的相对位置，这就叫做静态相对定位。 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，对中等长度的基线（100-500km），相对定位精度可达10-6-10-7甚至更好，静态相对定位是目前GPS精度最高的定位方式。 在载波相位观测的数据处理中，为可靠地确定载波相位整周未知数，静态相对定位一般需要较长的观测时间（1.0-1.5小时），如何缩短观测时间，是研究和关心的热点。缩短静态相对定位的观测时间关键在于快速而可靠地确定整周未知数。 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。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。 1 静态相对定位的观测方程 （1）基本观测量及其线性组合 假设安置在基线端点的接收机Ti(i=1,2)，对GPS卫星sj和sk，于历元t1和t2进行了同步观测，可以得到如下的载波相位观测量：?1j(t1)、 ?1j(t2) 、 ?1k(t1) 、 ? 1k(t2)、 ?2j(t1) 、 ? 2j(t2)、 ? 2k(t1)、 ?2k(t2)。若取符号??j(t)、??i(t)和??ij(t)分别表示不同接收机之间、不同卫星之间和不同观测历元之间的观测量之差，则有 在上式中，观测量的一般形式为： 目前普遍采用的差分组合形式有三种： ?单差（Single-Difference——SD）:在不同观测站，同步观测相同卫星所得观测量之差。表示为 ?双差（Double-Difference——DD）：在不同观测站，同步观测同一组卫星，所得单差之差。符号表示为 ?三差（Triple-Difference——TD）：于不同历元，同步观测同一组卫星，所得观测量的双差之差。表达式为： （2）单差（SD）观测方程 根据单差的定义，可得 若取符号： 则单差方程可写为 在上式中，卫星钟差的影响已经消除，这是单差模型的优点。两观测站接收机的相对钟差，对同一历元两站接收机同步观测量所有单差的影响均为常量。而卫星轨道误差和大气折射误差，对两站同步观测结果的影响具有相关性，其对单差的影响明显减弱。 如果对流层对独立观测量的影响已经根据实测大气资料利用模型进行了修正；而电离层的影响也利用模型或双频技术进行了修正，则载波相位观测方程中相应项，只是表示修正后的残差对相位观测量的影响。这些残差的影响，在组成单差时会进一步减弱。 如果忽略残差影响，则单差方程可简化为： 若取 则单差观测方程改写为： 如果以ni表示观测站数，以nj和nt表示所测卫星数和观测历元数，并取一个观测站作为固定参考点，则单差观测方程总数为(ni-1) nj nt，而未知参数总数为(ni-1) (3+nj+nt)，为了通过数据处理得到确定的解，必须满足条件： (ni-1) nj nt? (ni-1) (3+nj+nt)，由于(ni-1) ? 1，则有nj nt? (3+nj+nt)，即 上式表明，必要的历元数只与所测的卫星数有关，与观测站的数量无关。例如当观测站所测卫星数为4，可得观测历元数应大于7/3，而历元数为整数，故历元数为3。即在观测卫星数为4的条件下，在两个或多个测站上，对同一组4颗卫星至少同步观测3个历元，按单差模型平差计算时，才能唯一确定全部未知参数。 综上，独立观测方程数为ninjnt，单差观测方程比独立观测方程减少了njnt个。例如2个测站，3个历元，同步观测4颗卫星，则独立观测量方程总数为24，单差观测方程为12，单差观测方程比独立观测方程减少了12个。 * * 卫星 由于当距离不太远的两个测站同步观测相同卫星时GPS的各种观测误差具有较强的相关性，所以一种简单而有效的消除或减弱误差的方法就是将GPS的各种观测量进行不同的线形组合。然后作为相对定位的相关观测量。 优点： ?消除或减弱一些具有系统性误差的影响，如卫星轨道误差、钟差和大气折射误差等。 ?减少平差计算中未知数的个数。 （3）.双差（DD）观测方程 将单差观测方程， 应用于两测站、两同步观测卫星，并忽略大气折射残差的影响，可得双差观测方程： 双差模型的优点是消除了接收机钟差的影响。如果取观测站T1作为已知参考点，并取符号 则非线性化双差观测方程： 式中 该式中除了含有观测站T2的位置待定参数外，还包含一个与整周未知数有关的参数。为了方便构成双差观测方程，一般取一个观测站为参考点，同时取一颗观测卫星为参考卫星。 如果以ni表示观测站数，以