GPS测量原理及应用.ppt

* 19 * * 卫星广播 的电磁波 信号： 信号量测精度优于波长的1/100 载波波长(?L1=19cm, ?L2=24cm)比C/A码波长 (?C/A=293m)短得多 所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距(C/A码或P码)定位高得多的测距精度 L1载波 L2载波 C/A码 P-码 ? p=29.3 m ? L2=24 cm ? L1=19c m ? C/A=293 m 载波相位观测 载波相位测距的优缺点 载波相位测量属于非码信号测量系统 优点：把载波作为量测信号，对载波进行相位测量可以达到很高的精度，目前可达到1～2mm。 缺点：载波信号是一种周期性的正弦信号，相位测量只能测定不足一个波长的小数部分，无法测定其整波长个数。因而存在着整周数的不确定性问题，使解算过程比较复杂。 单点定位结果的获取 * * 单点定位解可以理解为一个测边后方交会问题 卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的伪距(由时间延迟计算得到) 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差，所以要同步观测4颗卫星，解算四个未知参数：纬度? , 经度? , 大地高程 h , 钟差 ?t 8 GPS定位的误差源 * * 与GPS卫星有关的因素 SA(对精密星历进行加密）技术：人为的降低广播星历精度2000年5月2日4时终止实施 卫星星历（定轨）误差 卫星钟差 卫星信号发射天线相位中心偏差 与传播途径有关的因素 电离层延迟 对流层延迟 多路径效应 与接收机有关的因素 接收机钟差 接收机天线相位中心误差 接收机软件和硬件造成的误差 9 GPS 测量 (1)采用载波相位观测值 * * 卫星广播 的电磁波 信号： 信号量测精度优于波长的1/100 载波波长(?L1=19cm, ?L2=24cm)比C/A码波长 (?C/A=293m)短得多 所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距(C/A码或P码)定位高得多的测距精度 L1载波 L2载波 C/A码 P-码 ? p=29.3 m ? L2=24 cm ? L1=19c m ? C/A=293 m (2)组成星际站际两次差分观测值 * * 可以消去卫星钟的系统偏差 可以消去接收机时钟的误差 Pik Plj Pij Pj Plk Pk Sl Si 可以削弱大气折射对观测值的影响 可以削弱轨道(星历)误差的影响 (3)设法解算出初始整周未知数 * * 测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成 (1)初始整周未知数n；(2) t 0至t i 时刻的整周记数Ci；(3)相位尾数?i 如果信号没有失锁，则每一个观测值包含同一个初始整周未知数n 为了利用载波相位进行定位，必须设法先解算出初始整周未知数，取得总观测值n+Ci+ ? i Time (0) Ambiguity Time (i) Ambiguity Counted Cycles Phase Measurement (4)弄清楚初始整周未知数的确定与定位精度的关系 * * 精度 m 1.00 0.10 0.01 整周未知数确定后 整周未知数确定前 经典静态定位 0 0 30 80 5 8 时间(分) 如果无法准确解出初始整周未知数，则定位精度难以优于±1m 随着初始整周未知数解算精度的提高，定位精度也相应提高 一旦初始整周未知数精确获得，定位精度不再随时间延长而提高 经典静态定位需要30-80分钟观测才能求定初始整周未知数 快速静态定位将这个过程缩短到5-8分钟(双频接收机) 快速静态定位 伪距差分 这是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。 这种差分，能得到米级定位精度，如沿海广泛使用的“信标差分” * * 载波相位差分 载波相位差分技术又称RTK(Real Time Kinematic)技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是将基准站采集的载波相位发送给用户接收机，进行求差解算坐标。 载波相位差分可使定位精度达到厘米级，已经大量应用于需要点位高精度的动态测量领域。 * * * * 第2部分 我国GPS测量的常用坐标系 1.WGS-84 WGS-84坐标是GPS所采用的坐标系统，GPS发布的 星历参数都是基于此坐标系的。 WGS-84的椭球参数： a=6378137m 1/f=298.257223563 2.1954北京坐标系 1954北京坐标系是目前我国使用比较广泛的大地测量坐标系，参考椭球是克拉索夫斯基椭球。其高程