gps测量定位技术 第4章 gps卫星定位的基本原理

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1、GPS测量定位技术第四章GPS卫星定位的基本原理学习目标第一节GPS定位概述第二节伪距法定位第三节载波相位测量第四节GPS动态定位原理本章小结本章小结思考题与习题GPS测量定位技术第四章GPS卫星定位的基本原理学习目标了解GPS测速原理和定时原理。理解主动式测距和被动式测距，伪距及其测定与计算，动态定位的特点。掌握GPS定位的基本概念，静态定位与动态定位，单点定位和相对定位，伪距定位，载波相位测量原理及载波相位测量方法。GPS测量定位技术第一节GPS定位概述一、静态定位与动态定位静态定位是指GPS接收机在进行定位

2、时，待定点的位置相对其周围的点位没有发生变化，其天线位置处于固定不动的静止状态。此时接收机可以连续地在不同历元同步观测不同的卫星，获得充分的多余观测量，根据GPS卫星的已知瞬间位置，解算出接收机天线相位中心的三维坐标。由于接收机的位置固定不动，就可以进行大量的重复观测，所以静态定位可靠性强，定位精度高，在大地测量、工程测量中得到了广泛的应用，是精密定位中的基本模式。GPS测量定位技术一、静态定位与动态定位准静态定位是指静止不动只是相对的。在卫星大地测量学中，在两次观测之间（一般为几十天到几个月）才能反映出发生的变

3、化。动态定位是指在定位过程中，接收机位于运动着的载体，天线也处于运动状态的定位。动态定位是用GPS信号实时地测得运动载体的位置。如果按照接收机载体的运行速度，还可将动态定位分为低动态（几十米/秒）、中等动态（几百米/秒）、高动态（几公里/秒）三种形式。其特点是测定一个动点的实时位置，多余观测量少、定位精度较低。目前导航型的GPS接收机，可以说是一种广义的动态定位，它除了要求测定动点的实时位置外，一般还要求测定运动载体的状态参数，如速度、时间和方位等。GPS测量定位技术二、单点定位和相对定位GPS单点定位也叫绝对定

4、位，就是采用一台接收机进行定位的模式，它所确定的是接收机天线在WGS－84世界大地坐标系统中的绝对位置，所以单点定位的结果也属于该坐标系统。GPS单点定位的实质，即是空间距离后方交会。对此，在一个测站上观测3颗卫星获取3个独立的距离观测量就够了。但是由于GPS采用了单程测距原理，此时卫星钟与用户接收机钟不能保持同步，所以实际的观测距离均含有卫星钟和接收机钟不同步的误差影响，习惯上称之为伪距。其中卫星钟差可以用卫星电文中提供的钟差参数加以修正，而接收机的钟差只能作为一个未知参数，与测站的坐标在数据的处理中一并求解。

5、因此，在一个测站上为了求解出4个未知参数（3个点位坐标分量和1个钟差系数），至少需要4个同步伪距观测值。也就是说，至少必须同时观测4颗卫星。GPS测量定位技术二、单点定位和相对定位相对定位又称为差分定位，是采用两台以上的接收机（含两台）同步观测相同的GPS卫星，以确定接收机天线间的相互位置关系的一种方法。其最基本的情况是用两台接收机分别安置在基线的两端（左图），同步观测相同的GPS卫星，确定基线端点在世界大地坐标系统中的相对位置或坐标差（基线向量），在一个端点坐标已知的情况下，用基线向量推求另一待定点的坐标。相对

6、定位可以推广到多台接收机安置在若干条基线的端点，通过同步观测GPS卫星确定多条基线向量。图4-1相对定位示意图GPS测量定位技术二、单点定位和相对定位由于同步观测值之间有着多种误差，其影响是相同的或大体相同的，这些误差在相对定位过程中可以得到消除或减弱，从而使相对定位获得极高的精度。当然，相对定位时需要多台（至少两台以上）接收机进行同步观测。故增加了外业观测组织和实施的难度。在单点定位和相对定位中，又都可能包括静态定位和动态定位两种方式。其中静态相对定位一般均采用载波相位观测值为基本观测量。这种定位方法是当前GP

7、S测量定位中精度最高的一种方法，在大地测量、精密工程测量、地球动力学研究和精密导航等精度要求较高的测量工作中被普遍采用。GPS测量定位技术三、主动式测距和被动式测距主动式测距(右图）是用电磁波测距仪发射测距信号，通过另一端的反射器反射回来，再由测距仪接收。根据测距信号的往、返传播时间求解出往返距离。由于电磁波测距仪需在测站点上主动发出测距信号，故称这种测距方式为主动式测距。主动式测距只要求仪器钟自身能在信号往、返时间段中保持稳定，就不会影响测距精度。其缺点是用户必须发射信号因而难以隐蔽自己，这对军事用户十分不利。

8、此外要求用户同时具有发射设备和接收设备，装置较为复杂。图4-2双程测距（EDM）与单程测距（GPS）GPS测量定位技术三、主动式测距和被动式测距被动式测距是发射站（例如卫星）在规定的时刻内准确地发出信号，用户则根据自己的时钟记录信号到达的时间，根据时差求得单程距离。由于用户只需被动的接收信号，故称为被动式测距。其优点是用户无需发射信号，因而便于隐蔽自己，用户装置也较简单，