《绝对定位原》ppt课件

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1、第六节GPS绝对定位原理§6.1绝对定位方法概述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”一词主要是为了区别相对定位，绝对定位和相对定位在观测方式、数据处理、定位精度以及应用范围等方面均有原则区别。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

2、点上。由于GPS采用单程测距原理，实际观测的站星距离均含有卫星钟和接收机钟同步差的影响（伪距），卫星钟差可根据导航电文中给出的有关钟差参数加以修正，而接收机的钟差一般难以预料。通常将其作为一个未知参数，在数据处理中与观测站坐标一并求解。一个观测站实时求解4个未知数，至少需要4个同步伪距观测值，即4颗卫星。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，所依据的观测量都是所测的站星伪距。根据观测量的性质，伪距有测码伪距和测相伪距，绝对定位相应分为测码伪距绝对定位和测相伪距绝对定位。§6.2动态绝对定位原理1.测码伪距动态

3、绝对定位法如果于历元t观测站至所测卫星之间的伪距已经经过卫星钟差改正：取则测码伪距观测方程可写为或j(t)=[Xj(t)Yj(t)Zj(t)]T为卫星sj在协议地球坐标系中的瞬时空间直角坐标向量，i=[XiYiZi]T为观测站Ti在协议地球坐标系中的空间直角坐标向量。为了确定观测站坐标和接收机钟差，至少需要4个伪距观测量。假设任一历元t由观测站Ti同步观测4颗卫星分别为j=1,2,3,4，则有4个伪距观测方程若取观测站坐标的初始（近似）向量为Xi0=(X0Y0Z0)T，改正数向量为Xi=(XYZ)iT，则线性化取至一次微小项后得或写为式

4、中其中由此可得上式的求解一般采用迭代法，根据所取观测站坐标的初始值，在一次求解后，利用所求坐标的改正数，更新观测站坐标初始值，重新迭代，通常迭代2-3次即可获得满意结果。当仅观测4颗卫星时，无多余观测量，解算是唯一的。如果同步观测的卫星数nj大于4颗时，则需利用最小二乘法平差求解。误差方程组的形式为根据最小二乘法平差求解解的精度为：mz为解的中误差，0为伪距测量中误差，Qii为权系数阵Qz主对角线的相应元素。在GPS中，同时出现在地平线以上的可见卫星数不会多于12个。测码伪距绝对定位模型广泛用于船只、飞机、车辆等运动目标的导航、监督和管理。2.测

5、相伪距动态绝对定位法在协议地球坐标系中，测相伪距的观测方程为为：如果设并考虑卫星钟差可利用导航电文中给出的参数加以修正，则观测方程可改写成其中于历元t，由观测站Ti至卫星sj的距离误差方程可写为：其中与测码伪距的误差方程相比，测相伪距误差方程仅增加了一个新的未知数Nij，其余的待定参数和系数均相同。如果在起始历元t0卫星sj被锁定（跟踪）后，观测期间没有发生失锁现象，则整周待定参数Nij只是与该起始历元t0有关的常数。若于历元t同步观测nj颗卫星，则可列出nj个误差方程：观测量总数与所观测的卫星数nj相等，而待定未知数为4+nj，因此利用测相伪距进

6、行动态定位一般无法实时求解。获得动态实时解的关键在于能否预先或在运动中可靠地确定载波相位观测值的整周未知数。如果初始整周未知数Nij(t0)为已知，且在观测过程中接收机保持对所测卫星的连续跟踪，则上式可简化为其中此时，若同步观测卫星数大于等于4时，也可获得唯一实时解。但载体在运动过程中，要始终保持对所测卫星的连续跟踪，目前在技术上尚有一定困难，同时目前动态解算整周未知数的方法，在应用上也有局限性。因此实时动态定位中目前主要采用测码伪距为观测量的方法。§6.3静态绝对定位原理静态绝对定位时观测站是固定的，可以于不同历元同步观测不同卫星，取得充分多的伪

7、距观测量，通过最小二乘平差，提高定位精度。1.测码伪距静态绝对定位若nt为观测历元数，在忽略接收机钟差随时间变化的情况下，可得相应的误差方程：其中按最小二乘法求解：在不同历元观测的卫星数一般不同，在组成上列系数阵时应注意。如果观测的时间较长，接收机钟差的变化往往不能忽略。根据不同情况，或者将钟差表示为多项式形式，把多项式系数作为未知数在平差计算中求解（待求未知参数总量为3+nc，nc为钟差模型系数个数）；或简单地对不同观测历元引入相异的独立钟差参数（待求未知参数总量为3+nt，nt为观测的历元数）2.测相伪距静态绝对定位假设在测站Ti于历元t同步观

8、测的卫星数为nj，根据动态绝对定位可写出误差方程组：其中其中如果在观测站Ti于不同历元t=t1,t2,…tnt，对相同的卫