GPS原理与应用(地信)第三章

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1、GPS原理与应用成都理工大学测绘工程系高雅萍gyp@cdut.edu.cn第三章GPS静态定位原理GPS静态定位是GPS定位使用较广的一种定位方法,载波相位定位是测地型接收机采用的基本观测量,为了提高定位精度,有必要了解定位中的各种误差来源GPS定位方法分类及其误差源静态绝对定位原理静态相对定位原理整周未知数的确定方法与周跳GPS快速静态相对定位(自学)3.1GPS定位方法分类及其误差源3.1.1GPS定位方法分类(1)按参考点的不同位置划分为：绝对定位（单点定位）：在地球协议坐标系中

2、，确定观测站相对地球质心的位置。相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。3.1.1GPS定位方法分类(2)按用户接收机作业时所处的状态划分：静态定位：在定位过程中，接收机位置静止不动，是固定的。动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。注:静止状态只是相对的，在卫星大地测量中的静止状态通常是指待定点的位置相对其周围点位没有发生变化，或变化极其缓慢，以致在观测期内可以忽略。3.1.1GPS定位方法分类静态定位定绝对定位位动态定位方式相对定位静态定位动态定位

3、3.1.2GPS测量的误差概述1、根据误差来源，测量误差分为三类：•与卫星有关的误差。•与信号传播有关的误差。•与接收设备有关的误差。为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到站星距离上，以相应的距离误差表示，称为等效距离误差。3.1.3卫星轨道偏差（星历误差）卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差。3.1.3卫星轨道偏差（星历误差）轨道误差的处理方法原则上有三种:1.忽略轨道误差：广泛用于实时单点定位。2.采用轨道改进法处理观测数据：卫星轨道的偏差主要由各种摄动力综合作

4、用而产生，摄动力对卫星6个轨道参数的影响不相同，而且在对卫星轨道摄动进行修正时，所采用的各摄动力模型精度也不一样。因此在用轨道改进法进行数据处理时，根据引入轨道偏差改正数的不同，分为短弧法和半短弧法。3.1.3卫星轨道偏差（星历误差）短弧法：引入全部6个轨道偏差改正，作为待估参数，在数据处理中与其它待估参数一并求解。可明显减弱轨道偏差影响，但计算工作量大。半短弧法：根据摄动力对轨道参数的不同影响，只对其中影响较大的参数，引入相应的改正数作为待估参数。3.同步观测值求差：由于同一卫星的位置误差对

5、不同观测站同步观测量的影响具有系统性。利用两个或多个观测站上对同一卫星的同步观测值求差，可减弱轨道误差影响。当基线较短时，有效性尤其明显.3.1.4时钟误差所谓时钟误差是指卫星钟误差和接收机钟误差1、卫星钟误差2taa(tt)a(tt)01020式中的参数由主控站测定，通过卫星的导航电文提供给用户。其减弱或消除的方法忽略不计采用模型改正相对定位进行减弱3.1.4时钟误差2、接收机钟差减弱或消除的方法作为未知参数求解建立钟差模型观测量求差外接频标3.1.5卫星信号传播误差1

6、、电离层传播误差主要取决于信号频率和传播路径上的电子总量。电离层含有较高密度的电子，它属于弥散性介质，电磁波在这种介质内传播时，其速度与频率有关。理论证明，电离层的群折射率为2n140.28NefG3.1.5卫星信号传播误差群速度为c2vc(140.28Nef)GnG式中N为电子密度（每立方米中的电子数）；f为信号的频e率（Hz）；c为真空中的光速。补充：电离层及其影响进行伪距测量时，调制码就是以群速vG在电离层中传播的。若伪距测量中测得信号的传播时间为，则卫星至接收机的真正距离S为

7、240.28svdtc(140.28Nef)dtctcNedstGt2sf40.3cNeds2sf补充：电离层及其影响上式表明，正确的距离S包括两部分：一部分是真空中光速乘以信号传播时间；另一部分则是电离层改正项40.3dcNedsion2sf式中Neds表示沿信号传播路径s对电子密度Nes进行积分。3.1.5卫星信号传播误差改正误差常采取的措施：•利用双频观测：电离层影响是信号频率的函数，利用不同频率电磁波信号进行观测，可确定其影响大小，并对观

8、测量加以修正。其有效性不低于95%.利用电离层模型加以修正：对单频接收机，一般采用由导航电文提供的或其它适宜电离层模型对观测量进行改正。目前模型改正的有效性约为75%，至今仍在完善中。•利用同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于20km）时，卫星信号到达不同观测站的路径相近，通过同步求差，残差不超过10-6。3.1.5卫星信号传播误差2、对流层传播误差对流层折射对观测量的影响可分为干分量和湿分量两部分。干分量主要与大气温度和压力有关，湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有