GPS测量原理与应用2(定位原理).ppt

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1、GPS测量原理与应用2008年3月22日GPS观测量GPS定位误差GPS观测方程GPS绝对定位GPS差分定位GPS观测网与基线广义意义下的差分定位提纲第二章、GPS定位原理2.1GPS观测量码与伪距观测码：即数据，二进制表示数据流卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得到的量测距离。C/A码长1023bit,脉冲频率1.023MHz,码元宽1/1.023MHz=0.97752us（293.1m)，周期1msP码长2.35*1014bit，码元宽度0.097752us(29.3m),周期267天GPS卫星的基准频率f0由卫星上的原子钟直接产生基准频率为1

2、0.23MHz卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频第二章、GPS定位原理第二章、GPS定位原理导航电文包含卫星星历、工作状态、时间系统、卫星钟差改正，大气折射改正的数据码（D码，二进制码），按帧依序发射，具体格式可参阅ICD-200标准。电文解码后的参数用于计算卫星位置和卫星钟差第二章、GPS定位原理载波与载波相位观测码（数据）需要调试到载波上才能发送到接收机上，由接收机解调恢复，接收机同时进行载波相位观测（与接收机参考载波的相位差）。接收机只能量测出起始时刻某一周上的相位小数部分额，并DSP的TIC（一般为0.1s）进行整周数计数。观测时刻t的总相位差颗表示为

3、：N(t-t0)为TIC计数，N(t0)为未知数，整周模糊度，习惯上将载波相直接写为第二章、GPS定位原理伪距与载波相位的关系不考虑误差的影响，理论上存在关系式该式是相位平滑的理论基础第二章、GPS定位原理2.2GPS定位误差与卫星有关的误差卫星钟差轨道误差相位偏心与传播路径有关的误差电离层误差对流层误差多路径误差与设备有关的误差接收机钟差相位偏心观测误差（偶然误差）周跳（粗差）其它误差地球自转的影响相对论影响第二章、GPS定位原理2.3GPS观测方程伪距观测方程载波相位观测方程设i为测站下标，k为卫星上标第二章、GPS定位原理2.4GPS绝对定位伪距观测方程（仅考虑接

4、收机钟差）观测方程线性化（l,m,n)为测站至卫星的方向余弦，ρ0为测站近似值计算的站星距，近似值可以是（0，0，0）矩阵形式第二章、GPS定位原理绝对定位的解（最小二乘法，vtpv=min)协因数阵未知数的中误差伪距测量中误差第二章、GPS定位原理精度因子平面位置精度因子HDOP(horizontalDOP)及其相应的平面位置精度高程精度因子VDOP(VerticalDOP)及其相应的高程精度第二章、GPS定位原理精度因子空间位置精度因子PDOP(PositionDOP)及其相应的三维定位精度接收机钟差精度因子TDOP(TimeDOP)及其钟差精度几何精度因子GDOP

5、(GeometricDOP)及其相应的中误差第二章、GPS定位原理2.5GPS差分定位可消除或削弱相关误差位置差分伪距差分(单差，Δ算子，消除卫星钟差，可用于时间同步)两站坐标相减，当观测卫星数相同时，与伪距差分精度相当与绝对定位的系数阵相同，算法没有本质上的区别星间差分（星差，▽算子，消除接收机钟误差，可用于PPP）双差（▽△算子，消除接收机钟和卫星钟误差，广泛意义上的差分定位）三差（δ▽△算子，消除接收机钟、卫星钟误差、模糊度，短时间内严重相关）第二章、GPS定位原理2.6相位差分定位双差非差差分基准未知数大于观测方程的个数，秩亏（即使采用多历元）1）选择参考站，与

6、该站的坐标未知数为零（不列入观测方程），或取先验权为无穷大；2）使用单差模糊度作为未知数,并选择参考卫星(与该卫星有关的模糊度不列入观测方程），或给定整数（先验权为无穷大）。第二章、GPS定位原理2.7GPS网与基线坐标及方差结果以坐标差(△x,△y,△z)的形式给出大部分商用GPS处理软件都是以单基线建立观测方程的，需要考虑独立基线和网平差，可用重复边精度和闭合环检测粗差，网平差与水准网类似；无论是单基线处理模式还是网处理模式，实质上是先解算出坐标，再计算基线，GAMIT软件（网处理模式），Bernese软件。RTK为单基线模式。图2.1GPS观测网的独立基线表2.1

7、独立基线搜索步骤基线测站12231334101121201222300122400001全部组合有n(n-1)/2基线独立基线数：n-1n个测站的GPS观测网：1）最短距离(最有效地削弱系统误差)2）不构成闭合环由短到长顺序排列：12,23,13,34,24,14两条准则：GPS网的独立基线第二章、GPS定位原理2.7广义意义下的差分定位WAAS（大范围）网络RTK(VRS技术，局部城市)星际差分（高精度动态PPP，全球，NAVCO公司）将电离层误差，卫星轨道误差作为改正数发布，采用星间差分消除接收机误差第二章、GPS定位原理频率之间的组