动态绝对定位原理概要.doc

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1、动态绝对定位原理GPS绝对定位又叫单点定位，即以GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值为基础，并根据卫星星历确定的卫星瞬时坐标，直接确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对于坐标原点（地球质心）的绝对位置。根据用户接收机天线所处的状态不同，绝对定位又可分为动态绝对定位和静态绝对定位。因为受到卫星轨道误差、钟差以及信号传播误差等因素的影响，静态绝对定位的精度约为米级，而动态绝对定位的精度约为10~40m。因此静态绝对定位主要用于大地测量，而动态绝对定位只能用于一般性的导航定位中。将GPS用户接收机安装在载体上，并处于动态情况下，确定载体的瞬时绝对位置的定

2、位方法，称为动态绝对定位。一般，动态绝对定位只能获得很少或者没有多余观测量的实时解，因而定位精度不是很高，主要被广泛应用于飞机、船舶、陆地车辆等运动载体的导航。另外在航空物探和卫星遥感领域也有着广阔的应用前景。定位解算中，根据采用的距离观测原理的不同，可以分为测码伪距动态绝对定位和测相伪距动态绝对定位。一、测码伪距动态绝对定位测码伪距观测方程（1）为了推导方便，取：（2）则测码伪距观测方程可写为（3）式中的电离层和对流层延迟改正数可从卫星发射的导航电文中获得，而卫星在地球协议坐标系中的坐标也可从卫星星历中得到。显然，式中在某个历元只有测站在协议地球坐标系中

3、的坐标向量和接收机钟的钟差这4个未知参数，正是我们需要求解的。为此，至少需要建立4个类似的方程。所以，用户至少需要同步观测4颗卫星以便获得4个以上测码伪距观测方程。在动态绝对定位的情况下，由于测站是运动的，所以获得的伪距观测量很少。但为了获得实时定位结果，必须至少同步观测4颗卫星。假设GPS接收机在测站于某一历元同步观测j颗卫星（），则由（3）式可得：（4其误差方程为：（5）当同时跟踪卫星数刚好为4颗（即）时，无多余观测量，此时上式中（6）直接解此方程组得唯一定位解：（7）很明显，当同时观测卫星数多于4颗时，则观测量的个数超过待求参数的个数，此时要利用最小

4、二乘法平差求解误差方程（5），得：（8）解的精度为：（9）式中为解的中误差；为伪距测量中误差；为权系数阵主对角线的相应元素，。上述测码伪距绝对定位模型（7）、（8），已被广泛应用于实时动态单点定位。因为通过卫星星历中获得的卫星瞬时坐标是WGS-84坐标，因此解求得到的接收机位置坐标也是WGS-84坐标系中的坐标。实际应用中，有时给定的近似坐标偏差较大，而且线性化过程中略去二次及二次以上项对平差结果也有影响，在解算过程中往往一次平差不能达到理想的解算结果，因此常常采用迭代法。顺便要指出，这里在解算载体位置时，不是直接求出它的三维坐标，而是求各个坐标分量的修正

5、分量，也就是给定用户的三维坐标初始值，而求解三维坐标的改正数。在解算运动载体的实时点位时，前一个点的点位坐标可作为后续点位的初始坐标值。二、测相伪距动态绝对定位载波相位方程（或测相伪距方程）的线性化形式：（10）令（11）代入（10）式，则测相伪距观测方程可写为（12）由于测相伪距法中引入了另外的未知参数——整周未知数，因此，若和测码伪距法一样，观测4颗卫星无法解算出测站的三维坐标。假设GPS接收机在测站于某一历元同步观测n颗以上卫星（），则由（5-28）式可得误差方程组为（13）可见，误差方程中的未知参数有：三个测站点坐标，一个接收机钟差，n个整周未知数

6、。这样误差方程中总未知参数为4+n个，而观测方程的总数只有n个，如此则不可能实时求解。如果在载体运动之前，GPS接收机在时刻锁定卫星后，先保持载体静止，求出整周模糊度，（）。据前述分析，只要在初始历元之后的后续时间里没有发生卫星失锁现象，它们仍然是只与初始历元有关的常数，在载体运动过程中当成常数来处理。则（13）式可写为（14）这样，就与（5）式在形式上完全一致。此时，同步观测4颗以上卫星，就可得到（8）是完全一样的实时解，只是解方程过程中采用的是测相伪距观测值，因此定位解的精度较之测码伪距法要高。值得注意的是，采用测相伪距动态绝对定位时，载体上的GPS接

7、收机在运动之前必须初始化，而且运动过程中不能发生信号失锁，否则就无法实现实时定位。然而载体在运动过程中，要始终保持对所观测卫星的连续跟踪，目前在技术上尚有一定困难，一旦发生周跳，则须在动态条件下重新初始化。因此，在实时动态绝对定位中，寻找快速确定动态整周模糊度的方法是非常关键的问题。