GPS原理及应用05-第五章GPS定位原理二课件.ppt

1、GPS原理及应用原理及应用第五章第五章定位原理（二）定位原理（二）. .差分差分. .相对定位相对定位. .单点定位单点定位. .观测值的线性组合观测值的线性组合主要内容主要内容,12n mLLnm5.6 5.6 观测值的线性组合观测值的线性组合v组合观测值是虚拟观测值组合观测值是虚拟观测值 5.6.1 5.6.1 概述概述v 组合观测值的一般形式组合观测值的一般形式v组合观测值具有某些不同于原始观测值特性组合观测值具有某些不同于原始观测值特性2111L1L11L1101)()()(cm0 .19MHz42.1575154LLLionionLionLLfAcfAfcfAff2222L2L22L

2、2202)()()(cm4 .24MHz60.1227120LLLionionLionLLfAcfAfcfAffv 组合观测值的一般特性电磁波的一般特性组合观测值的一般特性电磁波的一般特性1()SRiontropioncfcftft fctctNAf ；,121212()()()n mLLLLLLnmnt fmt ftn fm f ,1112221212121211()()11()()() ()()()()Sn mRionLtropLLSRionLtropLLSRLLionLionLtropLLLLnctctmctctnmctctnmnmn Nm N v一般表达式一般表达式,12n mLLfn

3、 fm f,n mn mcf,12n mLLNn Nm Nv频率特性频率特性v波长特性波长特性 v整周未知数特性整周未知数特性 v电离层延迟特性电离层延迟特性,12211212()()()()()ionn mionLionLLLLLLLnmn fm fAAnmAffff ,21,.1212()()ionn mLLionn mn mLLLLn fm fAtfffn fm f ,()()tropn mtropnm22 1 2,()n mnm,n mn mn mv对流层延迟特性对流层延迟特性v误差特性误差特性 v宽巷组合观测值（宽巷组合观测值（wide-lanewide-lane）(n=1, m=-

4、1)(n=1, m=-1)5.6.2 几种特殊的组合观测值12wide laneLL12347.82MHzwide laneLLfff86.19cmwide-lanewide lanecf12wide laneLLNNN21121212LLwide laneLLLLLffAAtffffff 86.192121.9wide lanecmcmv窄巷组合观测值（窄巷组合观测值（narrow-lanenarrow-lane）(n=1, m=1)(n=1, m=1)12narrow laneLL122803.02MHznarrow laneLLfff10.70cmnarrow-lanenarrow la

5、necf12narrow laneLLNNN21121212LLnarrow laneLLLLLffAAtffffff 10.70215.1narrow lanecmcmv无电离层影响组合观测值（无电离层影响组合观测值（ionoiono-free-free）21121222221212122.545731.98368LLLionofreeLLLLLLfffffff2112212222121221121212222212120LLLLLLLionofreeLLLLLLLLLfffffffffAtfffffffffff 5.7 5.7 单点定位单点定位5.7.1单点定位概述v定义：仅单独利用一台接

6、收机确定待定点在地固坐标系中的绝对位置的方法v定位结果与所用星历同属一坐标系的绝对坐标采用广播星历时属WGS-84采用IGS International GPS Service精密星历时为ITRF International Terrestrial Reference Framesv特点优点：一台接收机单独定位，作业方法简单缺点：定位精度低v应用领域低精度导航资源普查军事.若在某历元同时观测了n颗卫星，则误差方程及其解为v 误差方程对于卫星i，误差方程为0( )() ()SRiiiitiiiion itrop itVldX mdY ndZ cVcVVV 5.7.2 伪距单点定位11110 11

7、111()()()SRtiontroptVl dXm dYn dZc Vc VVV 2222022222()()()SRtiontroptVl dXm dYn dZc Vc VVV 0()()()SRnnnntnnnionntropntVl dXm dYn dZc Vc VVV VBxl1111222211.1RtnnnndXVlmndYVlmndZcVVlmnVBx；11110 12222020()()()()()().()()()SSSiontroptiontroptnnionntropnntc VVVc VVVc VVV l1120()()4nTTTT0V VxB BB lQB BDQ；

8、v 用矩阵形式表示： DOP DOP Dilution of PrecisionDilution of Precisionv TDOP Time Dilution of Precisionv VDOP Vertical Dilution of Precisionv HDOP Horizontal Dilution of Precisionv PDOP Position Dilution of PrecisionvGDOP Geometry Dilution of PrecisionUUEENNttZZYYXXttZZYYXXtttZtYtXZtZZZYZXYtYZYYYXXtXZXYXXqVD

9、OPqqHDOPqTDOPqqqPDOPqqqqGDOPqqqqqqqqqqqqqqqqQ22222rtzyxmcmmmGDOP222zyxmmmPDOP0( )( ) ( )SRiiiitiiiiio n itro p itV ld X md Y nd Z cV NcVVV 5.7.3载波相位单点定位v 误差方程 对于卫星i，误差方程为 若在k个历元里每历元均观测了n颗相同的卫星，则误差方程1111110 11111( )() ()SRtiontroptVldX mdY ndZ cVNcVVV 10( )( ) ()SRnnnntnnnnion ntrop ntVldX mdY ndZ cV

10、NcVVV 111121011111( )( )( )SRnnnntnnnio n ntro p ntVl d X md Y n d Z cV NcVVV 222220 22222( )( )()SRnnnntnnnnio n ntro p ntVl d X md Y nd Z cVNcVVV 02( )( ) ( )SRknknknknt knknnknio n kntro p kntVl d X md Y nd Z cVNcVVV .；用矩阵形式表示：TnktttknknknnnnnnnnnnknNNNVcVcVcdZdYdXnmlnmlnmlnmlnmlnmlVVVRRR.001.00.

11、000.10.0.00.10.000.01.0.00.010.00.01.212122211122211121xBVlBxVnkknVVVcVVVcVVVcVVVcVVVcVVVcknkntropknionkntknnntropnionntnnntropnionntnnntropnionntntropionttropiontSSSSSS3)()(;)()()(.)()()(.)()()()()()(.)()()()()()(201102022221011110202222101111VVQDBBQlBBBxlT0TTT；解为：误差及应对方法误差及应对方法v 卫星星历精密星历v 卫星钟差精密星历

12、、地面跟踪v 电离层延迟双频改正v 对流层延迟模型改正v PPP Precision Point Positioning5.8.1 概述v 定义：确定进行同步观测的接收机之间相对位置 的定位方法，称为相对定位。v 定位结果与所用星历同属一坐标系的基线 向量（坐标差）5.8 5.8 相对定位相对定位v 采用广播星历时属WGS-84v 采用IGS International GPS Service精密星 历时为ITRF International Terrestrial Reference Frames v 特点 优点：精度高 缺点：多台接收共同作业，作 业复杂v 应用领域 高精度测量定位 .5.

13、8.2 观测方程0( )()()SRkkkkkkkkkkiiiiiiiiitiion itrop itvl dX mdY ndZ NcVcVVV 0( )()()SRkkkkkkkkkkjjjjjjjjjtjion jtrop jtvl dXmdY ndZNcVcVVV,()().kkkkkkkkkkjjiijijii ji jvvvvv则：5.8.3 各种误差对相对定位结果的影响11104DD其中：为站星距离；为轨道误差在站星径向上的投影；D为基线长度误差。v 卫星轨道误差D 为基线长度；v 卫星钟差v 大气折射误差v 接收机钟差v 接收机天线相位中心偏差和变化v 静态定位5.8.4 相对定

14、位的类型Go and Stop快速确定整周未知数1.普通静态定位2.快速静态定位v 动态定位1. 动态定位中整周未知数的确定.实时动态定位静态初始化动态初始化（OTF）单基准站RTK多基准站RTK（网络RTK）v什么是GPS动态定位5.8.5 动态定位GPS动态定位（测量），是利用GPS信号，测定相对于地球运动的用户天线的状态参数，这些状态参数包括三维坐标、三维速度和时间等七个。导航，是测得运动载体的状态参数，并导引运动载体准确的运动到预定的后续位置。vGPS动态定位的应用导航 探险、车辆、船舶、航空器等跟踪、监控与调度 车辆、船舶、航空器等制导 武器制导、自动驾驶等定轨 卫星、航天器等姿态确

15、定 卫星、航天器、航空器等测量 放样、监测等单点动态定位、相对动态定位和差分动态定位实时动态定位与后处理动态定位伪距动态定位与载波相位动态定位v GPS动态定位的类型v GPS动态定位的应用v GPS动态定位的应用v GPS动态定位的应用v GPS动态定位的应用v GPS动态定位的应用5.9 5.9 差分差分GPSGPS5.9.1 概述vGPS绝对定位的精度v差分GPS（DGPS Differential GPS）利用设置在坐标已知的点（基准站）上测定GPS测量定位误差，用以提高在一定范围内其它GPS接收机（流动站）测量定位精度的方法5.9.2 差分GPS原理v影响单点（绝对）定位精度的主要误

16、差 卫星轨道误差卫星钟差大气延迟对流层延迟对流层延迟 多路径效应v差分GPS的基本原理利用基准站测定具有空间相关性的误差或其对测量定位结果的影响，供流动站改正其观测值或定位结果v误差的空间相关性以上各类误差中除多路径效应均具有较强的空间相关性5.9.3 差分GPS的分类v根据时效性实时差分事后差分v根据观测值类型伪距差分载波相位差分v根据差分改正数位置差分（坐标差分）距离差分v根据工作原理和差分模型局域差分（LADGPS Local Area DGPS）单基准站差分多基准站差分广域差分（WADGPS Wide Area DGPS）RTKRTK技术技术vRTK Real Time Kinamet

17、icv系统构成 参考站 流动站 数据链v应用位置差分距离差分 单基准站局域差分单基准站局域差分()( )iidVV ttV ttdt V为距离改正数；dVdt为距离改正数的变率。v 特点优点：结构、模型简单缺点：差分范围小，精度随距基准站距离的增加而下降，可靠性低v 结构：基准站（一个）数据通讯链和用户 v 数学模型多基准站局域差分多基准站局域差分v 结构：基准站（多个）数据通讯链和用户v 数学模型 加权平均 偏导数法 最小方差法v 特点 优点：差分精度高、可靠性高，差分范围增大 缺点：差分范围仍然有限，模型不完善广域差分广域差分v数学模型：对各类误差加以分离，建立各自的改 正模型v 结构：基准站（多个）数据通讯链和用户v特点优点：差分精度高、差分精度与距离无关、差 分范围大缺点：系统结构复杂、建设费用高差分差分GPSGPS的新进展的新进展WAASv 增强型系统 LAAS Local Area Augmentation System WAAS Wide Area Augmentation SystemVRS Virtual Reference Station