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GPS技术与应用 GPS定位技术与方法第六章 相对定位原理 GPS相对定位 利用GPS进行绝对定位时，定位精度受卫星轨道误差、钟差及信号传播误差等因素影响，尽管其中的一些系统误差，可以通过模型加以消除，但残差仍不可忽视。实践表明，目前静态绝对定位精度为米级，动态绝对定位精度仅为10-40 m。 GPS相对定位也叫差分GPS定位，是目前GPS定位中精度最高的一种，广泛用于大地测量、精密工程测量、地球动力学研究和精密导航。 相对定位方法概述 相对定位是利用两台GPS接收机，分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点在协议地球坐标系中的相对位置或基线向量。相对定位方法一般可推广到多台接收机安置在若干条基线的端点，通过同步观测GPS卫星，以确定多条基线向量。 在两个观测站或多个观测站，同步观测相同卫星的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层的折射误差等，对观测量的影响具有一定的相关性，所以利用这些观测量的不同组合，进行相对定位，便可以有效地消除或减弱上述误差的影响，从而提高相对定位的精度。 相对定位可分为静态和动态两种模式。 1.静态相对定位 安置在基线端点的接收机固定不动，通过连续观测，取得充分的多余观测数据，改善定位精度。 静态相对定位一般均采用载波相位观测值(或测相伪距)为基本观测量，对中等长度的基线(100-500km)，相对定位精度可达10-8-10-9甚至更好。 在载波相位观测的数据处理中，为可靠地确定载波相位整周未知数，静态相对定位一般需要较长的观测时间（1.0-1.5小时），如何缩短观测时间，是研究和关心的热点。缩短静态相对定位的观测时间关键在于快速而可靠地确定整周未知数。 静态相对定位 理论和实践表明，在载波相位观测中，如果整周未知数已经确定，则相对定位精度不会随观测时间的延长而明显提高。 1985年美国的里蒙迪（Remondi, B. W.）发展了一种快速相对定位模式，基本思想是：利用起始基线向量确定初始整周未知数或称初始化，之后，一台接收机在参考点（基准站）上固定不动，并对所有可见卫星进行连续观测；而另一台接收机在其周围的观测站上流动，并在每一流动站上静止进行观测，确定流动站与基准站之间的相对位置。通常称为准动态相对定位，在一些文献中称走走停停（Stop and Go）定位法。 准动态相对定位的主要缺点：接收机在移动过程中必须保持对观测卫星的连续跟踪。 静态相对定位 在高精度静态相对定位中，当仅有两台接收机时，一般应考虑将单独测定的基线向量联结成向量网（三角网或导线网），以增强几何强度，改善定位精度。当有多台接收机时，应采用网定位方式，可检核和控制多种误差对观测量的影响，明显提高定位精度。 2.动态相对定位 用一台接收机安置在基准站上固定不动，另一台接收机安置在运动载体上，两台接收机同步观测相同卫星，以确定运动点相对基准站的实时位置。 动态相对定位根据采用的观测量不同，分为以测码伪距为观测量的动态相对定位和以测相伪距为观测量的动态相对定位。 测码伪距动态相对定位，目前实时定位精度为米级。以相对定位原理为基础的实时差分GPS可有效减弱卫星轨道误差、钟差、大气折射误差以及SA政策影响，定位精度远远高于测码伪距动态绝对定位。 动态相对定位 测相伪距动态相对定位是以预先初始化或动态解算载波相位整周未知数为基础的一种高精度动态相对定位法，目前在较小范围内（小于20km），定位精度达1-2cm。 动态相对定位中，根据数据处理方式不同，可分为实时处理和后处理。 数据的实时处理要求在观测过程中实时地获得定位结果，无需存储观测数据，但在流动站和基准站之间必须实时地传输观测数据或观测量的修正数据，这种处理方式对运动目标的导航、监测和管理具有重要意义。 数据的后处理要求在观测过程结束后，通过数据处理而获得定位结果。该处理方式可以对观测数据进行详细分析，易于发现粗差，不需要实时传输数据，但需要存储观测数据。后处理方式主要应用于基线较长，不需实时获得定位结果的测量工作。 静态相对定位观测方程 1.基本观测量及其线性组合 假设安置在基线端点的接收机Ti(i=1,2)，对GPS卫星sj和sk，于历元t1和t2进行了同步观测，可以得到如下的载波相位观测量：?1j(t1)、 ?1j(t2) 、 ?1k(t1) 、 ? 1k(t2)、 ?2j(t1) 、 ? 2j(t2)、 ? 2k(t1)、 ?2k(t2)。若取符号??j(t)、??i(t)和??ij(t)分别表示不同接收机之间、不同卫星之间和不同观测历元之间的观测量之差，则有 静态相对定位观测方程 在上式中，观测量的一般形式为： 目前普遍采用的差分组合形式有三种： ?单差（Single-Difference——SD）:在不同观测