09、GPS相对定位原理 GPS课件.pptVIP

第九讲 GPS相对定位原理 一：静态相对定位 用两台接接收机分别安置在基线的两个端点，其位置静止不动，同步观测相同的4颗以上卫星，确定两个端点在协议地球坐标系中的相对位置，这就叫做静态相对定位。 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10-6-10-7甚至更好，静态相对定位是目前GPS精度最高的定位方式。 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。 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。 卫星 由于当距离不太远的两个测站同步观测相同卫星时GPS的各种观测误差具有较强的相关性，所以一种简单而有效的消除或减弱误差的方法就是将GPS的各种观测量进行不同的线形组合。然后作为相对定位的相关观测量。 优点： ?消除或减弱一些具有系统性误差的影响，如卫星轨道误差、钟差和大气折射误差等。 ?减少平差计算中未知数的个数。 1 静态相对定位的观测方程 （1）基本观测量及其线性组合 目前普遍采用的差分组合形式有三种： ?单差（Single-Difference——SD）:在不同观测站，同步观测相同卫星所得观测量之差。 ?双差（Double-Difference——DD）：在不同观测站，同步观测同一组卫星，所得单差之差。 ?三差（Triple-Difference——TD）：于不同历元，同步观测同一组卫星，所得观测量的双差之差。 经过单差：卫星钟差的影响已经消除，这是单差模型的优点。两观测站接收机的相对钟差，对同一历元两站接收机同步观测量所有单差的影响均为常量。而卫星轨道误差和大气折射误差，对两站同步观测结果的影响具有相关性，其对单差的影响明显减弱。 如果对流层对独立观测量的影响已经根据实测大气资料利用模型进行了修正；而电离层的影响也利用模型或双频技术进行了修正，则载波相位观测方程中相应项，只是表示修正后的残差对相位观测量的影响。这些残差的影响，在组成单差时会进一步减弱。 单差还表明，必要的历元数只与所测的卫星数有关，与观测站的数量无关。 双差观测的必要历元数只与同步观测的卫星数有关，与观测站的数量无关。 双差模型的优点是消除了接收机钟差的影响。 双差观测方程的缺点是可能组成的双差观测方程数将进一步减少。 三差模型的优点是消除了整周未知数的影响。 注意：由于三差模型使观测方程数目明显减少，对未知参数的解算可能产生不利影响。一般认为，实际定位工作中，采用双差模型较为适宜。 载波相位原始观测量的不同线性组合，都可作为相对定位的相关观测量，缺点： ?原始独立观测量通过求差将引起差分量之间的相关性。 ?平差计算中，差分法将使观测方程数明显减少。 ?在一个时间段的观测中，为了组成观测量的差分，通常应选择一个参考观测站和一颗参考卫星。如果某一历元，对参考站或参考卫星的观测量无法采用，将使观测量的差分产生困难。参加观测的接收机数量越多，情况越复杂，此时将不可避免地损失一些观测数据。 因此，应用原始观测量的非差分模型，进行高精度定位研究，也日益受到重视。 2 载波相位差分原理 2.1 改正法 与伪距差分相同，基准站将载波相位的改正量发送给用户站，以对用户站的载波相位进行改正实现定位。 在载波相位测量中，卫星到测站点之间的相位差值主要由三部分组成： （1） 将上式乘以载波波长，则卫星至测站点之间的距离 （2） 在基准站，利用已知坐标和卫星星历可求得基准站到卫星之间的真实距离,从而在基准站求出的伪距改正数，用户用伪距改正数对伪距观测值进行修正. 2.2 求差法 所谓求差法就是将基准站观测的载波相位观测值实时地发送给用户观测站，在用户站对载波相位观测值求差，获得诸如静态相对定位的单差、双差和三差解算模型。定位程序为： （1）用户站在保持不动的情况下，静态观测若干历元，并将基准站上的观测数据通过数据链传送给用户站，按静态相对定位法求出整周未知数，这一过程称为初始化阶段。 （2）将求出的整周未知数代入双差模型，此时双差只包括三个坐标增量，只要