Southwest Jiaotong University 卫星定位技术与方法 第八讲 袁林果 Email:Igyuan@home.switu.edu.cn 西南交通大学土木工程学院测量工程系 第七章GPS相对定位原理 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- 些系统误差,可以通过模型加以消除,但残差仍不 忽视。实践表明,目前静态绝对定位精度为米级 态绝对定位精度仅为10-40m。 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。 卫星定位技术与方法 2005-4-15(2
1 卫星定位技术与方法 第八讲 袁林果 Email: lgyuan@home.swjtu.edu.cn 西南交通大学土木工程学院测量工程系 卫星定位技术与方法 2005-4-15 2 第七章 GPS相对定位原理 ¾ 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。 ¾ 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
点片 参考站 電卫星定位技术与方法 20054-15(3 §71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。 卫星定位技术与方法 20054-15(4
2 卫星定位技术与方法 2005-4-15 3 参考站 . 卫星定位技术与方法 2005-4-15 4 ¾ 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。 ¾ 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。 ¾ 相对定位可分为静态和动态两种模式。 § 7.1相对定位方法概述
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108-10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。 卫星定位技术与方法 20054-15(5 >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 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 卫台接收机在其周围的观测站上流动
3 卫星定位技术与方法 2005-4-15 5 ¾ 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。 ¾ 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。 ¾ 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。 1.静态相对定位 卫星定位技术与方法 2005-4-15 6 ¾ 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。 ¾ 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 流动站上静止进行观测 确定
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 電卫星定位技术与方法 20054-15(7 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。 卫星定位技术与方法 2005-4-15(8
4 卫星定位技术与方法 2005-4-15 7 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 卫星定位技术与方法 2005-4-15 8 2.动态相对定位 ¾ 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。 ¾ 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。 ¾ 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
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 擎愿知数为基础的、种高精度动态相对定位法,目前在较 小范围内(小于20km) 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 流动站和 测数据或观 种处理方式对 航、监测和管理 楚绪处锼爨蟲隽饗嚮被皴剡晸撫選涪洚攝棼鞲而棼 数据,但需要存储观测数据。后 处理方式主要 较长,不需实时获得定位结果的测 由于建立和维持一个数据实时传输系统(包括无线电信号的 非必须获得实时定位结果外,均采用观测数据的测后处理方 卫星定位技术与方法 20054-15(9 §7.2静态相对定位的观测方程 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T(i=1,2),对GPS卫星s和 sk,于历元t;和t2进行了同步观测,可以得到如下的载波 相位观测量:q(t)、φ(t)、φt1)、φ1k(t2)、 ql(t1)、φ(t2)、φ2(t1)、q2(t2)。若取符号△pl(t Vq?(t)和δq(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 △q(1)=q2(1)-q(t) Vq(t)=q(1)-q?(t) p!(t)=q(t2)-g/(t1) 卫星定位技术与方法 20054-15(10 5
5 卫星定位技术与方法 2005-4-15 9 ¾ 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。 ¾ 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。 ¾ 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。 ¾ 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。 ¾ 由于建立和维持一个数据实时传输系统（包括无线电信号的 发射和接收设备），不仅技术复杂，而且花费较大，一般除 非必须获得实时定位结果外，均采用观测数据的测后处理方 式。 卫星定位技术与方法 2005-4-15 10 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：ϕ1 j (t1)、 ϕ1 j (t2) 、 ϕ1 k(t1) 、 ϕ 1 k(t2)、 ϕ2 j (t1) 、 ϕ 2 j (t2)、 ϕ 2 k(t1)、 ϕ2 k(t2)。若取符号∆ϕj (t)、 ∇ϕi (t)和δϕi j (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 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 1 2 1 t t t t t t t t t j i j i j i j i k i i j j j δϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ = − ∇ = − ∆ = − § 7.2静态相对定位的观测方程