GPS原理及其應用

(十一)第四章距離測量與GPS定位§4.6 單點定位§4.7 相對定位§4.6 單點定位GPS測量定位方法分類定位模式絕對定位（單點定位）相對定位差分定位定位時接收機天線的運動狀態靜態定位－天線相對于地固坐標系靜止動態定位－天線相對于地固坐標系運動獲得定位結果的時效事后定位實時定位觀測值類型偽距測量載波相位測量距離測量與GPS定位>單點定位>GPS測量定位方法分類定位技術名稱精度(m)作用距離(km)響應時間單點定位±10~±20m全球實時局域差分±1.0~±5.0<150實時廣域差分/WAAS±1.0~±5.0<1500/全球實時RTK±0.01~±0.20<15實時VRS±0.01~±0.20<70實時靜態定位±0.001~±0.050.01~10000半小時~24小時已發展的GPS技術指標參數單點定位簡介定義單獨利用一臺接收機確定待定點在地固坐標系中絕對位置的方法定位結果－與所用星歷同屬一坐標系的絕對坐標采用廣播星歷時屬WGS-84采用IGS–InternationalGPSService精密星歷時為ITRF–InternationalTerrestrialReferenceFrames特點優點：一臺接收機單獨定位，觀測簡單，可瞬時定位缺點：精度主要受系統性偏差的影響，定位精度低應用領域低精度導航、資源普查、軍事、...距離測量與GPS定位

>單點定位>單點定位簡介偽距單點定位的誤差方程①對于衛星i，在某一個歷元的誤差方程為距離測量與GPS定位

>單點定位>偽距單點定位的誤差方程單點定位有4個待定參數，因而至少需要同時觀測4顆以上的衛星，才能同時確定出所有的待定參數。偽距單點定位的誤差方程②對在某歷元同時觀測的n顆衛星，其誤差方程及位置解為距離測量與GPS定位

>單點定位>偽距單點定位的誤差方程DOP值①DOP（DilutionofPrecision）GDOP–GeometryDilutionofPrecisionPDOP–PositionDilutionofPrecisionTDOP–TimeDilutionofPrecisionHDOP–HorizontalDilutionofPrecisionVDOP–VerticalDilutionofPrecisionDOP值的定義距離測量與GPS定位

>單點定位>DOP值DOP值②DOP值與定位精度DOP值的性質DOP值與單點定位時，所觀測衛星的數量與分布有關，它所表示的是定位的幾何條件DOP值越小，定位的幾何條件越好距離測量與GPS定位

>單點定位>DOP值DOP值③距離測量與GPS定位

>單點定位>DOP值DOP值④距離測量與GPS定位

>單點定位>DOP值載波相位單點定位的誤差方程①對于衛星i，誤差方程為距離測量與GPS定位>單點定位>載波相位單點定位的誤差方程載波相位單點定位的誤差方程②若在k個歷元里每歷元均觀測了n顆相同的衛星，則誤差方程距離測量與GPS定位>單點定位>載波相位單點定位的誤差方程載波相位單點定位的誤差方程③距離測量與GPS定位>單點定位>載波相位單點定位的誤差方程載波相位單點定位的誤差方程④距離測量與GPS定位>單點定位>載波相位單點定位的誤差方程假定在k個歷元中連續對n顆衛星進行了觀測，則通常有3+k+n個待定參數（3個位置參數、k個整周模糊度參數和n個接收機鐘差參數），因而，僅采用載波相位觀測值無法實現瞬時單點定位。單點定位的誤差源及應對方法衛星星歷精密星歷衛星鐘差精密鐘差、地面跟蹤電離層延遲雙頻改正對流層延遲模型改正距離測量與GPS定位

>單點定位>單點定位的誤差源及應對方法精密單點定位精密單點定位PPP–PrecisePointPositioning特點主要觀測值為載波相位采用精密的衛星軌道和鐘數據采用復雜的模型定位精度亞分米級用途全球高精度測量衛星定軌距離測量與GPS定位

>單點定位>精密單點定位§4.7 相對定位概述①定義確定進行同步觀測的接收機之間相對位置的定位方法，稱為相對定位。定位結果與所用星歷同屬一坐標系的基線向量（坐標差）及其精度信息采用廣播星歷時屬WGS-84采用IGS–InternationalGPSService精密星歷時為ITRF–InternationalTerrestrialReferenceFrame基線向量中含有：2個方位基準（一個水平方法，一個垂直方位）和1個尺度基準，不含有位置基準距離測量與GPS定位

>相對定位>概述概述②特點優點：定位精度高缺點：多臺接收共同作業，作業復雜數據處理復雜不能直接獲取絕對坐標應用高精度測量定位及導航相對定位距離測量與GPS定位

>相對定位>概述相對定位的類型靜態定位普通靜態定位快速靜態定位GoandStop快速確定整周未知數動態定位動態定位中整周未知數的確定靜態初始化動態初始化（OTF）實時動態定位（RTK–RealTimeKinematic）單基準站RTK多基準站RTK（網絡RTK）測量定位原理>相對定位>相對定位的類型快速靜態相對定位模式示意圖基準站觀測基線遷站路線流動站作業方法在測區的中部選擇一個基準站(或參考站)，并安置一臺接收機，連續跟蹤所有可見衛星；另一臺接收機，依次到各點流動設站，靜止觀測數分鐘，如圖所示。在觀測中至少跟蹤4顆衛星，同時流動站與基準站相距不超過15km。定位精度流動站相對基準站的基線中誤差，可達（5～10）mm+1ppm×D特點接收機在流動站之間移動時，不必保持對所測衛星的連續跟蹤，因而可關閉電源以降低能耗。該模式作業速度快，精度高。缺點是，在采用兩臺接收機作業時，直接觀測邊不構成閉合圖形。適用范圍：小范圍的控制測量及其加密；工程測量、邊界測量；地籍測量及碎部測量等。

測量定位原理>相對定位>快速靜態相對定位作業方法在測區選一基準站，在其安置一臺接收機，連續跟蹤所有可見衛星；置另一臺流動的接收機于起始點（如圖中1號點）觀測數分鐘；在保持對所測衛星連續跟蹤的情況下，流動的接收機依次遷到2，3…號流動點各觀測數分鐘。該作業模式要求：作業時必須同時觀測4顆衛星；在觀測過程中，流動接收機對所測衛星信號不能失鎖；一旦發生失鎖現象，應在失鎖后的流動點上，將觀測時間延長至數分鐘；流動點與基準站相距，目前一般應不超過15km。定位精度：中誤差（10～20）mm+1ppm×D。特點：該作業模式效率高。

應用范圍：開闊地區的加密測量；工程定位及碎部測量；剖面測量和路線測量；地籍測量等。準動態相對定位模式示意圖

基準站

12345678910121311測量定位原理>相對定位>準動態相對定位

作業方法：建立一個基準站，并在其上安置一臺接收機，連續跟蹤所有可見衛星；另一臺接收機，安置在運動的載體上(如圖)，在出發點按快速靜態相對定位法，靜止觀測數分鐘，以進行初始化；運動的接收機從出發點開始，在運動過程中按預定的采樣間隔自動觀測。該作業模式要求：至少同步觀測至少4顆衛星，并在運動過程中保持連續跟蹤；同時，運動點與基準站的距離，目前應不超過15km。

定位精度：可達(1-2)cm+1ppm×D.特點:速度快，精度高，連續實時定位。

應用范圍：精密測定載體的運動軌跡；道路中心測量；航道測量；開闊地區剖面測量和水文測量等。動態相對定位模式示意圖基準站

912341178651012測量定位原理>相對定位>動態相對定位觀測方程非差觀測方程單差觀測方程雙差觀測方程距離測量與GPS定位>相對定位>觀測方程各種誤差對相對定位結果的影響衛星軌道誤差–削弱衛星鐘差–消除大氣折射誤差–削弱接收機鐘差–消除接收機天線相位中心偏差和變化–消除距離測量與GPS定位

>相對定位>各種誤差對相對定位結果的影響相對定位的類型靜態定位普通靜態定位快速靜態定位GoandStop快速確定整周未知數動態