GPS原理及其应用-18-第5章.ppt

1、 武汉大学武汉大学 测绘学院测绘学院 GPSGPS原理及其应用课程组原理及其应用课程组1GPS原理及其应用原理及其应用GPS原理及其应用原理及其应用2/19第五章第五章 距离测量与距离测量与GPS定位定位5.7 单点定位单点定位GPS原理及其应用原理及其应用3/19GPS测量定位方法分类测量定位方法分类 定位模式定位模式 绝对定位（单点定位）绝对定位（单点定位） 相对定位相对定位 差分定位差分定位 定位时接收机天线的运动状态定位时接收机天线的运动状态 静态定位天线相对于地固坐标系静止静态定位天线相对于地固坐标系静止 动态定位天线相对于地固坐标系运动动态定位天线相对于地固坐标系运动 获得定位结果

2、的时效获得定位结果的时效 事后定位事后定位 实时定位实时定位 观测值类型观测值类型 伪距测量伪距测量 载波相位测量载波相位测量距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 GPS测量定位方法分类测量定位方法分类GPS原理及其应用原理及其应用4/19单点定位简介单点定位简介 定义定义 单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法置的方法 也称绝对定位也称绝对定位 定位结果与所用星历同属一坐标系的绝对坐标定位结果与所用星历同属一坐标系的绝对坐标 采用广播星历时属采用广播星历时属WGS-84 采用采用IGS Internationa

3、l GPS Service精密星历时为精密星历时为ITRF International Terrestrial Reference Frames距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 单点定位简介单点定位简介GPS原理及其应用原理及其应用5/19单点定位的特点及应用领域单点定位的特点及应用领域 特点特点 优点：一台接收机单独定位，观测简单，可瞬优点：一台接收机单独定位，观测简单，可瞬时定位时定位, 数据处理简单数据处理简单 缺点：精度主要受系统性偏差的影响，定位精缺点：精度主要受系统性偏差的影响，定位精度低度低 应用领域应用领域 低精度导航、资源普查、军事、低精度导航、资源普查、

4、军事、.GPS原理及其应用原理及其应用6/19伪距单点定位的误差方程伪距单点定位的误差方程 对于卫星对于卫星i，在某一个历元的误差方程为，在某一个历元的误差方程为itropiionitiitiiiiVVVcVcdZndYmdXlVSR)()()(0距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 伪距单点定位的误差方程伪距单点定位的误差方程000000()()()iiiiiiiiixXyYzZlmn；GPS原理及其应用原理及其应用7/19单点定位有单点定位有4个待定参数，个待定参数，因而至少需因而至少需要同时观测要同时观测4颗以上的卫颗以上的卫星，才能同星，才能同时确定出所时确定出所有的待

5、定参有的待定参数。数。伪距单点定位的误差方程伪距单点定位的误差方程 对在某历元同时观测的对在某历元同时观测的n颗卫星，其误差方颗卫星，其误差方程及位置解为程及位置解为4)()()()()(.)()()()()()(1.11.)()()(.)()()()()()(2011020222210111122211121022222022221111101111nVVVcVVVcVVVccVdZdYdXnmlnmlnmlVVVVVVcVcdZndYmdXlVVVVcVcdZndYmdXlVVVVcVcdZndYmdXlVnntropnionntntropionttropionttnnnnntropnio

6、nntnntnnnntropiontttropionttSSSRSRSRSRVVQDBBQlBBBxlxBVlBxVT0TTT；用矩阵形式表示：距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 伪距单点定位的误差方程伪距单点定位的误差方程GPS原理及其应用原理及其应用8/19DOP值值DOP（Dilution of Precision） GDOP Geometry Dilution of Precision PDOP Position Dilution of Precision TDOP Time Dilution of Precision HDOP Horizontal Dilution

7、 of Precision VDOP Vertical Dilution of Precision,XXXYXZXtYXYYYZYtZXZYZZZttXtYtZttXXYYZZttXXYYZZttNNEEUUqqqqqqqqqqqqqqqqGDOPqqqqPDOPqqqTDOPqHDOPqqVDOPqN E UQ其中：为站心地平坐标系下的坐标分量。DOP值的定义值的定义距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 DOP值值GPS原理及其应用原理及其应用9/19K空间直角坐标系与站心地平坐标系的微分转换式为：空间直角坐标系与站心地平坐标系的微分转换式为：TXYZNEUKKQQUUUEU

8、NEUEEENNUNENNqqqqqqqqq0000NNNEEEVUUHNNEEmqmqmqmqq9ZYXBLBLBBLBLBLBUENdddsinsincoscoscos0cossincossinsincossinddd000sincos0sincossinsincos()coscoscossinsinNLLXXEBLBLBYYUBLBLBZZ GPS原理及其应用原理及其应用10/19DOP值值 DOP值与定位精度值与定位精度 DOP值的性质值的性质 DOP值与单点定位时所观测卫星的数量与分布值与单点定位时所观测卫星的数量与分布有关，它所表示的是定位的几何条件有关，它所表示的是定位的几何条件

9、 DOP值越小，定位的几何条件越好值越小，定位的几何条件越好距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 DOP值值posposmUERE PDOPmUERE其中：为位置中误差，为用户等效距离误差。GPS原理及其应用原理及其应用11/19GPS原理及其应用原理及其应用12/19卫星数对卫星数对DOP值的影响值的影响GPS原理及其应用原理及其应用13/19DOP值值距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 DOP值值1-sigma 误差，单位 m 误差来源 偏差 随机误差 总误差 星历数据 2 .1 0.0 2.1 卫星钟 2.0 0.7 2.1 电离层 4.0 0.5 4.

10、0 对流层 0.5 0.5 0.7 多路径 1.0 1.0 1.4 接收机观测 0.5 0.2 0.5 用户等效距离误差(UERE), rms 5.1 1.4 5.3 滤波后的 UERE，rms 5.1 0.4 5.1 1-sigma 垂直误差VDOP = 2.5 12.8 1-sigma 水平误差HDOP = 2.0 10.2 SPS 误差模型 无 SA GPS原理及其应用原理及其应用14/19DOP值值距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 DOP值值1-sigma 误差，单位 m 误差来源 偏差 随机误差 总误差 星历数据 2 .1 0.0 2.1 卫星钟 2.0 0.7

11、2.1 电离层 1.0 0.7 1.2 对流层 0.5 0.5 0.7 多路径 1.0 1.0 1.4 接收机观测 0.5 0.2 0.5 用户等效距离误差(UERE), rms 3.3 1.5 3.6 滤波后的 UERE，rms 3.3 0.4 3.3 1-sigma 垂直误差VDOP = 2.5 8.3 1-sigma 水平误差HDOP = 2.0 6.6 PPS 误差模型，双频，P/Y 码 GPS原理及其应用原理及其应用15/19精密单点定位精密单点定位 精密单点定位精密单点定位 PPP Precise Point Positioning 特点特点 主要观测值为载波相位主要观测值为载波相

12、位 采用精密的卫星轨道和钟数据采用精密的卫星轨道和钟数据 采用复杂的模型采用复杂的模型 定位精度定位精度 亚分米级亚分米级 用途用途 全球高精度测量全球高精度测量 卫星定轨卫星定轨距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 精密单点定位精密单点定位GPS原理及其应用原理及其应用16/19载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程 对于卫星对于卫星i，误差方程为，误差方程为0()()()SRiiiitiiiiionitrotipiVl dXm dYn dZc VNc VVV 距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差

13、方程必须顾及的各种误差改正，包括：必须顾及的各种误差改正，包括：1.接收机天线相位中心偏移及变化改正；接收机天线相位中心偏移及变化改正；2.卫星天线相位中心偏移及变化改正；卫星天线相位中心偏移及变化改正；3.地球固体潮改正；地球固体潮改正；4.海洋负荷潮改正；海洋负荷潮改正；5.相位回旋改正；相位回旋改正；6.引力延迟改正；引力延迟改正；7.。GPS原理及其应用原理及其应用17/19载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程 若在若在k个历元里每历元均观测了个历元里每历元均观测了n颗相同的卫颗相同的卫星，则误差方程星，则误差方程kntropknionkntnknnktknknknkn

14、ntropnionntnnntnnnnntropnionntnntnnnnntropnionntnnntnnnntropionttVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVVVVcNVcdZndYmdXlVSRSRSRSRSR)()()(.)()()(.)()()()()()(.)()()(202222202222211111012111101111110111111距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程GPS原理及其应用原理及其应用

15、18/19载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程；用矩阵形式表示：TnktttknknknnnnnnnnnnknNNNVcVcVcdZdYdXnmlnmlnmlnmlnmlnmlVVVRRR.001.00.000.10.0.00.10.000.01.0.00.010.00.01.212122211122211121xBVlBxV距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程GPS原理及其应用原理及其应用19/19载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程nkknVVVcVVVcVVVcVVVcVVVcVVVck

16、nkntropknionkntknnntropnionntnnntropnionntnnntropnionntntropionttropiontSSSSSS3)()(;)()()(.)()()(.)()()()()()(.)()()()()()(201102022221011110202222101111VVQDBBQlBBBxlT0TTT；解为：距离测量与距离测量与GPS定位定位 单点定位单点定位 载波相位单点定位的误差方程载波相位单点定位的误差方程假定在假定在n个历元中连续个历元中连续对对k颗卫星进行了观测，颗卫星进行了观测，则通常有则通常有3+k+n个待个待定参数（定参数（3个位置参数、个位置参数、k个整周模糊度参数和个整周模糊度参数和n个接收机钟差参数），个接收机钟差参数），因而，仅采用载波相因而，仅采用载波相位观测值无法实现瞬位观测值无法实现瞬时单点定位。时单点定位。