GPS差分定位基本原理详解.ppt

1、GPS差分定位基本原理详解差分GPS定位方法根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送。用户不但接收GPS信号，同时也接收基准站的改正数，并对其定位结果进行改正，以提高定位精度。分为单基站差分、多基准站的局部区域差分和广域差分.差分定位基本原理tropionijRijRiddtc基准站tropionijRijRiddtcPP误差误差PjMij修正移动目标tropionijMijMiddtc修正量.SA关闭前后关闭前后GPS绝对定位精度的变化绝对定位精度的变化.。通常大于等效距离误差定位精度1PDOPPDOPPDOP：Position Dilutio

2、n of Precision,位置精度衰减因子.位置差分位置差分距离差分距离差分距距离离改改正正坐坐标标改改正正.用户接收到坐标改正数对其计算得到的坐标进行改正。经过坐标改正后的用户坐标已经消去了基准站与用户的共同误差，如星历误差、大气折射误差、卫星误差，提高精度。位置差分GPS是一种最简单的差分方法。安置在已知精确坐标基准站GPS接收机，利用数据链将坐标改正数发送给用户。.伪距差分时目前应用最为广泛的一种差分定位技术。通过在基准站上利用已知坐标求出站星的距离，并将其与含有误差的测量距离比较，并将测距误差传输给用户，用户用此来对测距进行相应改正。但伪距差分很大程度上依赖两站距离，随着距离增加，

3、其公共误差减弱，如对流层、电离层，因此应考虑距离因素。.的变率。为距离改正数为距离改正数；dtdVVtdtdVtVttVii)()(基准基准站站数据通数据通讯链讯链流动站流动站（用户）（用户）.多基准站差分系统结构多基准站差分系统结构.设已知基准站的精密坐标(x0,y0,z0)，可求坐标改正数：用数据链发送出去，用户接收机接收后改正：.顾及用户位置改正的瞬时变化，可得：用户坐标中消去了基准站与用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、SA影响、大气影响等。优点：计算简单，适用各种GPS接收机。缺点：要求观测同一组卫星，近距离可做到，距离较长很难满足。位置差分只适用于基准站与用户站相距100km以内的

4、情况。.伪距差分是目前用途最广的一种差分技术。几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。已知基准站精密坐标和用星历计算得到的某一时刻的卫星坐标，可计算卫星到基准站的真实距离：根据测量值可得伪距改正数及变化率：用户的改正伪距即为：利用改正的伪距按观测方程计算用户坐标.基准站计算中心用户设备导航卫星通信链路.下滑高度保持进场下滑阶段拉平阶段拉平下滑捕捉进入固定下降速度方式23度飞机的降落过程示意图.GPS接收机差分数据接收机GPS接收机数据处理计算机数据处理计算机差分数据发射机航向下滑距离送往仪表机载设备地面设备.bavtvttttNtbaab)()()(其中：)(Fr)(Int)(0周跳周跳

5、T Int()t0N0NInt()t.周跳周跳T 周跳将使周跳发生后的周跳将使周跳发生后的所有观测值包含相同的所有观测值包含相同的整周计数错误整周计数错误.周跳的出现和处理是载波相位测量中的重要周跳的出现和处理是载波相位测量中的重要问题，整周跳变的探测与修复常用的方法有问题，整周跳变的探测与修复常用的方法有下列几种方法：下列几种方法：1 1、屏幕扫描法（也就是手工编辑）、屏幕扫描法（也就是手工编辑）2 2、卫星间求差法卫星间求差法3 3、多项式拟合法多项式拟合法4 4、根据平差后的残差发现和修复整周跳变、根据平差后的残差发现和修复整周跳变.2211LLLL.。周为载波相位观测值的影响则接收机钟

6、对相邻历元）（对于秒，接收机采样间隔为设接收机钟的稳定度为)(36.21057542.11510,1057542.1115109109110HzfLL.10911095 101511.57542 10,5 1015 1.57542 1011.8()LLfHz设接收机钟的稳定度为，接收机采样间隔为秒，对于（）则接收机钟对相邻历元载波相位观测值的影响为周。.残差（周）时间 （周）0.00 100.002-100.00 SV12-SV15 载波相位双差观测值的残差图载波相位双差观测值的残差图.在载波相位观测量为根据的精密定位中，初始整周模糊度的确定是定位的一个关键问题。只要整周模糊度确定了，只要同步

7、观测4颗卫星，利用一个历元也可定位。因此在载波相位测量中，如果能预先求解出整周模糊度，就可使观测时段大大缩短。经典方法可能需要几个小时，而快速方法可能只需要几分钟。经平差计算，求得的整周模糊度解为实数解，可实际整周数为整数，需要处理。.N0Fr0N0Int()iFrit0ti.确定整周未知数确定整周未知数N N0 0是载波相位测量的一项重是载波相位测量的一项重要工作，常用的方法有下列几种：要工作，常用的方法有下列几种：1 1、伪距法、伪距法2 2、经典方法将整周未知数作为待定参数求、经典方法将整周未知数作为待定参数求解解3 3、多普勒法（三差法）、多普勒法（三差法）4 4、快速确定整周未知数法

8、、快速确定整周未知数法.1 1、伪距法、伪距法伪距法是在进行载波相位测量的同时又进伪距法是在进行载波相位测量的同时又进行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值（化为以距离为单位位测量的实际观测值（化为以距离为单位）后即可得到）后即可得到N N0 0。但由于伪距测量的但由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的观测值取平均精度较低，所以要有较多的观测值取平均值后才能获得正确的整波段数。值后才能获得正确的整波段数。.2 2、经典方法、经典方法把整周未知数当作平差计算中的待定参数来加把整周未知数当作平差计算中的待定参数来加以估计和确定。分两种方法：以估计

9、和确定。分两种方法：（1 1）整数解）整数解 由于误差影响，解得得整周未知数往往不是一由于误差影响，解得得整周未知数往往不是一个整数，然后将其固定为整数，并重新进行平个整数，然后将其固定为整数，并重新进行平差计算。也称为固定解（差计算。也称为固定解（fixed solutionfixed solution）（2 2）实数解）实数解当误差消除得不够完全时，整周未知数无法估当误差消除得不够完全时，整周未知数无法估计很准确，此时直接将实数解作为最后解。也计很准确，此时直接将实数解作为最后解。也称为浮点解（称为浮点解（floating solutionfloating solution）.3 3、多普

10、勒法（三差法）、多普勒法（三差法）由于连续跟踪的所有载波相位测量观测值由于连续跟踪的所有载波相位测量观测值中均含有相同的整周未知数，所以将相邻中均含有相同的整周未知数，所以将相邻两个观测历元的载波相位相减，就将该未两个观测历元的载波相位相减，就将该未知数消去，从而直接接触坐标参数，这就知数消去，从而直接接触坐标参数，这就是多普勒法。是多普勒法。由于三差法可以消除许多误差，所以使用由于三差法可以消除许多误差，所以使用较广泛。较广泛。.4 4、快速确定整周位置数法、快速确定整周位置数法19901990年年E.FreiE.Frei和和G.BeutlerG.Beutler提出了快速模提出了快速模糊度（

11、即整周未知数）解算法进行快速定糊度（即整周未知数）解算法进行快速定位的方法。采用这种方法进行短基线定位位的方法。采用这种方法进行短基线定位时，利用双频接收机只需观测一分钟便能时，利用双频接收机只需观测一分钟便能成功的确定整周未知数。成功的确定整周未知数。.lkjiNlkjiNlkjiNlkniNlkniNlkiNlkniNlkiNlkiNlkiNlkiNlkniNlkiNlkiNlkiNlkiNlkiNCNNCCNNCXXXXXXXXXXXXXXXXXNCTqmqqqqqqqXXunPVVm,1,1,1,1,2,2,1,2,1,1,2,1,1,1,02000.;)/(；为整周未知数参数。为坐标参数；NNNNCCNNCCXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXNCQQDDDDDDQQQQQXXX.1minNNTNNNNXXXXXXXXNNQ为求得的实数整周模糊度解。为备选的一组整数整周模糊度。满足即为最优的整数模糊度组合。.参考站0秒200秒出发整周未知数被确定瞬间正向推算逆向求解.)(.)()()(.)()()(.)()()(.)()()(212121212ntntntntttttttttttttvvvVlllLbbbBaaaALNXBAV.41)1(3)1(jjtjttjnnnnnnn即.