测量与卫星定位的基础知识

2．点校正
二、垂直平差
ξ = H - HY
ξ = 高程异常
HY H
ξ
HY H
ξ
HY H
ξ
HY H
ξ
HY H
ξ
地球表面
斜面或曲面
似大地水准面
椭球面
2．点校正
二、垂直平差
ξ = H - Hg
HY H
ξ
HY H HY H
ξ ξ
斜面或曲面
What is Differential GPS? 差分GPS的基本思想是：在坐标为已知的基准站安置GP S接收机，对所有可见的卫星进行连续地观测，可得基准 站的GPS观测量。与此同时，根据基准站的已知坐标和所 测卫星的已知瞬间位置，也可以计算出差分GPS改正信息， 以该值作为修正值发播给移动站的用户。流动站根据修正 值来改正同步观测的相应观测量，进而计算流动站的瞬间 位置。
四颗卫星可以确定一个点坐标。
为什么必须是4 颗星才能定位 ？
用户的三维坐标 (X、Y、Z) 和接收机钟差 (t) 一共四个未 知数，所以需要四个联立方程才能求解。只有跟踪到 4 颗 卫星，才能建立四个联立方程求解。
当接收机捕获到多于4颗星时， 接收机会自动从卫星组中选择 几何分别最合理、信号强度最 好的 4 颗卫星进行定位求解。
误差来源
卫星 信号传播
接收机
轨道误差 钟误差 对流层 电离层 多路径 观测误差 相位中心变化
对距离测量的 影响
1.5～15(m) 1.5～15(m) 1.5～5(m)
卫星钟差
• 定义
• 卫星钟读数与真实的GPS时间之差。
• 特点
• 造成距离测定发生偏差
• 应对方法
• 采用广播星历中的钟差改正参数进行改正 • 使用IGS提供的精密卫星钟差改正数 • 采用相对定位或差分定位
坐标的平移旋转原理
• 至少两个控制点 • 我们使用五个
= GPS 观测值 = 控制点
2．点校正
旋转
2．点校正
平移
2．点校正
比例系数
（水平残差）
• 校正后的结果包含了校正残差. 为了理解我们校正结果的好坏， 我们需要理解这些残差的含义。
• 残差： 校正执行后的
格网平面坐标和GPS 坐标的差值。
一些概念
平面坐标 地理坐标是一种球面坐标。(XYZ)由于地球表面是不可展开的 曲面，也就是说曲面上的各点不能直接表示在平面上，因此 必须运用地图投影的方法，建立地球表面和平面上点的函数 关系，使地球表面上任一点由地理坐标（φ、λ）确定的点， 在平面上必有一个与它相对应的点，平面上任一点的位置可 以用极坐标或直角坐标表示。
。
一些概念
自然坐标 XY
通用坐标 Y值都加500公里 在Y值前，需冠以带号
高斯投影： 六度带公式：中央子午线（L）=6N-3
三度带公式：中央子午线（L）=3N
一些概念
坐标的平移和旋转
X' X X'' P
θ O' O
Y' Y''
Y
x=x’cosθ+y’sinθ+a y=y’cosθ-x’sinθ+b
x, y, z, t
• 卫星充当轨道上运动的已知控制点，观测值 为测站至卫星的 伪距 (由时延值推算得到)
• 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差，所 以要同步观测4颗卫星，解算四个未知数：经 度，纬度，高程，接收机钟差
GPபைடு நூலகம்的优点
• 观测站之间无需通视 • 定位精度高 • 操作简便 • 实时提供三维坐标 • 全天侯作业
测量与卫星定位的基本知识
二 卫星定位的原理和方法
卫星定位的初步构想
地球表面 70% 都是海洋，无法建立永久性静态基准站。 由于地球是一个椭球，表面有曲率存在，普通的无线电 定位无法满足全球定位的需要。
我们可以考虑把基准站搬到太空，即发射通讯卫星，这 些卫星以一定的频率和编码向地球发播信号。为保证信 号按直线传播，且能穿透电离层(中长波信号遇电离层会 被反射)，应选择高频信号。为满足全球覆盖，必须考虑 一定数量的卫星，且按一定的轨道面分布。
电离层折射
一些概念
多路径效应: 在GPS测量中，卫星信号经测站附近的 反射物进入接收机天线，就将和直接来 自卫星的信号产生干涉，从而使观测值 偏离真值，产生所谓的“多路径误差” 。由于多路径的信号传播所引起的干涉 时延效应称为多路径效应。
一些概念
椭球体
为了从数学上定义地球，必须建立一个地球表面的几何模型。 这个模型由地球的形状决定的。它是一个较为接近地球形状的
（水平残差）
残差越小，说明校正的参数越精确--GPS (WGS-84 coordinates)和当地平面坐标之间的相对关系越好。
理想的残差应该小于 20mm，残差将被
均匀的分布在各个校正点之间。
因此，我们最终坐标的最小精度应 该是： 标准RTK 测量的误差加上最大的 校正残差。
2．点校正
二、垂直平差
卫星导航定位系统是以卫星为空间基准点，用户利用 接收设备测定至卫星的距离或多普勒频移等观测量来 确定其位置和速度的系统。卫星导航定位系统主要由 三大部分组成：空间卫星、地面监测网和用户设备。
定位
你的位置是: 37o 23.323’ N 122o 02.162’ W
卫星定位技术是通过GNSS 接收机同时接收 4 颗以上的 GNSS 卫星发出的信号来测定接收机在地球上的位置。
一些概念
高斯——克吕格投影 高斯克吕格投影的中央经线和赤道为互相垂直的直线，其他经线均为凹向并 对称于中央经线的曲线，其他纬线均为以赤道为对称轴的向两极弯曲的曲线 ，经纬线成直角相交。在这个投影上，角度没有变形。中央经线长度比等于1 ，没有长度变形，其余经线长度比均大于1，长度变形为正，距中央经线愈远 变形愈大，最大变形在边缘经线与赤道的交点上；面积变形也是距中央经线 愈远，变形愈大。
几何模型，即椭球体，是由一个椭圆绕着其短轴旋转而成。
一些概念
椭球参数 椭球体名称 年代 长半轴（米）短半轴（米） 扁率
克拉索夫斯基 1940 6378245 6356863 1：298.3 I．U．G．G 1967 6378160 6356775 1：298.25
一些概念
地理坐标 纬度:设椭球面上有一点P（图4-4），通过P点作椭球面的垂 线，称之为过P点的法线。法线与赤道面的交角 经度:过P点的子午面与通过英国格林尼治天文台的子午面所 夹的二面角