GPS-6

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资 源 环 境 学 院 地 理 信 息 系
原 理 及 其 应 用
本 科 生 适 用
GPS § 7.1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。 s2 s1 s3 s4 T1 T2
– 采用空基伪卫星 – 采用通讯卫星发送差分改正数
GPS基础 > GPS定位的模式 > 差分GPS的新进展②
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GPS
差分GPS的新进展②
• VRS – Virtual Reference Station
– 作业模型类似RTK – 原理
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资 源 环 • 利用基准站网计算出用户附近某点（虚拟参考站） 境 各项误差改正，再将它们加到利用虚拟参考站坐 学 标和卫星坐标所计算出的距离之上，得出虚拟参 院 考站上的虚拟观测值，将其发送给用户，进行实 地 理 时相对定位。 信 息 – 特点 系 • 精度和可靠性高 • 属网络RTK
7.1相对定位方法概述 7.2静态相对定位的观测方程 7.3动态相对定位的观测方程 7.4静态相对定位的单基线平差模型 7.5整周未知数的确定方法 7.6周跳分析的基本思路
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GPS基础 > GPS定位的模式 > 相对定位①
原 相对定位① 理 及 • 定义 其 – 确定进行同步观测的接收机之间相对位 应 置的定位方法，称为相对定位。 用
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GPS
湖 北 大 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， 学
目前在较小范围内（小于20km），定位精度达1-2cm。 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。
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GPS 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。 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， 并在每一流动站上静止进行观测，确定流动站与基准 站之间的相对位置。通常称为准动态相对定位，在一 些文献中称走走停停（Stop and Go）定位法。
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GPS
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。 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。
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GPS 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10-6-10-7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。
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GPS
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GPS原理及其应用
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GPS相对定位
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• • • • • •
i (t ) ik (t ) i j (t )
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i j (t ) i j (t2 ) i j (t1 )
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在上式中，观测量的一般形式为：
i j (t )
GPS基础 > GPS定位的模式 > 相对定位②
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相对定位②
• 特点
– 优点：定位精度高 – 缺点：
• 多台接收共同作业，作业复 杂 • 数据处理复杂 • 不能直接获取绝对坐标
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相对定位
• 应用
– 高精度测量定位及导航
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GPS § 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：1j(t1)、 1j(t2) 、 1k(t1) 、 1k(t2)、 2j(t1) 、 2j(t2)、 2k(t1)、 2k(t2)。若取符号j(t)、 i(t)和 ij(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 j (t ) 2j (t ) 1j (t )
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GPS
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1040 m。 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。
GPS基础 > GPS定位的模式 > 相对定位③
原 理 及 其 应 用
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GPS
相对定位③
• 相对定位的类型
– 静态定位
• 普通静态定位 • 快速静态定位
– Go and Stop – 快速确定整周未知数
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– 动态定位
• 动态定位中整周未知数的确定
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差分GPS的新进展①
• 增强型系统
– 特点
• 伪卫星技术 • 卫星通讯技术
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– 类型
• LAAS – Local Area Augmentation System
– 采用地基伪卫星
WAAS
• WAAS – Wide Area Augmentation System
距 离 – 根据工作原理和差分模型 改 • 局域差分（LADGPS – Local Area 正 DGPS）
– 单基准站差分 – 多基准站差分
位置差分
• 位置差分（坐标差分） • 距离差分
• 广域差分（WADGPS – Wide Area DGPS）
距离差分
GPS基础 > GPS定位的模式 > 差分GPS的新进展①
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– 差分GPS的基本原理
• 利用基准站（设在坐标精确已知的点上）测定具有空间相 关性的误差或其对测量定位结果的影响，供流动站改正其 观测值或定位结果
– 差分改正数的类型
• 距离改正数：利用基准站坐标和卫星星历可计算出站星间 的计算距离，计算距离减去观测距离即为距离改正数。 • 位置（坐标改正数）改正数：基准站上的接收机对GPS卫 星进行观测，确定出测站的观测坐标，测站的已知坐标与 观测坐标之差即为位置的改正数。
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GPS基础 > GPS定位的模式 > 差分定位②
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差分定位②
• 差分GPS的基本原理
– 利用误差的空间相关性
• 以上各类误差中除多路径效应均具有较强的空间相关性， 从而定位结果也有一定的空间相关性。
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GPS基础 > GPS定位的模式 > 差分定位①
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差分定位①
• 差分定位/差分GPS（DGPS – Differential GPS）