GPS差分定位基本原理

合集下载
相关主题
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
正数,所以可到达很高的精度。
*可提供改正数及变化率,所以在未得到改正数的空隙内能继
续精密定位。
*基准站提供所有卫星改正数,用户只需接收4颗卫星信号,
结构可简单。
缺点: *与位置差分相似,伪距差分能将两站公共误差抵消 *但随用户到基准站距离的增加又出现了系统误差,这种误 差用任何差分法都是不能消除的。 *基准站和用户站间距离对伪距差分的精度有决定性影响。 *星历提供的卫星钟与GPS时间不精确同步,卫星实际位置 和计算位置不一致 *两地测量误差始终有无法校正的剩余误差。 结论: *用户站和基准站距离越大,用GPS差分得到的位置精度越 低。 *卫星位置误差与GPS差分误差成正比关系。
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
优点:
*伪距改正是在WGS-84坐标上进行的,得到的是直接改
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。
*伪距差分原理
*差分定位在基准站的支持下,利用差分修正参数改正观测
伪距 *大大消减卫星星历误差、电离层和对流层延迟误差及SA 的影响,提高定位精度。 *实时定位精度可达10~15m,事后处理的定位精度可达3~ 5m
*差分定位需要数据传播路线,用户接收机要有差分数据接
口 *一个基准站的控制距离约在200~300km范围。
域内的有效差分GPS改正电文,再把扩展GPS改正信 号发送出去给用户接收机。
扩展伪距差分(广域差分)
*广域差分GPS的基本思想: *对GPS观测量的误差源加以区分,将每一误差源的数
值通过数据链传输给用户站,改正用户站的GPS定位 误差 *引入电离层模型、对流层模型和卫星星历误差估算(包括 卫星钟差改正) *扩展伪距差分(广域差分)误差集中表现为三方面: *星历误差:扩展差分依赖区域精密定轨确定精密星历取 代广播星历。 *大气时延误差(电离层时延和对流层时延):广域差分 通过建立精密区域大气时延模型,精确计算大气时延量。 改正模型 *卫星钟差误差:广域差分可计算出卫星钟各时刻的精密 钟表值。
PDOP:Position Dilution of Precision ,位置精度衰减因子
*影响绝对定位精度的主要误差
* 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。
* 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
*单基准站局域差分
* 结构
* 数学模型(差分改正数的计算方法)
* 加权平均 * 偏导数法 * 最小方差法
多基准站差分系统结构
* 基准站(多个)、数据通讯链和用户
* 特点
* 优点:差分精度高、可靠性高,差分范围增大 * 缺点:差分范围仍然有限,模型不完善
*多基准站局域差分
*结构 *基准站(多个)、数据通讯链和用户 *数学模型(差分改正数的计算方法) *与普通差分不相同 *普通差分是考虑的是误差的综合影响 *广域差分对各项误差加以分离,建立各自的改正模
*GPS差分定位基本原理
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
*载波相位差分原理
*实时动态(Real Time Kinematic——RTK)差分测量系
统,是GPS测量技术与数据传输技术相结合而构成的组 合系统。它是GPS测量技术发展中的一个新的突破。 GPS测量技术。
*RTK 测量技术,是以载波相位观测量为根据的实时差分
*RTK 测量技术是准动态测量技术与AROTF算法和数据传
基准站
j j Ri Ri c ti dion dtrop
修正量
j j P误差 Ri Ri
P误差 c ti dion dtrop
j j 修正 Mi P
移动目标
j j Mi Mi c ti dion dtrop

*用户根据自身的位置,对观测值进行改正
*特点 *优点:差分精度高、差分精度与距离无关、差分范围

* 广域差分 *缺点:系统结构复杂、建设费用高
扩展伪距差分(广域差分)
*在一个广阔的地区内提供高精度的差分GPS服务,将若
干基准站和主站组成差分GPS网。
*主站接收各个监测站差分GPS信号,组合后形成扩展区
度。
*载波相位差分原理
*与伪距差分原理相同,由基准站通过数据链实时将其载波
观测量及站坐标信息一同传送给用户站。 *用户站接收GPS卫星的载波相位与来自基准站的载波相 位.并组成相位差分观测值进行实时处理,能实时给出 厘米级的定位结果。 *实现载波相位差分GPS的方法分为两类: *修正法:与伪距差分相同,基准站将载波相位修正量发 送给用户站,以改正其载波相位,然后求解坐标。为准 RTK技术. *差分法:后者将基准站采集的载波相位发送给用户进行 求差解算坐标。为真正的RTK技术。
1.0 34.4 103.2
DGPS(单位:m) 间距(km) 0 100 300 500 0 0 0 0 0 0.04 0.13 0.22 0.25 0.25 0.25 0.25 0 0.43 1.30 2.16 0 0.73 1.25 1.60 0 0.40 0.40 0.40 0.50 0.50 0.50 0.50 0.20 0.20 0.20 0.20 0.59 1.11 1.94 2.79 1.0 1.0 1.0 1.0 1.16 1.49 2.19 2.96 3.5 4.5 6.6 8.9
* 利用设置在坐标已知的点(基准站)上的GPS接收
机测定GPS测量定位误差,用以提高在一定范围内 其它GPS接收机(流动站)测量定位精度的方法
* RTCM-104格式
*概述②
* 主要误差
* 卫星轨道误差 * 卫星钟差 * 大气延迟(对流层延迟、
对流层延迟)
* 多路径效应
* 对定位精度的影响
定位精度 等效距离误差 PDOP PDOP通常大于1。
基准 站
* 数学模型(差分改正数的
计算方法)
* 提供距离改正和距离改
正的变率 流动 dV V (ti t ) V (ti ) t 站 dt (用 dV V 为距离改正数; 为距离改正数 的变率。户)
数据 通讯 链
dt
* 特点 * 优点:结构、模型简单 * 缺点:差分范围小,精
度随距基准站距离的增 加而下降,可靠性低
*差分GPS对测量定位精度的改进
* 根据时效性 * 实时差分 * 事后差分 坐 * 根据观测值类型 标 改 * 伪距差分 正 * 载波相位差分 * 根据差分改正数 * 位置差分(坐标差分) * 距离差分 距 * 根据工作原理和差分模型 离 * 局域差分(LADGPS – Local Area DGPS) 改 * 单基准站差分 正 * 多基准站差分 * 广域差分(WADGPS – Wide Area DGPS)
输技术相结合而产生的,它完全可以达到“精度、速度、 实时、可用”等各方面的要求。
——RTK(Real Time Kinematic) GPS技术
* 载波相位实时动态差分技术
*伪距差分实际上是在测站之间求伪距观测值的一次差,因而
消除了两伪距观测值中所含有的共同的系统误差,但是却无 法消除伪距观测值中所含有的随机误差,从而限制了伪距差 分定位的精度。
*载波相位测量的精度较测距码伪距测量的精度高2个数量级,
如果能用载波相位观测值对伪距观测值进行修正,就可提高 伪距定位的精度,但是载波相位整周数无法直接测得,因而 难以直接利用载波观测值。
*相位平滑伪距差分原理
*虽然整周数无法获得,但可由多普勒频率计数获得载波相位
的变化信息,即可获得伪距变化率的信息,可利用这一信息 来辅助伪距差分定位,称为载波多普勒计数平滑伪距差分;
*另外,在同一颗卫星的两历元间求差,可消除整周未知数,
可利用历元间的相位差观测值对伪距进行修正,即所谓的相 位平滑伪距差分。
*差分GPS的基本原理
GPS 误差类型 卫星钟误差 卫星星历误差 SA :卫星钟频抖动 SA :人为引入的星历误差 大气延迟误差:电离层延迟 大气延迟误差:对流层延迟 基准站接收机误差噪声和多路径误差 基准站接收机误差:测量误差 DGPS 误差(ms) 用户接收机误差 用户等效距离误差(rms) 导航精度(2drms)HDOP = 1.5 (单位:m) 3.0 2.4 24 24 4.0 0.4
*相位平滑伪距差分原理
*差分GPS的出现,能实时给定裁体的位置,精度为米级,
满足不了引航、水下测量等工程的要求。
*位置差分、伪距差分、伪距差分相位平滑等技术已成功
地用于各种作业中
*随之而来的是更加精密的测量技术——载波相位差分技
术。
*载波相位差分技术建立在实时处理两个测站的载波相位基
础上的。
*它能实时提供观测点的三维坐标,并达到厘米级的高精
*差分GPS的分类
位置差分
距离差分
位置差分
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。 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。
* 差分GPS产生的诱因:绝
对定位精度不能满足要 求
* GPS绝对定位的精度受
多种误差因素的影响, 完全满足某些特殊应用 的要求
* 美ห้องสมุดไป่ตู้的GPS政策对GPS绝
对定位精度的影响(选 择可用性SA)
SA关闭前后GPS绝对定位精度的变化
*概述①
* 差分GPS(DGPS – Differential GPS)
* 位置差分
* 差分改正计算的数学模型简单 * 差分数据的数据量少 * 基准站与流动站要求观测完全相同的一组卫星
* 距离差分
* 差分改正计算的数学模型较复杂 * 差分数据的数据量较多 * 基准站与流动站不要求观测完全相同的一组卫星
*位置差分和距离差分的特

* 结构 * 基准站(一个)、数据
通讯链和用户
*差分定位是相对定位的一种特殊应用。 *高精度相对定位采用的是载波相位测量定位,而差分定位
则主要采用伪随机码伪距测量定位。 *其基本方法是: *在定位区域内,于一个或若干个已知点上设置GPS接收 机作为基准站,连续跟踪观测视野内所有可见的GPS卫 星伪距 *经与已知距离比对,求出伪距修正值(称为差分修正参 数),通过数据传输线路,按一定格式发播 *测区内的所有待定点接收机,除跟踪观测GPS卫星伪距 外,同时还接收基准站发来的伪距修正值,对相应的 GPS卫星伪距进行修正 *然后,用修正后的伪距进行定位
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:
*位置差分原理
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 情况。
*伪距差分
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,其公共误差减弱,如对流层、电离层,因 此应考虑距离因素。
相关文档
最新文档