精密单点定位技术应用与软件

测绘学院卫星应用工程研究所
SA关闭前后单点定位精度对比 (From the US Space Command (IGEB, 2000))
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差分相对定位
GPS 相对定位
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IGS组织（International GPS Service)
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P = R + δatmos + δdt − δdT
P = ( X s − X ) 2 + (Ys − Y ) 2 + ( Z s − Z ) 2 + δatmos + δdt − δdT
P：伪距观测值 R：站星真实几何距离 （X s , Ys , Z s )：卫星坐标 （X , Y , Z )：测站坐标 已知： 伪距观测值P， 卫星坐标( X S , YS , Z S )， 卫星钟差(δdT ) 求： 测站坐标( X , Y , Z )， 接收机钟差(δdt )
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GPS单点定位的几何原理
一个站星距离
测站位于以卫星为球心， 站星距离为半径的球面上
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GPS单点定位的几何原理
两个站星距离
作两个球面 两个球面相交为圆 测站位于圆圈上
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GPS单点定位的几何原理
三个站星距离
作三个球面 三个球面两两相交于两点 测站位于其中一点
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i = 1,2,3,4
1 ⎡ P1 ⎤ ⎡ R0 ⎤ ⎡l1 ⎢ 2⎥ ⎢ 2⎥ ⎢ 2 ⎢P ⎥ = ⎢R0 ⎥ − ⎢l 3 ⎢ P3 ⎥ ⎢ R0 ⎥ ⎢l 3 ⎢ 4⎥ ⎢ 4⎥ ⎢ 4 ⎣P ⎦ ⎣R0 ⎦ ⎣l
m1 n1 − 1⎤ ⎡dX ⎤ ⎡δdT1 ⎤ ⎡δatmos1 ⎤ ⎥ ⎢dY ⎥ ⎢ 2⎥ 2 2 2⎥ ⎢ m n − 1⎥ ⎢ ⎥ ⎢δdT ⎥ ⎢δatmos ⎥ + − 3 3 3 m n − 1⎥ ⎢ dZ ⎥ ⎢δdT ⎥ ⎢δatmos3 ⎥ ⎥⎢ ⎥ ⎢ 4 4 4⎥ ⎢ 4⎥ m n − 1⎦ ⎣δdt⎦ ⎣δdT ⎦ ⎣δatmos ⎦
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P i = ( X si − X ) 2 + (Ysi − Y ) 2 + ( Z si − Z ) 2 + δatmos i + δdt − δdT i 设待定点的近似坐标为： 0 , Y0 , Z 0 ) (X
X si − X 0 Ysi − Y0 Z si − Z 0 dX − dY − dZ + δatmos i + δdt − δdT i P i = R0i − R0i R0i R0i
δdt：接收机钟差 δdT：卫星钟差 δatmos：大气延迟误差
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P1
1 ⎛ Xs ⎞ ⎜ 1⎟ ⎜ Ys ⎟ ⎜ Z1 ⎟ ⎝ s⎠
P2 ⎛ X s2 ⎞ ⎜ 2⎟ ⎜ Ys ⎟ ⎜ Z2 ⎟ ⎝ s⎠
P3 ⎛ X s3 ⎞ ⎜ 3⎟ ⎜ Ys ⎟ ⎜ Z3 ⎟ ⎝ s⎠
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精密单点定位数学模型
伪距观测方程
Pf1j ( k ) = ρ j ( k ) − c ⋅ dt ( k ) + c ⋅ dT j ( k ) + I fj1 ( k ) + Tro j ( k ) + PM j ( k ) + PHD fj1 + Pε
Pf j2 ( k ) = ρ j ( k ) − c ⋅ dt ( k ) + c ⋅ dT j ( k ) + I fj2 ( k ) + Tro j ( k ) + PM j ( k ) + PHD fj2 + Pε
R0i = ( X si − X 0 ) 2 + (Ysi − Y0 )2 + ( Z si − Z 0 ) 2
X si − X 0 Ysi − Y0 Z si − Z 0 令：l i = ；m i = ；n i = R0i R0i R0i
P i = R0i − l i dX − mi dY − n i dZ + δatmos i + δdt − δdT i
(X Y
Z )T = ( X 0 Y0 Z0 )T + (dX dY dZ )T
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GPS标准单点定位小结
GPS单点定位的实质是空间距离后方交会； 要同时确定测站坐标和接收机钟差必须同时观测四 颗或四颗以上的卫星； GPS单点定位求解测站坐标需要迭代计算； 模型中卫星位置应该是信号发射时刻卫星的位置。
δx = − A−1L
( X Y Z )T = ( X0 Y0 Z0 )T + (dX dY dZ)T
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1 ⎡ P1 ⎤ ⎡ R0 ⎤ ⎡ l1 m1 n1 − 1⎤ ⎡dX ⎤ ⎡δdT1 ⎤ ⎡δatmos1 ⎤ ⎢ ⎥ ⎢dY ⎥ ⎢ ⎢ 2⎥ ⎢ 2⎥ ⎢ 2 2 2 2⎥ 2⎥ ⎢ P ⎥ = ⎢ R0 ⎥ − ⎢l m n − 1⎥ ⎢ ⎥ − ⎢δdT ⎥ + ⎢δatmos ⎥ ⎥ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ dZ ⎥ ⎢ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎢ n⎥ ⎢ n⎥ ⎢ n n n n⎥ n⎥ ⎣P ⎦ ⎣R0 ⎦ ⎣l m n − 1⎦ ⎣δdt⎦ ⎣δdT ⎦ ⎣δatmos ⎦
Aδx + L = 0 ⎡ l1 ⎢2 ⎢l A= 3 ⎢l ⎢4 ⎣l m1 m2 m3 m4 n1 n2 n3 n4
1 ⎡ P1 ⎤ ⎡ R0 ⎤ ⎡δdT1 ⎤ ⎡δatmos1 ⎤ − 1⎤ ⎡dX ⎤ ⎢ 2⎥ ⎢ 2⎥ ⎢ ⎥ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢dY ⎥ P ⎥ ⎢R0 ⎥ ⎢δdT 2 ⎥ ⎢δatmos2 ⎥ − 1⎥ − ；δx = ⎢ ⎥；L = ⎢ 3 − 3 + 3 ⎢ P ⎥ ⎢ R0 ⎥ ⎢δdT ⎥ ⎢δatmos3 ⎥ ⎢ dZ ⎥ − 1⎥ ⎢ 4⎥ ⎢ 4⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ 4⎥ 4⎥ ⎢ − 1⎦ ⎣δdt⎦ ⎣P ⎦ ⎣R0 ⎦ ⎣δdT ⎦ ⎣δatmos ⎦
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不同IGS星历产品的精度
星历类型 广播星历 预报星历(P) 预报星历(O) 快速星历 事后星历 精度
～200cm / ~7ns ~10cm/ ~5ns 5cm / ~0.2ns 5cm / 0.1ns <5cm / 0.1ns
延迟时间 实时 实时 3小时 17小时 ～13天
精密单点定位技术、软件及应用
张小红
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主要内容
1 标准单点定位 2 精密单点定位概念 3 精密单点定位实现及TriP软件 4 精密单点定位用实例分析 5 精密单点定位的优势 6 精密单点定位的应用前景 7 全球实时精密单点定位(Global RTK) 8 软件演示
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更新率 采样间隔 －－ －－ 15min 一天四次 15min 一天四次 每天一次 15min/5min 每周发布 15min/5min
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精密单点定位概念
精密单点定位(PPP-Precise Point Positioning) 指得是利用载波相位观测值以及IGS等组织提 供的高精度的卫星星历及卫星钟差来进行高精 度单点定位的方法。 精密单点定位的发展； 国内外精密单点定位软件；
P = c × Δt
= c × (tR − T )
s
= c × ((t GPS + dt ) − (TSGPS + dT )) R = c × (t GPS − TSGPS ) + c × dt − c × dT R = R + δatmos + δdt − δdT
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GPS单点定位的数学模型
GNSS全球导航卫星系统
卫星定位系统的三大部分
空间飞行的 GPS 卫星
Galileo星座 测绘学院卫星应用工程研究所
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GPS单点定位基本概念
GPS单点定位 GPS单点定位通常是指 利用GPS直接确定观测 站在WGS-84坐标系中 的绝对坐标的一种定位 方法，单点定位也叫绝 对定位。
j j PIF (k ) = ρ j (k ) − c ⋅ dt(k ) + c ⋅ dT j (k ) + Tro j (k ) + PM j (k ) + PHDIF + Pε IF
相位观测方程
λ f ⋅ N f + Φ jf ( k ) = ρ j ( k ) − c ⋅ dt ( k ) + c ⋅ dT j ( k ) − I fj ( k ) + Tro j ( k ) + Φ M j ( k ) + Φ HD fj + Φ ε
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GPS单点定位的几何原理
GPS单点定位方法的实质是空间距离后方交会
一个站星距离 = 球面 两个站星距离 = 圆 三个站星距离 = 两点 三个站星距离 + 地球 = 一点
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GPS单点定位的数学原理
1 1 R1 = ( X s − X ) 2 + (Ys1 − Y ) 2 + ( Z s − Z ) 2
R 2 = ( X s2 − X ) 2 + (Ys2 − Y ) 2 + ( Z s2 − Z ) 2 R 3 = ( X s3 − X ) 2 + (Ys3 − Y ) 2 + ( Z s3 − Z ) 2
X 2 + Y 2 + Z 2 − Rearth < 阈值
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卫星信号于 “T”时刻发射
站星距离 = 信号传播时间 x 光速
Xll
l ll lll lV
lX
l wenku.baidu.coml ll
X Xl
GPS接收机于 “T + Δt”收到信号
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Vl Vl
V
信号传播时间的测定，GPS设计者非常聪明 保持GPS卫星钟同GPS接收机钟同步 GPS卫星和接收机同时产生相同的信号 采用相关技术获得信号传播时间 GPS卫星钟和GPS接收机钟难以保持严格同步，用相关技 术获得的信号传播时间含有卫星钟和接收机钟同步误差的 影响。
V = Aδx + L
1 ⎡ P1 ⎤ ⎡ R0 ⎤ ⎡δdT1 ⎤ ⎡δatmos1 ⎤ ⎡ l1 m1 n1 − 1⎤ ⎡dX ⎤ ⎥ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ 2⎥ ⎢ 2⎥ ⎢ ⎢2 ⎢dY ⎥ l m2 n2 − 1⎥ P ⎥ ⎢ R0 ⎥ ⎢δdT 2 ⎥ ⎢δatmos2 ⎥ A= ⎢ ；δx = ⎢ ⎥；L = ⎢ − + − ⎥ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎢ ⎢ dZ ⎥ ⎥ ⎢ n⎥ ⎢ n⎥ ⎢ ⎢n ⎢ ⎥ n n n⎥ ⎢ n⎥ δdt⎦ ⎣ ⎣P ⎦ ⎣R0 ⎦ ⎣δdT ⎦ ⎣δatmos ⎦ ⎣l m n − 1⎦ 2 Dδx = m0 ( AT PA)−1 δx = −( AT PA)−1 AT PL
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IGS提供的产品包括: •GPS satellite ephemerides（GPS卫星星历） •GLONASS satellite ephemerides （GLONASS星历） •Earth rotation parameters （地球自转参数） •IGS tracking station coordinates and velocities（站坐 标和速度） •GPS satellite and IGS tracking station clock information （卫星钟和跟踪站原子钟信息） •Zenith tropospheric path delay estimates （天顶对流层 延迟参数） •Global ionospheric maps （全球电离层变化图）
P4 ⎛ X s4 ⎞ ⎜ 4⎟ ⎜ Ys ⎟ ⎜ Z4 ⎟ ⎝ s⎠
δdT 1
δdT 2
δdT 3
δdT 4
1 1 P1 = ( X s − X ) 2 + (Ys1 − Y ) 2 + ( Z s − Z ) 2 + δatmos 1 + δdt − δdT 1
P 2 = ( X s2 − X ) 2 + (Ys2 − Y ) 2 + ( Z s2 − Z ) 2 + δatmos 2 + δdt − δdT 2 P 3 = ( X s3 − X ) 2 + (Ys3 − Y )2 + ( Z s3 − Z ) 2 + δatmos 3 + δdt − δdT 3 P 4 = ( X s4 − X ) 2 + (Ys4 − Y ) 2 + ( Z s4 − Z ) 2 + δatmos 4 + δdt − δdT 4