GPS卫星定位基本原理.doc

GPS定位方法 GPS定位的方法是多种多样的，用户可以根据不同的用途采用不同的定位方法。 GPS定位方法可依据不同的分类标准，作如下划分: 1、根据定位所采用的观测值（1）伪距定位；（2）载波相位定位 2、根据定位时接收机的运动状态（1）静态定位（2）动态定位 3.根据定位的模式（1）绝对定位（2）相对定位（3）差分定位 4.根据获取定位结果的时间（1）实时定位（2）事后定位 伪距测量定义：伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测出得到四颗以上GPS卫星的伪距以及己知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。 伪距：由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。 载波相位测量 为什么采用载波相位测量 载波相位测量是利用GPS卫星发射的载波为测距信号。 由于载波的波长(λL1＝19cm，λL2＝24cm) 比测距码波长(λC/A=293m,λp=29.3m)要短得多，因此对载波进行相位测量，就可能得到较高的测量定位精度。 重建载波方法（1）码相关法（2）平方法 整周未知数N0的确定 整周未知数N0的确定是载波相位测量中特有的问题，也是进一步提高GPS定位精度、提高作业速度的关键所在。 确定整周未知数的方法主要有四种：伪距法、N0作为未知数参与平差法、三差法和快速确定整周未知数法。 载波相位观测应注意： (1)整周数的变化部分由计数器记录，此间信号不能间断，如果此间到达接收机的信号被遮挡，造成失锁，遮挡期间整周记数暂停，遮挡移去后继续记数，这就丢掉了遮挡期间的若干整周数。这种情况叫整周跳。引起周跳的另一原因是强电磁干扰。 (2)因各项误差影响，整周未知数往往不为整数。 整周跳变的修复 在何种情况下修复周跳有意义？ 如果因为电源的故障或振荡器本身的故障使信号暂时中断，那么中断前后信号本身失去了连续性。恢复正常工作后的观测值中不但整周计数不正确，不足整周的部分也不对。这时，修复周跳没有意义。 如果是其他原因，如卫星信号被某些障碍物挡住，外界干扰使信号暂时失锁等，使信号整周计数暂时中断，而不足一周的相位差部分仍是正确的。这时，修复周跳才有意义。 整周跳变的探测与修复常用的方法（1）屏幕扫描法（2）用高次差或多项式拟合法（3）在卫星间求差法（4）用双频观测值修复周跳 用双频观测值修复周跳 优点：组合后的 值中，只涉及频率，取决于电离层残差影响，无须预先知道测站和卫星的坐标。 缺点：不能顾及多路径效应和测量噪声的影响，另外如果两个载波相位观测值中都出现周跳，则不能采用这种方法，而只能采用其他方法探测和修复周跳。 GPS绝对定位与相对定位 1、绝对定位也称单点定位，是指在协议地球坐标系中，直接确定观测站相对于坐标原点（地球质心）绝对坐标的一种方法。 绝对定位的分类 绝对定位可根据天线所处的状态分为动态绝对定位和静态绝对定位。无论动态还是静态，所依据的观测量都是所测的站星伪距。 根据观测量的性质，伪距有测码伪距和测相伪距，绝对定位相应分为测码伪距绝对定位和测相伪距绝对定位。 绝对定位的精度 因为受到卫星轨道误差、钟差以及信号传播误差等因素的影响，静态绝对定位的精度约为米级，而动态绝对定位的精度为10-40m。这一精度只能用于一般导航定位中，远不能满足大地测量精密定位的要求。 2、相对定位 GPS相对定位，是至少用两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置（坐标差）。它是目前GPS定位中精度最高的一种定位方法。广泛应用于大地测量、精密工程测量、地球动力学的研究和精密导航。 静态绝对定位原理 静态绝对定位时观测站是固定的，可以于不同历元同步观测不同卫星，取得充分多的伪距观测量，通过最小二乘法平差，提高定位精度。 最小二乘法：最小二乘法是一种数学优化技术，它通过最小化误差的平方和找到一组数据的最佳函数匹配。 测码伪距静态绝对定位 如果观测的时间较长，接收机钟差的变化往往不能忽略。根据不同情况，或者将钟差表示为多项式形式，把多项式系数作为未知数在平差计算中求解；或简单地对不同观测历元引入相异的独立钟差参数，在平差计算中一并解算。 动态绝对定位 在用户接受机安置在运动的载体上并处于动态情况下，确定载体瞬时绝对位置的定位方法。 应用载波相位观测值进行静态绝对定位 载波相位观测值精度高，有可能获得精度较高的定位结果。但定位精度仍受卫星轨道误差和大气折射误差等影响，只有当卫星轨道精度较高，并以必要的精度对观测量加入电离层和对流层等项修正，才能发挥测相法绝对定位潜能； 同时如何防止和修复整周变跳，对保障定位精度十分重要。 另外，整周未知数N0,理论上是整数，但由于观测误差和各修正量误差的影响，平差求解后不再是整数。 如果把非整数的整周未知数调整为相近的整数，作为固定值代入重新求