gps相对定位基本原理.doc

,由于卫星星历误差、接收机钟与卫星钟同步差、大气折射误差等各种误差的影响,导致其定位精度较低。虽然这些误差已作了一定的处理,但是实践证明绝对定位的精度仍不能满足精密定位测量的需要。为了进一步消除或减弱各种误差的影响,提高定位精度,一般采用相对定位法。相对定位,是用两台GPS接收机,分别安置在基线的两端,同步观测相同的卫星,通过两测站同步采集GPS数据,经过数据处理以确定基线两端点的相对位置或基线向量(图1-1)。这种方法可以推广到多台GPS接收机安置在若干条基线的端点,通过同步观测相同的GPS卫星,以确定多条基线向量。相对定位中,需要多个测站中至少一个测站的坐标值作为基准,利用观测出的基线向量,去求解出其它各站点的坐标值。基线向量BAS1S2S3S4图1-1GPS相对定位在相对定位中,两个或多个观测站同步观测同组卫星的情况下,卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气层延迟误差,对观测量的影响具有一定的相关性。利用这些观测量的不同组合,按照测站、卫星、历元三种要素来求差,可以大大削弱有关误差的影响,从而提高相对定位精度。根据定位过程中接收机所处的状态不同,相对定位可分为静态相对定位和动态相对定位(或称差分GPS定位)。,通过连续观测获得充分的多余观测数据,解算基线向量,称为静态相对定位。静态相对定位,一般均采用测相伪距观测值作为基本观测量。测相伪距静态相对定位是当前GPS定位中精度最高的一种方法。在测相伪距观测的数据处理中,为了可靠的确定载波相位的整周未知数,静态相对定位一般需要较长的观测时间(~),称为经典静态相对定位。可见,经典静态相对定位方法的测量效率较低,如何缩短观测时间,以提高作业效率便成为广大GPS用户普遍关注的问题。理论与实践证明,在测相伪距观测中,首要问题是如何快速而精确的确定整周未知数。在整周未知数确定的情况下,随着观测时间的延长,相对定位的精度不会显著提高。因此提高定位效率的关键是快速而可靠的确定整周未知数。为此,。其基本思路是先利用起始基线确定初始整周模糊度(初始化),再利用一台GPS接收机在基准站静止不动的对一组卫星进行连续的观测,而另一台接收机在基准站附近的多个站点上流动,每到一个站点则停下来进行静态观测,以便确定流动站与基准站之间的相对位置,这种“走走停停”的方法称为准动态相对定位。其观测效率比经典静态相对定位方法要高,但是流动站的GPS接收机必须保持对观测卫星的连续跟踪,一旦发生失锁,便需要重新进行初始化工作。这里将讨论静态相对定位的基本原理。,相对于卫星和,于历元进行同步观测(如图2-1),则可获得以下独立的载波相位观测量:,,,,,,,T2T1图2-1GPS相对定位的观测量在静态相对定位中,利用这些观测量的不同组合求差进行相对定位,可以有效地消除这些观测量中包含的相关误差,提高相对定位精度。目前的求差方式有三种:单差、双差、三差,定义如下:①单差(Single-Difference):不同观测站同步观测同一颗卫星所得观测量之差(2-1)②双差(Double-Difference):不同观测站同步观测同组卫星所得的观测量单差之差(2-2)③三差(Triple-Difference):不同历元同步观测同组卫星所得的观测量双差之差(2-3)(t)图2-2单差示意图测相伪距观测方程为: (2-4)参见图2-2,将(2-4)式的测相伪距观测方程应用于测站、,并代入(2-1)式,可得:(2-5)令,,则单差观测方程可写为:(2-6)由(2-6)式可见:卫星的钟差影响可以消除。同时由于两测站相距较近(<100km),同一卫星到两个测站的传播路径上的电离层、对流层延迟误差的相近,取单差可进一步明显的减弱大气延迟的影响。(t)Sk(t)图2-3双差示意图参见图2-3,两台GPS接收机安置在测站、,对卫星的单差为,对卫星的单差为,则由(2-6)式,双差观测方程可表示为:(2-7)在上式中可见,接收机的钟差影响完全消除,大气折射残差取二次差可以略去不计。这是双差模型的突出优点。-1,分别以和两个观测历元,对上述的双差观测方程求三次差,可得三差观测方程为(2-8)从三差观测方程中可见,三差模型进一步消除了整周模糊度的影响。,而另一台接收机在其周围的观测站流动