GPS相对定位基本原理.docx

GPS相对定位基本原理
GPS相对定位基本原理
GPS相对定位基本原理
GPS 相对定位原理
相对定位原理概述
不论是测码伪距绝对定位还是测相伪距绝对定位， 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。
S 2
S3
S
4
S 1
基线向量
A
B
图 1-1 GPS 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）。
静态相对定位原理
设置在基线两端点的接收机相对于周围的参照物固定不动， 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，美国的 Remondi 提出了快速静态定位 方法。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 T0
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 Ti 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。
观测值的线性组合
假设安置在基线端点的
GPS 接收机 Ti i
1,2
，相对于卫星 S j 和 Sk ，于历
元 ti
i 1,2 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：
1j t1 ， 1j t2 ， 1k t1
， 1k
t2 ， 2j t1
， 2j
t2 ， 2k t1 ， 2k t2
GPS相对定位基本原理
GPS相对定位基本原理
GPS相对定位基本原理
Sjj
( t 2 )
Sk (t1 ) Sk t1
S
j
t1
S t 2
S
k
t 2
2j
t 2
2j t1
2k t1
k
t2
2
j
t1
j
t 2
1k t1
1k t 2
1
1