Cha5_GPS卫星定位基本原理概论
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第五章 GPS卫星定位基本原理
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GPS卫星定位基本原理 GPS卫星定位基本原理
5.3.1 载波相位测量的基本原理
载波相位测量的观测值 理想的观测方法：信号接收时刻，卫星端载波信号的相位 理想的观测方法：信号接收时刻， (φs)与接收机端载波信号的相位 R)之差。从而测定出卫星 与接收机端载波信号的相位(φ 之差 之差。 与接收机端载波信号的相位 到测站的距离。 到测站的距离。
D = λ ⋅ (ϕ S − ϕ R ) = λ ⋅ (Φ R − ϕ R )
21
GPS卫星定位基本原理 GPS卫星定位基本原理
k接收机在接收机钟面时刻 k 时观测 卫星所取得的相位观 接收机在接收机钟面时刻t 时观测j卫星所取得的相位观 接收机在接收机钟面时刻 测量为： 测量为： j j
Φ k (tk ) = ϕk (tk ) − ϕk (tk )
伪距：由卫星发射的测距码到达 伪距：由卫星发射的测距码到达GPS接收机的传播时间乘以 接收机的传播时间乘以 光速所得出的量测距离。 光速所得出的量测距离。
7
GPS卫星定位基本原理 GPS卫星定位基本原理
距离观测值的计算
τ
∆t
接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号与接收机 比对， 本身复制码信号进行比对 本身复制码信号进行比对，比较本机码信号与到达的码 信号传播延迟的时间。 信号传播延迟的时间。 传播时间乘以光速就是距离观测值（伪距） 传播时间乘以光速就是距离观测值（伪距） ρ′=C• τ
载波信号的相位值； 载波信号的相位值； ϕk (tk ) 表示 接收机在接收机钟面时刻 时所产生的本地参 表示k接收机在接收机钟面时刻 k 接收机在接收机钟面时刻t 考信号的相位值。 考信号的相位值。 通常的相位或相位测量(接收机中的鉴相器 通常的相位或相位测量 接收机中的鉴相器) 只是测出一周 接收机中的鉴相器 以内的相位值。实际测量中，如果对整周进行计数， 以内的相位值。实际测量中，如果对整周进行计数，则 从某一初始时刻(t 以后就可以取得连续的相位测量值 以后就可以取得连续的相位测量值。 从某一初始时刻 0)以后就可以取得连续的相位测量值。
卫星定位导航原理
卫星定位导航原理
卫星定位导航是一种利用卫星设备提供的信号来确定地理位置的技术。
它主要依靠全球定位系统（GPS）卫星系统，该系统
由一组绕地球轨道运行的卫星组成。
卫星定位导航原理如下：
首先，GPS系统中的卫星会向地面发送无线电信号。
这些信
号包含了卫星的位置和时间信息。
接下来，地面上的GPS接收器会接收到这些信号。
接收器中
的天线会捕获到信号，并将其传送到接收器的芯片中进行处理。
芯片中的处理过程涉及到解码卫星信号，确定信号的时间差以及卫星和接收器之间的距离。
通过同时接收至少四个卫星的信号，接收器可以利用三角测量原理计算出接收器所在的位置。
这是因为每个卫星的位置已知，并且接收器与每个卫星之间的距离也可以通过信号延迟计算出来。
最后，接收器会将计算出的位置信息传送到导航设备中，如汽车导航仪或智能手机中。
导航设备可以根据接收器的位置信息计算最佳路线，并提供具体的导航指引。
总结来说，卫星定位导航原理是通过接收来自卫星的信号，并通过对信号进行处理和计算来确定接收器的位置。
这种技术广泛应用于交通导航、航空和航海领域，并在日常生活中提供方便的定位服务。
第5章卫星定位基本原理
5.3.1 绝对定位原理
复习最小二乘平差
设观测量是L，对应的改正数是V，平差参数是X，之间的线性关系是：
V = AX − L
最小二乘就是要使 V T V = min ，即
∂V T V ∂V = 2V T =VT A = 0 ∂X ∂X
将 V = AX − L 代入上式，得法方程： AT AX − AT L = 0 于是，
)
上式可以进一步写为
[l
j
mj
nj
δX δY j j − 1 = ρ ′ j + δρion + δρtrop − cδt j − ρ 0j δZ δρ
]
2.伪距法绝对定位的解算
对于任一历元ti，由观测站同步观测到四颗卫星，则，j=1，2，3，4，于是， 可以列出四个观测方程，写到一起就是：
相对定位： 相对定位
确定同步跟踪相同的GPS信号的若干台接收机之间的相对位置的方法。可以 消除许多相同或相近的误差（如卫星钟、卫星星历、卫星信号传播误差等），定 位精度较高。但其缺点是外业组织实施较为困难，数据处理更为烦琐。在大地测 量、工程测量、地壳形变监测等精密定位领域内得到广泛的应用。 在绝对定位和相对定位中，又都包含静态定位和动态定位两种方式。为缩短观测 时间，提高作业效率，近年来发展了一些快速定位方法，如准动态相对定位法和 快速静态相对定位法等。
非线性方程，需要线性化，就是把方程左边的式子按台老级数展开，取至一次项 台老级数：
y = f (x )
y = f ( x0 + (x − x 0 ))
y = f (x0 ) +
∂f ∂x
(x − x0 )
0
根据台老级数，可将方程写成：
GPS概论第五章GPS卫星定位基本原理PPT课件
线性化后：
i
X ( 0 0)x ii dX Y(0 0)yii dY Z (0 0)zii dZ (0)i NctV RctV S (Vio)niVtrop
x(i0X )i0dX y(i 0)Yi0dY z(i0Z )i0dZ (0)iNctV RctV S (Vio)niVtrop
误差方程为：
• 定义
– 单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位 置的方法
• 定位结果－与所用星历同属一坐标系的绝对坐标
– 采用广播星历时属WGS-84
– 采用IGS – International GPS Service精密星历时为 ITRF – International Terrestrial Reference Frames
~ N 0 Int ( ) Fr ( )
• 整周计数 Int
载波相位观测值
• 整周未知数（整周模糊度） N 0
19
载波相位测量的观测方程
原始形式：
(iN i) ictR V ctS V (V i o)in V trop i iN i ictR V ctS V (V i o)in V trop
接收机根据自身 的 钟 在 tR时 刻 所 接 收 到 卫 星 在 tS 时刻所发送信号 的相位
(tS)
tR tS
R
R
理想情况
实际情况
18
载波相位观测值 ti
• 观测值
Fr i Int() i N 0
首次观测：
0 Fr ( ) 0
t0
以后的观测：
Fr 0 N0
i Int ( ) i Fr ( ) i 通常表示为：
载波波长为原来波长的一半，信 号质量较差（信噪比低，降低了 30dB）
GPS卫星定位的基本原理PPT课件
c (ba )（io n 4 -4）tr o p
将式（4-3）代入式（4-4），即得实际距离 系式为
i o n t r o （p 4c v -t 5a ）c v t b
和伪距
之 间的关
18
GPS测量定位技术
二、伪距法定位的原理
如果已知卫星的钟差 和v t a接收机的钟差 ，v又t b 可精确求得 电离层折射改正和对流层折射改正，那么测定了伪距 ，就 可求 得实际距离 。实际距 离 与卫星坐 标（x、y、z）和 接收机坐标（X、Y、Z）之间又有下列关系：
4
GPS测量定位技术
二、单点定位和相对定位
GPS单点定位也叫绝对定位，就是采用一台接收机进行定位 的模式，它所确定的是接收机天线在WGS－84世界大地坐标系 统中的绝对位置，所以单点定位的结果也属于该坐标系统。
GPS单点定位的实质，即是空间距离后方交会。对此，在一 个测站上观测3颗卫星获取3个独立的距离观测量就够了。但是 由于GPS采用了单程测距原理，此时卫星钟与用户接收机钟不 能保持同步，所以实际的观测距离均含有卫星钟和接收机钟不 同步的误差影响，习惯上称之为伪距。其中卫星钟差可以用卫 星电文中提供的钟差参数加以修正，而接收机的钟差只能作为 一个未知参数，与测站的坐标在数据的处理中一并求解。因此， 在一个测站上为了求解出4个未知参数（3个点位坐标分量和1 个钟差系数），至少需要4个同步伪距观测值。也就是说，至少 必须同时观测4颗卫星。
16
GPS测量定位技术
二、伪距法定位的原理
为了解决定位问题，首先需将观测时得到的伪距 改正为 卫星至接收机之间的实际距离 。
设卫星钟的瞬时读数为时发出信号 ，t a 其正确的标准时刻
为 ； a 该信号到达接收机的时间为 ，t 其b 正确的标准时刻为 。
GPS卫星定位基本原理
一、伪距测量
一、伪距测量
1.伪距的概念
❖ 伪距: 通过测量GPS卫星发射的测距码信号到达用户接收机 的传播时间，从而求算出的接收机到卫星的距离。即
/ t • c
式中 t 为传播时间，c 为光速。
❖由于卫星钟与接收机钟的误差以及信号在传播过程中经过 电离层和对流层的延迟，以上求出的距离与卫星与接收机的 几何距离存在偏差。它是伪距定位法的观测量。
第五章 GPS定位的基本原理
导语 一、伪距测量 二、载波相位测量 三、整周模糊度的确定 四、周跳的探测与修复 五、 GPS绝对定位与相对定位
导
语
1、GPS的基本定位原理？
➢三颗已知位置的卫星各以自己为中心，以其到地面点的距 离为半径形成三个圆球。
➢3 个球面相交成一个地面点，3 个距离段可以确定纬度，
/ c / ct ctk ct j （4.1）
❖ 伪距定位的基本模型的推导：
为卫星j到接收机k的几何距离，可用位于同一坐标系
的卫星与接收机的空间直角坐标表示为：
(X j (t j ) X k (tk ) 2 (Y j (t j ) Yk (tk ) 2 (Z j (t j ) Zk (tk ) 2
/ t t nT
式中T为测距码周期；n为整周数，n= 1,2,3,…..；
➢ 伪距测量的基本观测方程为：
/ c / ct n
为测距码波长
➢ 伪距观测量 = 待测距离 + 钟差等效距离
一、伪距测量
3. 伪距法绝对定位原理
❖ 基本原理：通过码相关技术求定卫星信号到达接收机的时间 延迟，从而求出卫星到达接收机的距离。
❖ 当在某时刻观测卫星的个数j大于等于4间接平时，可采用间接 平差法计算接收机的位置坐标的最或然值。
gps技术的原理及应用pdf
GPS技术的原理及应用一、 GPS技术的原理GPS（全球定位系统）是一种利用卫星信号进行定位的技术。
它由一组卫星、接收器和计算机组成，通过测量接收器和卫星之间的信号传播时间来确定位置信息。
其原理可以简要概括如下：1.卫星定位：GPS系统由一组24颗卫星组成，它们以不同的轨道分布在地球的周围。
每颗卫星通过精确的轨道信息和时钟信号向地面发送信号，接收器通过接收这些信号来确定卫星的位置。
2.接收器测距：接收器接收到来自多颗卫星的信号后，通过测量信号传播时间来计算距离。
接收器内部的时钟会与卫星信号进行比较，从而得出信号传播的时间差。
3.三角定位：接收器通过同时接收多颗卫星的信号，计算出每颗卫星和接收器之间的距离后，利用三角定位原理确定接收器的位置。
至少需要接收到三颗卫星的信号才能进行定位计算。
4.误差校正：GPS系统中存在一些误差，例如信号传播延迟、钟差误差等。
为了提高定位的精度，接收器会进行误差校正，包括对卫星轨道、时钟误差等进行补偿。
二、 GPS技术的应用GPS技术在日常生活和各个领域中有着广泛的应用，下面列举了几个典型的应用场景：1.车辆导航：GPS作为车机导航系统的核心技术，在城市道路和高速公路上提供精确的导航信息，帮助驾驶员准确找到目的地。
车辆导航系统可以根据GPS定位的准确位置和导航数据，提供实时路况、交通信息和建议的行驶路线。
2.物流追踪：GPS技术可以用于货物和物流车辆的追踪和定位。
通过将GPS接收器安装在物流车辆上，可以实时监控货物运输过程中的位置和状态，提高物流管理的效率和可视化程度。
3.航空航天：GPS在航空航天领域有着重要的应用。
飞行员可以通过GPS系统准确定位飞机的位置和航向，实现精确导航和自动驾驶。
此外，GPS 还在航空领域中用于时钟同步、航路管理等方面。
4.军事用途：GPS技术对军事应用尤为重要。
军方利用GPS系统进行军事勘测、定位导航和武器系统控制等任务。
通过精确定位和导航，军方能够实现更高的作战效果和战场管理。
第五 GPS卫星定位基本原理
j k
(t
k
)
——在
tk
时刻接收到j号卫星的相位
k (tk ) ——接收机在时刻 tk 的本振相位
j k
k (tk ) kj (tk )
2 (N
N)
N
（以周为单位）
(
N
N
)
j k
在初始时刻 t0，载波相位的观测值：
j k
(t0
)
k
(t0 )
j k
(t
0
)
0
N
j 0
任一时刻 t j 卫星S j到接收机的相位值：
q22 q32 q42
q23 q33 q43
q24
q34 q44
实际应用中，为了估算点的位置精度，常采用 其在大地坐标中的表达形式。假设在大地坐标系统 中相应点位的权系数阵为：
q11 q12 q13
QB q21
q22
q23
q31 q32 q33
根据误差传播率：
QB RQx RT
式中：
可知，有5个未知数。
把整周未知数当作平差计算中的待定参数来加
以估计和确定有两种方法：
（1）整数解（固定解）：适合于短基线（20km以内）
步骤：
①按四舍五入的原则将平差后得到的实数化为整数；
②将 N0 3mN0 （ 3mN0为 N 0的三倍中误差），在区间
（ N0 3mN0 ~ N0 3mN0 ）内有多个整数 N0 值； ③将各个 N0代入观测方程，求得 (X ,Y, Z)i ，i=1,2,3…； ④在各个 (X ,Y , Z )i 中，精度最高的一组所对应的
两码对齐，R( ) 1。
那么，延迟时间 即为GPS卫星信号从卫星传播
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还有包括相对论效应、多路径效应、地球固体 潮影响、伪距的测量噪声以及其它未模型化的误 差影响等。
GPS原理及应用
二、测码伪距观测值的观测方程 观测历元t，卫星Sj与接收机Ti之间的测码伪距观测值为：
i j (t) c •
因此，测码伪距的观测方程为：
i
j
(t)
ij
(t)
cti
(t)
ct
j
(t)
j i,trop
GPS原理及应用
当 R(t) Rmax (t) 时
t a t '
可得
GPS原理及应用
此式即为伪距测量的基本方程。
式中nλ称为测距模糊度。测距离小于测距码的波长 （如用P码测距），则n＝0，有
' ct
称为无模糊度测距。
GPS原理及应用
传播时间中包含了卫星钟差、接收机钟差（卫星钟与 接收机钟不同步）以及电离层延迟、对流层延迟等大 气延迟的影响：
GPS原理及应用
2、载波重建 GPS信号是一种调制波，因而GPS接收机接收到载波的 相位已不再连续，所以在进行载波相位测量以前，首 先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和 卫星电文去掉，重新获取载波，这一工作称为重建载 波。 重建载波一般可采用两种方法 码相关法：用户可同时提取测距码信号和卫星电文， 但用户必须知道测距码的结构； 平方法：用户无须掌握测距码的结构，但只能获得载 波信号而无法获得测距码和卫星电文。
(t
)
j i,iono
(t
)
ij (t)为卫星至接收机的几何距离
j2 i
(X
j
Xi )2
(Y
j
Yi )2
(Z
j
Zi )2
观测方程中有接收机坐标（X，Y，Z）和接收机钟差ti四个 未知数。因此GPS接收机必须同时至少测定4颗卫星的距离， 才能解算出接收机的三维坐标值。
GPS原理及应用
§5.3 载波相位测量及其观测方程 一、引言 1、载波相位测量的优缺点 优点： 码相位测量的精度较低。 P码伪距量测精度为30 cm， C/A码伪距精度为3m左右。 载波相位测量的精度比码相位测量的精度要高。目前， GPS测地型接收机的载波相位测量精度一般为1~2mm， 有的精度更高。 缺点： 整周模糊度问题 周跳问题
三、GPS卫星定位的方法 1、依据定位所采用观测值的类型：
伪距法定位 载波相位测量定位 差分GPS定位 2、根据接收机的运动状态： 静态定位 动态定位 3、按照参考点的不同位置： 绝对定位（单点定位） 相对定位
GPS原理及应用
GPS原理及应用
说明： 实际应用中，上述各种GPS定位方法，是相互交叉和 联系的。 比如： （1）在静态定位和动态定位中，均包含绝对定位和相 对定位两种方式。绝对定位有伪距法定位、载波相位 测量定位；相对定位有伪距法定位、载波相位测量定 位以及差分GPS定位。 （2）为了缩短观测时间，提高作业效率，在上述基本 定位方式的基础上，近年来又发展了一些快速定位的 方法，如准动态相对定位法和快速静态相对定位等。
GPS原理及应用
表1：基于伪距的GPS相对定位
名称
简写
相对定位距 离
观测值
采用 星历
误差修正方 式
精度
常规伪距差 CDGPS 分
<200km C/A码伪距
广播 星历
综合伪距误 差
1～5m
广域差分系 WADGPS 统
<2000km C/A码伪距
广域增强系 统
WAAS
全球
C/A码伪距
局域增强系 统
LAAS
精密 星历
卫星钟差、 电离层、 对流层误 差修正
0.1～0.4m
GPS原理及应用
§5.2 码相位测量及其观测方程 一、码相位观测 码相位观测，就是测量GPS卫星发射的测距码信号C/A 码或P（Y）码，到达用户接收机天线的传播时间，也 称为时间延迟测量。
测
卫星发射的测距码
定
伪
距
到达接收机
的
示
意
图 τ 接收机产生的测距码
双差 相位
广播星历 或精密星
历
数学模型 解算
10-3～10-4 10-3～10-4
实时双差 动态定位
RTK
5m～10km
双差
相位
广播
基准站相
星历
位误差修
10-3
正
网络实时 动态定位
Network 5m～50km RTK
双差 相位
广播
网络相位
星历
误差修正
10-3
全球动态 定位
Global RTK
全球
相位
ti
t
j
1 c
(trop
iono
)
卫星钟差 t j：卫星钟时间和标准GPS时之间的时间偏 差。
接收机钟差 ti :接收机钟时间和标准GPS时之间的时间 偏差。
ti ti tGPS
t j t j tGPS
GPS原理及应用
电离层延迟引起的距离偏差： 在天顶方向可达50m，在接近地平方向时（高度角 为20°）则可达150m 对流层延迟引起的距离偏差： 它随着用户高程及其气象要素的不同而变化，且 与信号的高度角有关。在天顶方向，其影响达2.3 m，在高度角为10°时，其影响可达20m 。
<10km C/A码伪距
精密 星历
精密 星历
广播 星历
卫星钟差改 正、电离层
改正
1～5m
卫星钟差改 正、电离层
改正
1～5m
卫星钟差改 正、电离层
改正
0.1～0.5m
GPS原理及应用
表2：基于载波相位观测值的GPS相对定位
名称
简写
相对定位 距离
观测值
采用 星历
误差修正 方式
精度
双差静态
DD
定位
5m～ 3000km
12
2 2
(X (X
X 1)2 X 2)2
(Y (Y
Байду номын сангаас
Y Y
1 2
)2 )2
(Z (Z
Z1)2 Z 2)2
2 3
(X
X
3)2
(Y
Y
3)2
(Z
Z 3)2
GPS原理及应用
二、 GPS基本观测量 1.码相位观测量：
测码伪距 2. 载波相位观测量：
相位观测值或测相伪距； 伪距： 由卫星发射的测距码信号到达接收机天线的传播时间 乘以光速得出的量测距离。由于卫星钟、接收机钟的 误差以及卫星信号经过电离层和对流层中的延迟影响， 实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离之间，不 可避免地会存在一定差值，所以称其为“伪距”。
GPS原理及应用
四、GPS卫星定位的精度
伪距绝对定位 民用C/A码实时伪距绝对定位：坐标分量精度5~10m； 三维综合精度15m~30m； 军用P码实时伪距绝对定位：坐标分量精度1~3m；三 维综合精度3m~6m； 载波相位观测值绝对定位 实时或准实时定位：坐标分量精度0.1~0.3m； 事后24小时连续定位：三维精度可达2~3cm。
GPS原理及应用
第五章 GPS定位基本原理
测距交会法是常用的定点方法
空间三维距离交会
A
B
P
平面二维距离交会
A(x1,y1)
B(x2,y2)
C
P (x,y)
一、定位基本原理 设GPS卫星的三维坐标分别 为(Xj，Yj，Zj)，那么，距离 交会法求解P点3维坐标 （X, Y, Z）的观测方程为：
GPS原理及应用
GPS原理及应用
二、测码伪距观测值的观测方程 观测历元t，卫星Sj与接收机Ti之间的测码伪距观测值为：
i j (t) c •
因此，测码伪距的观测方程为：
i
j
(t)
ij
(t)
cti
(t)
ct
j
(t)
j i,trop
GPS原理及应用
当 R(t) Rmax (t) 时
t a t '
可得
GPS原理及应用
此式即为伪距测量的基本方程。
式中nλ称为测距模糊度。测距离小于测距码的波长 （如用P码测距），则n＝0，有
' ct
称为无模糊度测距。
GPS原理及应用
传播时间中包含了卫星钟差、接收机钟差（卫星钟与 接收机钟不同步）以及电离层延迟、对流层延迟等大 气延迟的影响：
GPS原理及应用
2、载波重建 GPS信号是一种调制波，因而GPS接收机接收到载波的 相位已不再连续，所以在进行载波相位测量以前，首 先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和 卫星电文去掉，重新获取载波，这一工作称为重建载 波。 重建载波一般可采用两种方法 码相关法：用户可同时提取测距码信号和卫星电文， 但用户必须知道测距码的结构； 平方法：用户无须掌握测距码的结构，但只能获得载 波信号而无法获得测距码和卫星电文。
(t
)
j i,iono
(t
)
ij (t)为卫星至接收机的几何距离
j2 i
(X
j
Xi )2
(Y
j
Yi )2
(Z
j
Zi )2
观测方程中有接收机坐标（X，Y，Z）和接收机钟差ti四个 未知数。因此GPS接收机必须同时至少测定4颗卫星的距离， 才能解算出接收机的三维坐标值。
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§5.3 载波相位测量及其观测方程 一、引言 1、载波相位测量的优缺点 优点： 码相位测量的精度较低。 P码伪距量测精度为30 cm， C/A码伪距精度为3m左右。 载波相位测量的精度比码相位测量的精度要高。目前， GPS测地型接收机的载波相位测量精度一般为1~2mm， 有的精度更高。 缺点： 整周模糊度问题 周跳问题
三、GPS卫星定位的方法 1、依据定位所采用观测值的类型：
伪距法定位 载波相位测量定位 差分GPS定位 2、根据接收机的运动状态： 静态定位 动态定位 3、按照参考点的不同位置： 绝对定位（单点定位） 相对定位
GPS原理及应用
GPS原理及应用
说明： 实际应用中，上述各种GPS定位方法，是相互交叉和 联系的。 比如： （1）在静态定位和动态定位中，均包含绝对定位和相 对定位两种方式。绝对定位有伪距法定位、载波相位 测量定位；相对定位有伪距法定位、载波相位测量定 位以及差分GPS定位。 （2）为了缩短观测时间，提高作业效率，在上述基本 定位方式的基础上，近年来又发展了一些快速定位的 方法，如准动态相对定位法和快速静态相对定位等。
GPS原理及应用
表1：基于伪距的GPS相对定位
名称
简写
相对定位距 离
观测值
采用 星历
误差修正方 式
精度
常规伪距差 CDGPS 分
<200km C/A码伪距
广播 星历
综合伪距误 差
1～5m
广域差分系 WADGPS 统
<2000km C/A码伪距
广域增强系 统
WAAS
全球
C/A码伪距
局域增强系 统
LAAS
精密 星历
卫星钟差、 电离层、 对流层误 差修正
0.1～0.4m
GPS原理及应用
§5.2 码相位测量及其观测方程 一、码相位观测 码相位观测，就是测量GPS卫星发射的测距码信号C/A 码或P（Y）码，到达用户接收机天线的传播时间，也 称为时间延迟测量。
测
卫星发射的测距码
定
伪
距
到达接收机
的
示
意
图 τ 接收机产生的测距码
双差 相位
广播星历 或精密星
历
数学模型 解算
10-3～10-4 10-3～10-4
实时双差 动态定位
RTK
5m～10km
双差
相位
广播
基准站相
星历
位误差修
10-3
正
网络实时 动态定位
Network 5m～50km RTK
双差 相位
广播
网络相位
星历
误差修正
10-3
全球动态 定位
Global RTK
全球
相位
ti
t
j
1 c
(trop
iono
)
卫星钟差 t j：卫星钟时间和标准GPS时之间的时间偏 差。
接收机钟差 ti :接收机钟时间和标准GPS时之间的时间 偏差。
ti ti tGPS
t j t j tGPS
GPS原理及应用
电离层延迟引起的距离偏差： 在天顶方向可达50m，在接近地平方向时（高度角 为20°）则可达150m 对流层延迟引起的距离偏差： 它随着用户高程及其气象要素的不同而变化，且 与信号的高度角有关。在天顶方向，其影响达2.3 m，在高度角为10°时，其影响可达20m 。
<10km C/A码伪距
精密 星历
精密 星历
广播 星历
卫星钟差改 正、电离层
改正
1～5m
卫星钟差改 正、电离层
改正
1～5m
卫星钟差改 正、电离层
改正
0.1～0.5m
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表2：基于载波相位观测值的GPS相对定位
名称
简写
相对定位 距离
观测值
采用 星历
误差修正 方式
精度
双差静态
DD
定位
5m～ 3000km
12
2 2
(X (X
X 1)2 X 2)2
(Y (Y
Байду номын сангаас
Y Y
1 2
)2 )2
(Z (Z
Z1)2 Z 2)2
2 3
(X
X
3)2
(Y
Y
3)2
(Z
Z 3)2
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二、 GPS基本观测量 1.码相位观测量：
测码伪距 2. 载波相位观测量：
相位观测值或测相伪距； 伪距： 由卫星发射的测距码信号到达接收机天线的传播时间 乘以光速得出的量测距离。由于卫星钟、接收机钟的 误差以及卫星信号经过电离层和对流层中的延迟影响， 实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离之间，不 可避免地会存在一定差值，所以称其为“伪距”。
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四、GPS卫星定位的精度
伪距绝对定位 民用C/A码实时伪距绝对定位：坐标分量精度5~10m； 三维综合精度15m~30m； 军用P码实时伪距绝对定位：坐标分量精度1~3m；三 维综合精度3m~6m； 载波相位观测值绝对定位 实时或准实时定位：坐标分量精度0.1~0.3m； 事后24小时连续定位：三维精度可达2~3cm。
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第五章 GPS定位基本原理
测距交会法是常用的定点方法
空间三维距离交会
A
B
P
平面二维距离交会
A(x1,y1)
B(x2,y2)
C
P (x,y)
一、定位基本原理 设GPS卫星的三维坐标分别 为(Xj，Yj，Zj)，那么，距离 交会法求解P点3维坐标 （X, Y, Z）的观测方程为：
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