差分定位原理(精)

相对定位原理
• 采用差分观测值的缺陷 – 数据利用率低 • 只有同步数据才能进行差分 – 引入基线矢量替代了位置矢量 – 差分观测值间具有了相关性，使处理问题复杂化 • 参数估计时，观测值的权阵 – 某些参数无法求出 • 某些信息在差分观测值中被消除
相对定位原理
• • • • • • • ������ 位置差分原理 位置差分GPS是一种最简单的差分方法。安置在已 知点基准站上的GPS接收机，经过对4颗及4颗以上的卫星 观测，便可实现定位。先求出基准站的坐标(X′，Y′， Z′)，由于存在着卫星星历、时钟误差、大气折射等误 差的影响，该坐标与已知基准站坐标(X，Y，Z)不一样， 存在误差。即：
• • • • •
5、整周未知数的动态求解 ������ 最小二乘搜索法 ������ 最小二乘模糊度不相关法（LAMBDA） ������ 模糊度函数法 ������ 综合法（AOTF）
载波相位实时动态差分技术
• 6、载波相位实时动态差分技术 • ——RTK（Real Time Kinematic）GPS技术实 时差分动态（Real Time Kinematic——RTK） 测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术 相结合而构成的组合系统。它是GPS测量技 术发展中的一个新的突破。RTK 测量技术， 是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS 测量技术。RTK 测量技术是准动态测量技术 与AROTF算法和数 • 据传输技术相结合而产生的，它完全可以 达到“精度、速度、实时、可用”等各方 面的要求。
• 应用
– 相对定位是目前GNSS定位中精度最好的一种定位方法，广泛的应用于 大地测量、精密工程测量。
相对定位原理
• 特点
– 优点：定位精度高 – 缺点： • 多台接收共同作业，作业复杂 • 数据处理复杂 • 不能直接获取绝对坐标
相对定 i Ni cVtR cVt S Vion i Vtrop i






P f f f P P P AB f Vt AB N AB Vion AB Vtrop AB c c c P AB
相对定位原理
• 双差
– 不同观测站同步观测同一组卫星，所得单差观测值之差。
相对定位原理
• 双差数学表达
测站A、B对卫星p 、q的单差观测方程为： P f f f P P P P AB AB f Vt AB N AB Vion AB Vtrop AB c c c q f f f q q q q AB AB f Vt AB N AB Vion AB Vtrop AB c c c 上面两式子相减得到： pq f f f pq pq pq pq AB AB N AB Vion AB Vtrop AB c c c 在两个测站距离较近时，电离层和对流层可以认为已经差掉
相对定位原理
• 位置差分的优点是需要传输的差分改正数较少， • 计算方法较简单，任何一种GPS接收机均可改装成 这种差分系统。其缺点主要为： • （1)要求基准站与用户站必须保持观测同一组卫
• 星，由于基准站与用户站接收机配备的不完全相 同，且两站观测环境也不完全相同，因此难以保 证两站观测同一组卫星，并会导致定位所产生的 误差可能会不很匹配，从而影响定位精度。 • （2)位置差分定位效果不如伪距差分好
P A P P B A
f P V ion A c f P V ion B c
P f V trop A c P f V trop B c
f P f P P P P P f V V N N V V B A tB tA B A c ion B ion A c P P f Vtrop Vtrop B A c 简写为：
载波相位差分
• 载波相位差分原理 • 载波相位差分GPS有两种定位方法，一种与 伪距差分相同，基准站将载波相位的修正 量发送给用户站，以对用户站的载波相位 进行改正实现定位，该方法称为修正法。 • 另一种是将基准站的载波相位发送给用户 站，并由用户站将观测值求差进行坐标解 算，这种方法称为求差法。
pq AB

f pq pq AB N AB c
二、相对定位原理
• 三差
– 不同历元同步观测同一组卫星所得双差观测量之差。
相对定位原理
• 三差数学表达
pq f f f pq pq pq AB t N V t V 1 ion AB 1 trop AB t1 AB c c c pq f f f pq pq pq pq t2时刻： AB t2 AB t2 N AB Vion AB t2 Vtrop t2 AB c c c f f pq pq pq pq pq pq AB t t V t V t2 AB t1 AB 2 AB 1 ion AB 2 ion AB t1 c c pq pq f V t V t trop 2 trop 1 AB AB c pq t1时刻： AB t1
相对定位原理 • 伪距差分原理 • 其定位基本公式如下：
相对定位原理 • 由于伪距差分可提供单颗卫星的距离改正数 δDi，因此用户站可选其中任意4颗相同卫星 的伪距改正数进行改正，而不必要求两站观 测的卫星完全相同，且伪距改正数是直接在 WGS-84坐标系上进行的，是一种直接改正数 ，不必先变换为当地坐标，定位精度更高， 且使用更方便。
相位平滑伪距差分
• 相位平滑伪距差分原理 • 虽然整周数无法获得，但可由多普勒频率 计数获得载波相位的变化信息，即可获得 伪距变化率的信息，可利用这一信息来辅 助伪距差分定位，称为载波多普勒计数平 滑伪距差分； • 另外，在同一颗卫星的两历元间求差，可 消除整周未知数，可利用历元间的相位差 观测值对伪距进行修正，即所谓的相位平 滑伪距差分。
RTK
• • • • • • RTK – Real Time Kinametic（实时动态差分） ������ 系统构成 ������ 参考站（基准站） ������ 流动站 ������ 数据链 ������ 应用
广域差分GPS技术
• 三、广域差分GPS技术 • ������ 差分GPS系统与单站差分GPS（SRDGPS ） • ������ 局部区域差分（LADGPS） • ������ 广域差分GPS系统（WADGPS） • ������ 增强型的差分GPS系统
载波相位差分
• 载波相位差分原理 • 载波相位差分GPS定位与伪距差分GPS原理 相类似，其基本思想是：在基准站上安置 一台GPS接收机，对卫星进行连续观测，并 通过无线电传输设备实时地将观测数据及 站坐标信息传送给用户站；用户站一方面 通过接收机接收GPS卫星信号，同时还通过 无线电接收设备接收基准站传送的观测数 据，然后根据相对定位原理，实时地处理 数据，并能实时地以厘米级的精度给出用 户站的三维坐标。
i
相对定位原理
• 相对定位的类型
– 同类型同频率观测值的线性组合 单差 双差 三差 – 同类型不同频率观测值的线性组合（了解） 宽巷 窄巷
相对定位原理
• 求差的方法
– 单差形式 在接收机（测站）间求差 在卫星间求差 在历元间求差
– 二次差形式 在接收机和卫星间求二次差 在接收机和历元间求二次差 在卫星和历元间求二次差 – 三次差形式 在接收机、卫星和历元间求三次差
i
VtR：只与接收机有关 Vt S ：只与卫星有关
Vion i 、 Vtrop i ：与信号传播的路径有关，距离较近时有很强的相关性
两边同时除以 f f f i i Ni fVtR fVt S Vion i Vtrop i i c c c
为便于表示，把测站A对卫星P的观测方程记为： P f P f f P P P A A fVt A fVt P N A Vion A Vtrop A c c c
相对定位原理 • 由于伪距差分定位依赖于两站公共误差的 抵消来提高定位精度，误差抵消的程度决 定了精度的高低。而误差的公共性在很大 程度依赖于两站距离，随着两站距离的增 加，其误差公共性逐渐减弱，例如对流层 、电离层误差。因此用户和基准站之间的 距离对精度有着决定性的影响，用户站离 基准站的距离越大，伪距差分后的剩余误 差越大，定位精度越低。
相对定位原理
• 相对定位
– 确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法，称为相对定位 。
相对定位原理
• 使用观测值
– 载波相位（L1、L2载波） – 原因：
• 载波波长比较短，测量精度高。 • 不同载波相位观测量的组合可以消除或削弱误差。
• 定位结果
– 与所用星历同属一坐标系的基线向量（坐标差）及其精度信息
• 式中：ΔX、ΔY、ΔZ为坐标改正数，基准站利用数据链 • 将坐标改正数发送给用户站。
相对定位原理
• 位置差分原理 • 用户站用接收到的坐标改正数对其坐标进行改正 ：
• 经过坐标改正后的用户坐标已消去了基准站与用 户站的共同误差，如卫星星历误差、大气折射误 差、卫星钟差、SA政策影响等，提高了定位的精 度。
DGPS
• 1、什么是差分GPS（DGPS – Differential GPS ） • 基本思路：利用设于坐标已知的参考站，计 算各类改正数������ • 影响GPS测量定位的误差
DGPS
• 误差的特性 • ������ 卫星轨道误差：影响大小与测站位置 有关，距离较近时，影响大小相近（误差 的空间位置相关性） • ������ 卫星钟差：影响大小与测站无关 • ������ 大气折射（电离层、对流层折射）： 影响具有空间位置相关性 • ������ SA：Epsilon可以归于卫星轨道误差， Dither可归于卫星钟差 • ������ 多路径：与测站有关，测站间无关