GPS静态测量原理 测量111 李博周

辽宁林业职业技术学院

林学系

辽宁林业职业技术学院

毕业设计

学 院 辽宁林业职业技术学院 所 属 系 部 林学系 专 业 名 称 工程测量技术 学 制 3年 年 级 2011级 姓 名 李博周 指 导 教 师 王旭

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指导教师对毕业论文(设计)的评语：

指导教师签字： 年 月 日 答辩委员会评语：

答辩组组长签字： 年 月 日 答辩成绩： 答辩组组长签字： 年 月 日

GPS 静态测量原理

摘要

GPS定位的基本原理是以GPS卫星至用户接收机天线之间的距离（或距离差）为观测量，根据已知的卫星瞬时坐标，利用空间距离后方交会，确定用户接收机天线所对应的观测站的位置。GPS静态定位指接收机在定位过程中位置静止不动，包含绝对定位和相对定位两种方式。无论是静态绝对定位还是静态相对定位，所依据的观测量都是卫星到观测站的伪距，根据观测量的不同，静态定位又可分为测码伪距静态定位和测相伪距静态定位。基于载波相位测量的静态相对定位，是目前精度最高的一种方式。

关键词：GPS、后方交会、静态定位、伪距、精度

目录

GPS简介 1 1 静态定位概述 2 2 静态绝对定位原理 3 2.1 伪距观测方程的线性化 3 2.2 伪距法绝对定位的解算 3 2.3 用载波相位观测值进行静态绝对定位 4 3 静态相对定位原理 5 3.1观测量的线性组合 5 3.2观测方程的线性化及平差模型 5 4 整周未知数的确定方法 7 4.1经典静态相对定位法确定整周未知数 7 4.2 交换天线法确定整周未知数 8 4.3 P码双频技术确定整周未知数 8 5 周跳分析 10 5.1利用单差观测值的高次差探测与修复周跳 10 5.2利用双差观测值的高次差探测与修复周跳 10 5.3利用平差后的残差探测与修复周跳 11 致谢 12 参考文献 13

GPS简介

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications)-简称GPS。另外一种解释为G/s（GB per s）。

1 静态定位概述

在定位过程中，接收机的位置是固定的，处于静止状态，这种定位方式称之为静态定位，根据参考点的位置不同，静态定位又包括绝对定位和相对定位两种方式。

绝对定位（也叫单点定位）以卫星与观测站之间的距离（距离差）观测为基础，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定观测站的位置，其实质就是测量学里面的空间后方交会。由于卫星钟与接收机钟难以保持严格同步，所测站星距离均包含了卫星钟与接收机钟不同步的影响，故习惯的称之为伪距。卫星钟差可以根据导航电文中的参数进行改正，而接收机钟差通常难以确定。一般将接收机钟差作为未知参数，与观测站的坐标一并求解。因此，进行绝对定位在一个观测站至少需要同步观测4颗卫星才能求出观测站三维坐标分量与接收机钟差4个未知参数。

当接收机处于静止状态下，用于确定观测站绝对坐标的方法称之为静态绝对定位。这时，由于可以连续的测定卫星至观测站的伪距，所以可获得充分多余观测量，相应的可以提高定位的精度。单点定位没有测站的同步数据可以比较，大气折光、卫星钟差等误差项就无法通过同步观测的线性组合加以消除或减弱，只能依靠相应的模型来修正。因此，静态绝对定位目前只能达到厘米级精度。

静态相对定位，就是将多台GPS接收机安置在不同的观测站上，保持各接收机固定不动，同步的观测相同的GPS卫星，以确定各观测站在WGS-84坐标系中的相对位置或基线向量的方法。在多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星轨道误差、卫星钟差、接收机钟差、电离折射误差和对流层折射误差等，对观测量的影响具有一定的相关性，所以，利用这些观测量的不同组合进行相对定位，便可有效的消除或减弱上述误差的影响，从而提高相对定位的精度。静态相对定位一般采用载波相位观测量作为基本观测量，这一点位方法，是目前GPS定位中精度坐高的一种。

2 静态绝对定位原理

静态绝对定位以卫星至观测站的伪距为观测量，根据已知卫星的瞬时坐标，同步观测至少4颗卫星来确定观测站的位置。静态绝对定位要求接收机静止不动，静止不动意味着在一个待测点上可获取更多的观测量，一般来说多余的观测量越多，相对定位的精度就越高。 2.1 伪距观测方程的线性化

将任一个历元的卫星j

至测站k的伪距观测方程展开成台劳级数取一次项即可。000TXYZ, Txyz

分别为测站坐标的近似值与改正数，tk为接收机钟差，令:

则伪距观测方程的线性化形式为：

2.2

伪距法绝对定位的解算

对任一历元同步观测的四颗卫星j=1,2,3,4,令tkc=，则方程组形式如下：

（2-21）

则（2-21）式可简写为：

（2-22）

当同步观测的卫星数多于四颗时，则可组成误差方程式：

按最小二乘法解算：

权系数阵：

未知数的中误差为：

静态定位多个历元的方程组成了一个大的方程组，还是按最小二乘法求解即可，不过要注意接收机钟差随时间的变化如何处理。

2.3 用载波相位观测值进行静态绝对定位

应用载波相位观测值进行静态绝对定位需加入电离层、对流层改正，探测出周跳并修复，并且固定整周未知数，解算的结果高于伪距绝对定位。

（2-26） （2-25）

（2-24） （2-23）

3静态相对定位原理

相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用两台以上的接收机，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。静态相对定位一般均采用载波相位观测值（或测相伪距）为基本观测量，对中等长度的基线（100-500km），相对定位精度可达10-6-10-7甚至更好。 3.1 观测量的线性组合

假设安置在基线两端点的接收机1、2，在历元ti和

ti+1对GPS卫星k和j进行了同步观测，可以得到如下的载波相位观测量：

目前普遍采用的差分组合形式有三种：

1.单差（Single-Difference

——SD）:在不同观测站，同步观测相同卫星所得观测量之差。表示为:

对ti+1历元可列出类似的单差观测值。

(3-11)

2.双差（Double-Difference——DD）：在不同观测站，同步观测同一组卫星，所得单差之差。符号表示为:

对ti+1历 …… 此处隐藏：2294字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……