GPSppt-7定位基本原理.

《GPS原理及其应用》主讲：付建红遥感信息工程学院第七讲GPS定位的基本原理《GPS原理及其应用》遥感信息工程学院GPS测量定位方法分类定位模式绝对定位（单点定位）相对定位差分定位定位时接收机天线的运动状态静态定位：天线相对于地球坐标系静止动态定位：天线相对于地球坐标系运动准动态定位：搬站过程中保持信号连续观测遥感信息工程学院获得定位结果的时效事后定位实时定位观测值类型伪距测量载波相位测量GPS测量定位方法分类遥感信息工程学院单点定位相对定位差分GPS主要内容遥感信息工程学院§7.1单点定位GPS单点定位的概念GPS单点定位的几何原理GPS单点定位的求解GPS单点定位小结遥感信息工程学院我在哪里？遥感信息工程学院遥感信息工程学院航空摄影摄区遥感信息工程学院遥感信息工程学院遥感信息工程学院1、GPS单点定位的概念GPS单点定位是指根据卫星星历以及单台GPS接收机观测值来确定测站点在WGS84坐标系中绝对坐标的方法，也称为绝对定位。O（0,0,0）XYZ（X,Y,Z）（XS,YS,ZS）遥感信息工程学院优点：一台接收机单独定位，观测简单，可瞬时定位缺点：精度主要受系统性偏差的影响，定位精度低应用领域低精度导航、资源普查、军事、...遥感信息工程学院在待测点上设站，向3个或3个以上已知点进行角度观测，通过后方交会方法求出待测点的坐标。平面后方交会方法回顾21312遥感信息工程学院2、GPS单点定位的几何原理观测一颗卫星测站位于以卫星位置为球心，站星距离为半径的球面上。2121211)()()(ZZYYXXR(X1,Y1,Z1,)(X,Y,Z,)遥感信息工程学院2、GPS单点定位的几何原理观测两颗卫星做两个球面两球面相交为一个圆测站位于圆上2121211)()()(ZZYYXXR2222222)()()(ZZYYXXR(X2,Y2,Z2,)(X1,Y1,Z1,)2、GPS单点定位的几何原理观测三颗卫星做三个球面三个球面相交为两点测站位于其中一点上(X3,Y3,Z3,)(X2,Y2,Z2,)(X1,Y1,Z1,)2121211)()()(ZZYYXXR2222222)()()(ZZYYXXR2323233)()()(ZZYYXXR遥感信息工程学院2、GPS单点定位的几何原理GPS单点定位方法的实质是空间距离后方交会观测一个站星距离观测两个站星距离观测三个站星距离观测三个站星距离＋地球球面圆两点一点遥感信息工程学院3、GPS单点定位的求解232323322222222121211)()()()()()()()()(ZZYYXXRZZYYXXRZZYYXXRearthRZYX222遥感信息工程学院GPS卫星在“T”时刻发射信号GPS接收机于“T+△t”时刻接收到信号站星距离=△t×光速电离层对流层遥感信息工程学院由于大气误差的影响，GPS卫星钟和GPS接收机钟都含有误差，造成星站距离观测值并非星站几何距离。atmosSRatmosTtCtC)(~atmosGPSSGPSRdTTdttC))()((_atmosGPSSGPSRδdTCdtCTtC)(_atmosdTCdtCR遥感信息工程学院atmosSSSdTCdtCYYYYXX222)()()(~大气引起的误差卫星钟差接收机钟差测站坐标卫星坐标伪距观测值::::),,(:),,(:~atmosSSSδdTdtZYXZYXatmosSSSδdTZYX大气误差卫星钟差误差卫星坐标已知：),,(dtZYX接收机钟差测站坐标求：),,(遥感信息工程学院(X,Y,Z,dt)S1S2S3S444444333332222211111),,,(,~),,,(,~),,,(,~),,,(,~dTZYXdTZYXdTZYXdTZYX442424244332323233222222222112121211)()()(~)()()(~)()()(~)()()(~atmosatmosatmosatmosCdTCdtZZYYXXCdTCdtZZYYXXCdTCdtZZYYXXCdTCdtZZYYXX遥感信息工程学院iatmosiiiiiCdTCdtZZYYXX222)()()(~给定待定点的初始坐标(X0,Y0,Z0)iatmosiiiiiiiiiCdTCdtdZRZZdYRYYdXRXXR0000000~2020200)()()(ZZYYXXRiiiiiiiiiiiiiRZZnRYYmRXXl000000,,令：)4,3,2,1(~0idTdtdZndYmdXlRiatmosiiiiiiCdtiCdT遥感信息工程学院432143214443332221114030201043211111~~~~atmosatmosatmosatmosdTdTdTdTdtdZdYdXnmlnmlnmlnmlRRRR43214321403020104321444333222111~~~~,,1111atmosatmosatmosatmosdTdTdTdTRRRRLdtdZdYdXXnmlnmlnmlnmlA0LXALAX1TTTdZdYdXZYXZYX)()()(000遥感信息工程学院natmosatmosatmosnnnnnndTdTdTdtdZdYdXnmlnmlnmlRRR21212221110201021111~~~natmosatmosatmosnnnnnndTdTdTRRRLdtdZdYdXXnmlnmlnmlA21210201021222111~~~,,111观测到多颗卫星遥感信息工程学院LXAVLAA)(AδXT1T40nmVVT120)(AADTδXmTTTdZdYdXZYXZYX)()()(000遥感信息工程学院DOP（DilutionofPrecision）GDOP–GeometryDilutionofPrecisionPDOP–PositionDilutionofPrecisionTDOP–TimeDilutionofPrecisionHDOP–HorizontalDilutionofPrecisionVDOP–VerticalDilutionofPrecision遥感信息工程学院1)(AAQTtttZtYtXZtZZZYZXYtYZYYYXXtXZXYXXqqqqqqqqqqqqqqqqQttZZYYXXqqqqGDOPZZYYXXqqqPDOP遥感信息工程学院ttqTDOPHHqVDOPEENNqqHDOPN,E,H为站心坐标系下的坐标分量遥感信息工程学院DOP值与定位精度DOP值的性质DOP值与单点定位时，所观测卫星的数量与分布有关，它所表示的是定位的几何条件DOP值越小，定位的几何条件越好为用户等效距离误差为位置中误差，其中，URAmPDOPURAmpospos遥感信息工程学院GPS单点定位计算过程计算观测卫星的位置（Xi,Yi,Zi）,卫星钟差dTi,大气误差改正得到伪距观测值确定未知数初值（X0,Y0,Z0）组成误差方程式解求坐标未知数改正数迭代计算，并检查是否收敛iδ信号发送时刻还是信号接收时刻？信号发送时刻的卫星位置，在信号接收时刻地球坐标系下的坐标。i~遥感信息工程学院4、GPS单点定位小结GPS单点定位的实质是空间距离后方交会；要同时确定测站坐标和接收机钟差必须同时观测四颗或四颗以上卫星；GPS单点定位求解测站坐标一般需要迭代计算。说明:首历元计算时，初始值(0,0,0)，需迭代3-5次其后历元令，迭代1-2次iiXX01遥感信息工程学院7.2精密单点定位（PPP–PrecisePointPositioning）特点主要采用载波相位观测值采用精密卫星轨道和卫星钟差数据采用复杂的数学模型定位精度厘米级用途全球高精度测量卫星定轨遥感信息工程学院载波相位单点定位的误差方程iatmosiiiiiiδλNCdTCdtZZYYXXλφ222)()()(载波相位观测方程iatmosiiiiiiiiδCdTλφρλNCdtdZndYmdXlV0如果某个历元观测了n颗卫星则误差方程个数为：n未知数个数为：(4+n)是否可解？遥感信息工程学院静态情况下k个历元里，每历元均观测了n颗相同的卫星误差方程个数为：k×n未知数个数为：3+k+n什么情况下可解？k×n(3+k+n)遥感信息工程学院knknknknnkknknknknkkkkkkkkknnnnnnnnnnnnnnnnnδCdTλφρλNCdtdZndYmdXlVδCdTλφρλNCdtdZndYmdXlVδCdTλφρλNCdtdZndYmdXlVδCdTλφρλNCdtdZndYmdXlVδCdTλφρλNCdtdZndYmdXlVδCdTλφρλNCdtdZndYmdXlV0111101111121222022222212121210122121212111110111111111111101111111111.........误差方程式为:遥感信息工程学院；；；TnkknknknkkknnnnnnknknnNNNdtdtdtdZdYdXXλnmlλnmlλnmlλnmlλnmlλnmlAvvvvvvLAX...001.00...........0.01.00.000.10...........0.00.10.000.01...........0.00.01VV21211112222121211111111111221111用矩阵形式表示为:遥感信息工程学院nkknVVσQσDAAQLAAAX3)()(T0201TT1T；；；解为：knknkknkkkknnnnnnρδdtλφρδdtλφρδdtλφρδdtλφρδdtλφρδdt