GPS静态测量原理论文

西华师范大学高等职业技术学院期末论文论文题目：GPS静态测量原理Subject：Gpsstaticmeasureprinciple题目：GPS静态测量原理班级：2009级1班专业：工程测量指导老师：覃发超学生姓名：胡宗学学号：200912630109日期：2011年6月26日西华师范大学高等职业技术学院期末论文1题目：GPS静态测量原理择要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。（1）索引：GPS、静态定位西华师范大学高等职业技术学院期末论文2Subject：GpsstaticmeasureprincipleAbstractGpslocationofthebasicprincipleasgpssatellitestotheusersreceiverantenna（orthedistancebetweendistanceandpoor）forobserving，Onthebasisofknownsatellitetransientcoordinatesanduseofspacefairfromtherear，Determineuserreceivingantennasthecorrespondingobservationstationpositions.Gpsreceiversonthelocationofstaticlocatethepositionremainedmotionless，Containsanabsoluteandrelativelocationlocatedintwoways.Bothstaticabsoluteorrelativepositionofstatic,onwhichtheobservationsofasatellitetoobservationstationfrom,observationsoftheamountofdifferentlocation,staticandaremeasuredinapositionfromstaticandareinastatic.basedonthecarrierwavesismeasuredrelativeconjunctionsofstatic,istheaccuracyoftheway.Keywords：GPS、Staticpositioning西华师范大学高等职业技术学院期末论文1目录中文摘要…………………………………………………（1）英文摘要…………………………………………………（2）一、静态定位概述………………………………………（2）二、静态绝对定位原理…………………………………（3）二.一、伪距观测方程的线性化…………………………（3）二.二、伪距法绝对定位的解算…………………………（3）二.三、用载波相位观测值进行静态绝对定位……………（4）三、静态相对定位原理…………………………………（4）三.一、观测量的线性组合………………………………（5）三.二、观测方程的线性化及平差模型……………………（5）四、整周未知数的确定方法……………………………（6）四.一、经典静态相对定位法确定整周未知数……………（7）四.二、交换天线法确定整周未知数……………………（8）四.三、P码双频技术确定整周未知数……………………（8）五、周跳分析……………………………………………（9）五.一、利用单差观测值的高次差探测与修复周跳………（10）五.二、利用双差观测值的高次差探测与修复周跳………（10）五.三、利用平差后的残差探测与修复周跳……………（11）参考文献…………………………………………………（12）西华师范大学高等职业技术学院期末论文2一、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。在多个观测站同西华师范大学高等职业技术学院期末论文3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。二、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。二.一、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:0000000002221/20000(/)()/(/)()/(/)()/[()()()]jjjxsjjjysjjjzsjjjjsssddxXXlddyYYmddzZZnXXYYZZ式中:则伪距观测方程的线性化形式为：jjjjtkzyxjjjjtccnml210)(二.二、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：西华师范大学高等职业技术学院期末论文4)215(111144241433231322221211211144433322211140302010tctctctcnmlnmlnmlnmlzyxTijjjjjjzyxiLLLLLtcLXnmlnmlnmlnmlAT43210214443332221111111令则（5-21）式可简写为：)225(0iiLXA当同步观测的卫星数多于四颗时，则可组成误差方程式：)235(iiiLXAV按最小二乘法解算：)245()()(1iTiiTiLAAAX权系数阵：)255()(1iTixAAQ未知数的中误差为：)265(0iixqM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。二.三、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。三、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。西华师范大学高等职业技术学院期末论文5三.一、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：)()()()(121121ijijikiktttt和，和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:12211221()()()()()()(5-39)kkkiiijjjiiiSDtttSDttt对ti+1历元可列出类似的单差观测值。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:)415()()()()()()()(1212121212ikikijijikijikjtttttSDtSDtDD对ti+1历元可列出类似的双差观测值。3.三差（Triple-Difference——TD）：于不同历元，同步观测同一组卫星，所得观测量的双差之差。表达式为：12112112(,)()()(542)kjkjkjiiiiTDttDDtDDt载波相位原始观测量的不同线性组合，都可作为相对定位的相关观测量。三.二、观测方程的线性化及平差模型首先将前面所述的载波相位测量的观测方程线性化，设测站k的坐标近似值向量为)(0000kkkkzyxX，其改正数向量为)(kkkkzyxX，则其线性化形式为：0()[()()()](5-43)kjjjjjkkkkkkkxtltmtntyz1.单差观测方程的误差方程式模型将上式代如单差观测值模型,得其相应的误差方程为：222222()()()()()()(5-48)jjjjjjxfvtltmtntyfttNLtcz式中:)())()((121020tSDttcfLjjjj。若两观测站同步观测卫星数为nj，则误差方程组为：西华师范大学高等职业技术学院期末论文6)(...)()(...)(1...11)()()(.........)()()()()()()(...)()(212122222222222212121221tLtLtLNNNttfzyxtntmtltntmtltntmtlcftvtvtvjjjjjjnnnnnn若进一步假设同步观测同一组卫星的历元数为nt，同理可列出相应的误差方程组。按最小二乘法求解未知参数。2.双差观测方程的误差方程式模型模型两观测站，同步观测卫星和Sk，并以Sj为参考卫星，同理可求得双差观测方程的误差方程式为：222222()()()()()(5-52)kkkkkkxfvtltmtntyNltcz