精密单点定位技术应用与软件

测绘学院卫星应用工程研究所精密单点定位技术、软件及应用精密单点定位技术、软件及应用张小红测绘学院卫星应用工程研究所主要内容„1标准单点定位„2精密单点定位概念„3精密单点定位实现及TriP软件„4精密单点定位用实例分析„5精密单点定位的优势„6精密单点定位的应用前景„7全球实时精密单点定位(GlobalRTK)„8软件演示测绘学院卫星应用工程研究所GNSSGNSS全球导航卫星系统全球导航卫星系统卫星定位系统的三大部分空间飞行的GPS卫星Galileo星座测绘学院卫星应用工程研究所测绘学院卫星应用工程研究所GPS单点定位基本概念„GPS单点定位‰GPS单点定位通常是指利用GPS直接确定观测站在WGS-84坐标系中的绝对坐标的一种定位方法，单点定位也叫绝对定位。测绘学院卫星应用工程研究所GPS单点定位的几何原理„一个站星距离‰测站位于以卫星为球心，站星距离为半径的球面上测绘学院卫星应用工程研究所GPS单点定位的几何原理„两个站星距离‰作两个球面‰两个球面相交为圆‰测站位于圆圈上测绘学院卫星应用工程研究所GPS单点定位的几何原理„三个站星距离‰作三个球面‰三个球面两两相交于两点‰测站位于其中一点测绘学院卫星应用工程研究所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‰一个站星距离=球面‰两个站星距离=圆‰三个站星距离=两点‰三个站星距离+地球=一点测绘学院卫星应用工程研究所2121211)()()(ZZYYXXRsss−+−+−=2222222)()()(ZZYYXXRsss−+−+−=2323233)()()(ZZYYXXRsss−+−+−=阈值−++earthRZYX222GPS单点定位的数学原理测绘学院卫星应用工程研究所卫星信号于“T”时刻发射GPS接收机于“T+Δt”收到信号站星距离=信号传播时间x光速XllVlXllllllllVVVllVlllXlX测绘学院卫星应用工程研究所„信号传播时间的测定，GPS设计者非常聪明‰保持GPS卫星钟同GPS接收机钟同步‰GPS卫星和接收机同时产生相同的信号‰采用相关技术获得信号传播时间„GPS卫星钟和GPS接收机钟难以保持严格同步，用相关技术获得的信号传播时间含有卫星钟和接收机钟同步误差的影响。dTdtatmosRdTcdtcTtcdTTdttcTtctcPGPSGPSGPSGPSsRSRSRδδδ−++=×−×+−×=+−+×=−×=Δ×=)())()(()(测绘学院卫星应用工程研究所dTdtatmosZZYYXXPsssδδδ−++−+−+−=222)()()(：大气延迟误差：卫星钟差：接收机钟差：测站坐标（：卫星坐标（：站星真实几何距离：伪距观测值atmosdTdtZYXZYXRPsssδδδ),,),,GPS单点定位的数学模型)(),,()(),,(dtZYXdTZYXPSSSδδ接收机钟差，测站坐标求：卫星钟差，卫星坐标，伪距观测值已知：dTdtatmosRPδδδ−++=测绘学院卫星应用工程研究所43214443332221114321dTdTdTdTZYXZYXZYXZYXPPPPssssssssssssδδδδ⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛112121211)()()(dTdtatmosZZYYXXPsssδδδ−++−+−+−=222222222)()()(dTdtatmosZZYYXXPsssδδδ−++−+−+−=332323233)()()(dTdtatmosZZYYXXPsssδδδ−++−+−+−=442424244)()()(dTdtatmosZZYYXXPsssδδδ−++−+−+−=测绘学院卫星应用工程研究所iiiisiisiisiidTdtatmosdZRZZdYRYYdXRXXRPδδδ−++−−−−−−=0000000iisiiisiiisiRZZnRYYmRXXl000000−=−=−=；；令：202020)()()(0ZZYYXXRisisisi−+−+−=),,(000ZYX：设待定点的近似坐标为iiisisisidTdtatmosZZYYXXPδδδ−++−+−+−=222)()()(4,3,2,1=iiiiiiiidTdtatmosdZndYmdXlRPδδδ−++−−−=0测绘学院卫星应用工程研究所⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡−⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡−−−−−⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡432143214443332221114030201043211111atmosatmosatmosatmosdTdTdTdTdtdZdYdXnmlnmlnmlnmlRRRRPPPPδδδδδδδδδLAxatmosatmosatmosatmosdTdTdTdTRRRRPPPPLdtdZdYdXxnmlnmlnmlnmlALxA14321432140302010432144433322211111110−−=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡−⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡−⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡−−−−==+δδδδδδδδδδδδ；；TTTdZdYdXZYXZYX)()()(000+=测绘学院卫星应用工程研究所⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡−⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡−−−−⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡nnnnnnnatmosatmosatmosdTdTdTdtdZdYdXnmlnmlnmlRRRPPPδδδδδδδ21212221110201021111120121210201021222111)()(111−−=−=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡−⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡−⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡−−−=+=PAAmDPLAPAAxatmosatmosatmosdTdTdTRRRPPPLdtdZdYdXxnmlnmlnmlALxAVTxTTnnnnnnnδδδδδδδδδδδ；；TTTdZdYdXZYXZYX)()()(000+=测绘学院卫星应用工程研究所GPS标准单点定位小结™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的卫星；™GPS单点定位求解测站坐标需要迭代计算；™模型中卫星位置应该是信号发射时刻卫星的位置。测绘学院卫星应用工程研究所SA关闭前后单点定位精度对比(FromtheUSSpaceCommand(IGEB,2000))测绘学院卫星应用工程研究所GPS相对定位差分相对定位测绘学院卫星应用工程研究所IGS组织（InternationalGPSService)测绘学院卫星应用工程研究所测绘学院卫星应用工程研究所IGS提供的产品包括:•GPSsatelliteephemerides（GPS卫星星历）•GLONASSsatelliteephemerides（GLONASS星历）•Earthrotationparameters（地球自转参数）•IGStrackingstationcoordinatesandvelocities（站坐标和速度）•GPSsatelliteandIGStrackingstationclockinformation（卫星钟和跟踪站原子钟信息）•Zenithtroposphericpathdelayestimates（天顶对流层延迟参数）•Globalionosphericmaps（全球电离层变化图）测绘学院卫星应用工程研究所星历类型精度延迟时间更新率采样间隔广播星历～200cm/~7ns实时－－－－预报星历(P)~10cm/~5ns实时一天四次15min预报星历(O)5cm/~0.2ns3小时一天四次15min快速星历5cm/0.1ns17小时每天一次15min/5min事后星历5cm/0.1ns～13天每周发布15min/5min不同IGS星历产品的精度测绘学院卫星应用工程研究所精密单点定位概念„精密单点定位(PPP-PrecisePointPositioning)指得是利用载波相位观测值以及IGS等组织提供的高精度的卫星星历及卫星钟差来进行高精度单点定位的方法。„精密单点定位的发展；„国内外精密单点定位软件；测绘学院卫星应用工程研究所ερPPHDkPMkTrokIkdTckdtckkPjfjjjfjjjf+++++⋅+⋅−=111)()()()()()()(ερPPHDkPMkTrokIkdTckdtckkPjfjjjfjjjf+++++⋅+⋅−=222)()()()()()()(IFjIFjjjjjIFPPHDkPMkTrokdTckdtckkPερ++++⋅+⋅−=)()()()()()(ερλΦ+Φ+Φ++−⋅+⋅−=Φ+⋅jfjjjfjjjfffHDkMkTrokIkdTckdtckkN11111)()()()()()()(ερλΦ+Φ+Φ++−⋅+⋅−=Φ+⋅jfjjjfjjjfffHDkMkTrokIkdTckdtckkN22222)()()()()()()(IFjIFjjjjjIFIFHDkMkTrokdTckdtckkAmbερΦ+Φ+Φ++⋅+⋅−=Φ+)()()()()()(IFjIFjjjjjIFIFHDkMkTrokdTckdtckkAmbερΦ+Φ+Φ++⋅+⋅−=Φ+)()()()()()(IFjIFjjjjjIFPPHDkPMkTrokdTckdtckkPερ++++⋅+⋅−=)()()()()()(精密单点定位数学模型伪距观测方程相位观测方程精密单点定位采用的观测值测绘学院卫星应用工程研究所IFIFPjIFjzdjjPkPkMkktCkkvεθδρδρ+−⋅+⋅+=)())(()()()()(IFIFkkAmbkMkktCkkvjIFjIFizdjjΦΦ+Φ−+⋅+⋅+=εθδρδρ)()())(()()()()(线性化)()()(kLkAXkV+=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∂Φ∂∂Φ∂∂Φ∂∂Φ∂∂Φ∂∂Φ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂===ambfftfZfYfXfambPfPftPfZPfYPfXPfAjnsatjzdjnsatjzd),1(),1()()()()()()()()()()()()(δρδδρδ待估参数:静态条件:动态条件:zpdNambrepocknumbektZYX],[,*)(,,,δδδδzpdNambrepocknumbektkZkYkX],[,*))(),(),(),((δδδδ测绘学院卫星应用工程研究所精密单点定位中的误差改正„相对论效应改正„卫星姿态影响‰卫星天线相位中心改正‰相位缠绕(GPS卫星发射右旋极化的无线电波)„高采样率的卫星钟差(5min/30sec)„同测站有关的改正‰地球固体潮汐‰大洋负荷潮汐‰地球自转参数的日变化改正(Sub-dailyERP)„天顶对流层参数估计„模型、改正和解算策略同IGS的兼容性测绘学院卫星应用工程研究所精密单点定位的难点„非差相位的周跳探测；„正确处理各项改正；„参数的估计方法；¾参数太多¾参数的个数动态变化„ZPD的估计方法；„定位解算的收敛时间；„软件的稳健性，容错性，可靠性；测绘学院卫星应用工程研究所精密单点定位的技术特点„单机定位„非差模型„载波相位定位„精度高„不受作用距离限制测绘学院卫星应用工程研究所精密单点定位的优势„不需要架设基准台站；„单台接收机实现高精度的静态、动态定位；‰作业机动灵活‰节约用户成本‰提高作业效率„直接得到最新ITRF框架的三维地心坐标(ITRF2000)；„获取绝对天顶对流层延迟参数；„多系统集成（GPS+GLONASS+Galileo=G3)。测绘学院卫星应用工程研究所精密单点定位的应用领域精密单点定位的应用领域ƒ大地测量ƒ地形测量ƒ水利水电ƒ海洋测量ƒ航