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1、GPS測(cè)量原理與應(yīng)用2008年3月22日GPS觀測(cè)量GPS定位誤差GPS觀測(cè)方程GPS絕對(duì)定位GPS差分定位GPS觀測(cè)網(wǎng)與基線廣義意義下的差分定位提綱第二章、GPS定位原理2.1GPS觀測(cè)量碼與偽距觀測(cè)碼：即數(shù)據(jù)，二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)流衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得到的量測(cè)距離。C/A碼長(zhǎng)1023bit,脈沖頻率1.023MHz,碼元寬1/1.023MHz=0.97752us（293.1m)，周期1msP碼長(zhǎng)2.35*1014bit，碼元寬度0.097752us(29.3m),周期267天GPS衛(wèi)星的基準(zhǔn)頻率f0由衛(wèi)
2、星上的原子鐘直接產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率為10.23MHz衛(wèi)星信號(hào)的所有成分均是該基準(zhǔn)頻率的倍頻或分頻第二章、GPS定位原理第二章、GPS定位原理導(dǎo)航電文包含衛(wèi)星星歷、工作狀態(tài)、時(shí)間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘差改正，大氣折射改正的數(shù)據(jù)碼（D碼，二進(jìn)制碼），按幀依序發(fā)射，具體格式可參閱ICD-200標(biāo)準(zhǔn)。電文解碼后的參數(shù)用于計(jì)算衛(wèi)星位置和衛(wèi)星鐘差第二章、GPS定位原理載波與載波相位觀測(cè)碼（數(shù)據(jù)）需要調(diào)試到載波上才能發(fā)送到接收機(jī)上，由接收機(jī)解調(diào)恢復(fù)，接收機(jī)同時(shí)進(jìn)行載波相位觀測(cè)（與接收機(jī)參考載波的相位差）。接收機(jī)只能量測(cè)出起始時(shí)刻某一周上的相位小數(shù)部分額，并DSP的TI
3、C（一般為0.1s）進(jìn)行整周數(shù)計(jì)數(shù)。觀測(cè)時(shí)刻t的總相位差顆表示為：N(t-t0)為TIC計(jì)數(shù)，N(t0)為未知數(shù)，整周模糊度，習(xí)慣上將載波相直接寫為第二章、GPS定位原理偽距與載波相位的關(guān)系不考慮誤差的影響，理論上存在關(guān)系式該式是相位平滑的理論基礎(chǔ)第二章、GPS定位原理2.2GPS定位誤差與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星鐘差軌道誤差相位偏心與傳播路徑有關(guān)的誤差電離層誤差對(duì)流層誤差多路徑誤差與設(shè)備有關(guān)的誤差接收機(jī)鐘差相位偏心觀測(cè)誤差（偶然誤差）周跳（粗差）其它誤差地球自轉(zhuǎn)的影響相對(duì)論影響第二章、GPS定位原理2.3GPS觀測(cè)方程偽距觀測(cè)方程載波相位觀測(cè)
4、方程設(shè)i為測(cè)站下標(biāo)，k為衛(wèi)星上標(biāo)第二章、GPS定位原理2.4GPS絕對(duì)定位偽距觀測(cè)方程（僅考慮接收機(jī)鐘差）觀測(cè)方程線性化（l,m,n)為測(cè)站至衛(wèi)星的方向余弦，ρ0為測(cè)站近似值計(jì)算的站星距，近似值可以是（0，0，0）矩陣形式第二章、GPS定位原理絕對(duì)定位的解（最小二乘法，vtpv=min)協(xié)因數(shù)陣未知數(shù)的中誤差偽距測(cè)量中誤差第二章、GPS定位原理精度因子平面位置精度因子HDOP(horizontalDOP)及其相應(yīng)的平面位置精度高程精度因子VDOP(VerticalDOP)及其相應(yīng)的高程精度第二章、GPS定位原理精度因子空間位置精度因子PD
5、OP(PositionDOP)及其相應(yīng)的三維定位精度接收機(jī)鐘差精度因子TDOP(TimeDOP)及其鐘差精度幾何精度因子GDOP(GeometricDOP)及其相應(yīng)的中誤差第二章、GPS定位原理2.5GPS差分定位可消除或削弱相關(guān)誤差位置差分偽距差分(單差，Δ算子，消除衛(wèi)星鐘差，可用于時(shí)間同步)兩站坐標(biāo)相減，當(dāng)觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)相同時(shí)，與偽距差分精度相當(dāng)與絕對(duì)定位的系數(shù)陣相同，算法沒有本質(zhì)上的區(qū)別星間差分（星差，▽算子，消除接收機(jī)鐘誤差，可用于PPP）雙差（▽△算子，消除接收機(jī)鐘和衛(wèi)星鐘誤差，廣泛意義上的差分定位）三差（δ▽△算子，消除接收機(jī)鐘、
6、衛(wèi)星鐘誤差、模糊度，短時(shí)間內(nèi)嚴(yán)重相關(guān)）第二章、GPS定位原理2.6相位差分定位雙差非差差分基準(zhǔn)未知數(shù)大于觀測(cè)方程的個(gè)數(shù)，秩虧（即使采用多歷元）1）選擇參考站，與該站的坐標(biāo)未知數(shù)為零（不列入觀測(cè)方程），或取先驗(yàn)權(quán)為無窮大；2）使用單差模糊度作為未知數(shù),并選擇參考衛(wèi)星(與該衛(wèi)星有關(guān)的模糊度不列入觀測(cè)方程），或給定整數(shù)（先驗(yàn)權(quán)為無窮大）。第二章、GPS定位原理2.7GPS網(wǎng)與基線坐標(biāo)及方差結(jié)果以坐標(biāo)差(△x,△y,△z)的形式給出大部分商用GPS處理軟件都是以單基線建立觀測(cè)方程的，需要考慮獨(dú)立基線和網(wǎng)平差，可用重復(fù)邊精度和閉合環(huán)檢測(cè)粗差，網(wǎng)平差
7、與水準(zhǔn)網(wǎng)類似；無論是單基線處理模式還是網(wǎng)處理模式，實(shí)質(zhì)上是先解算出坐標(biāo)，再計(jì)算基線，GAMIT軟件（網(wǎng)處理模式），Bernese軟件。RTK為單基線模式。圖2.1GPS觀測(cè)網(wǎng)的獨(dú)立基線表2.1獨(dú)立基線搜索步驟基線測(cè)站12231334101121201222300122400001全部組合有n(n-1)/2基線獨(dú)立基線數(shù)：n-1n個(gè)測(cè)站的GPS觀測(cè)網(wǎng)：1）最短距離(最有效地削弱系統(tǒng)誤差)2）不構(gòu)成閉合環(huán)由短到長(zhǎng)順序排列：12,23,13,34,24,14兩條準(zhǔn)則：GPS網(wǎng)的獨(dú)立基線第二章、GPS定位原理2.7廣義意義下的差分定位WAAS（大
8、范圍）網(wǎng)絡(luò)RTK(VRS技術(shù)，局部城市)星際差分（高精度動(dòng)態(tài)PPP，全球，NAVCO公司）將電離層誤差，衛(wèi)星軌道誤差作為改正數(shù)發(fā)布，采用星間差分消除接收機(jī)誤差第二章、GPS定位原理頻率之間的組
