GPS精密定轨产品的载波相位单点定位

GPS精密定轨产品的载波相位单点定位

P. Héroux, J. Kouba, P. Collins and F. Lahaye

加拿大自然资源大地测量部

加拿大安大略省渥太华市

布思街615号，458A室

履历

皮埃尔，弗朗索瓦·拉艾和保罗·柯林斯是加拿大自然资源加拿大测绘大地测量部主动控制系统科的研究人员，扬库巴已从该部门退休。

摘要

精确的卫星轨道和来自国际GPS服务的时钟(IGS)成为具有更高的精度和时效性。由于SA政策被永久取消，这些产品可以满足最苛刻的GPS用户在高速率的数据观察。利用双频伪距和载波相位观测值，独立的GPS用户现在可以完成在后期处理和全球范围内的厘米到分米级的静态和动态定位。当GPS用户需要非常精确的卫星钟进行轨道估算，这一精度水平用来计算影响他们的观测数据的系统误差是可能的。这种方法被称为精密单点定位（PPP）。因为它不涉及观测差分，PPP不同于较传统的差分定位技术，需要从一个或多个已知坐标的地面参考站观察。加拿大自然资源(NRCan)大地测量部(GSD)已经支持PPP在后处理模式，目前正在加强它的实时GPS改正的轨道和时钟产品（GPS）服务，包括IGS 的超快速轨道预测和从一个广域网处理载波相位数据。本文介绍了GPS非差观测与IGS精密轨道和时钟产品的PPP处理，总结了平差过程，并指定了必须实现的模型。从静态和动态模型的后处理定位结果表明，在经度，纬度和高度上可实现从1-10厘米的RMS精度。对流层天顶延迟可修复大约1厘米的RMS精度，站时钟改正可恢复0.1-0.2纳秒的RMS精度。利用GPS* C实时轨道和时钟产品，10和30厘米之间的RMS精度可以达到。

1.引言

加拿大大地测量部自1992年以来（Héroux，1993）已使用PPP处理非差与固定精确的卫星轨道和时钟平滑伪距。由于米级的定位要求的应用，这种方法已经满足了用户的数量。在从选定的IGS站在15分钟间隔30秒跟踪数据得到的精密IGS卫星时钟与稳定原子时钟相结合，30秒精确卫星时钟也产生了(Héroux and Kouba, 1995)。这些产品满足GPS用户在高频米级精度要求的应用模式中进

行静态或动态观测。由于GPS用户寻求实现大地测量精度，如GIPSY , BERNESE 和GAMIT的精细处理软件是必需的。利用IGS精密轨道产品，结合GPS载波相位与基准站的观测数据，大地测量用户实现精确定位，同时纳入到国际地球参考框架（ITRF）。只要观测站和轨道数据按标准格式输入，接收器制造商提供的软件也可使用。在数年内，使用非差载波相位观测的精密单点定位算法也可以用GIPSYGPS分析软件实现（Zumberge等，1997）。最近，他们已被添加到传统的双差分BERNESE软件。用户现在可以选择从单站的数据处理，获得由IGS轨道产品提供参照系内厘米精度的位置。加拿大自然资源部PPP软件也发生了变化，从它的原始版本（Héroux等，1993）到提供日益精密的精度。PPP降低从参考（基）站或网络站同步跟踪数据的需求。它已经上升至集中的大地测量定位服务，提交用户需要的简单的请求和有效的GPS观测文件（Zumberge，1999年）。这里介绍的方法是提供便携式的软件，可用于在个人电脑上，并利用通过IGS轨道产品提供的高度精确的全球参考框架，有效地分配处理PPP的实现。

2. 国际GPS服务（IGS）的轨道产品

IGS的精密定轨的产品有三种来源：最终，快速和超快速。其不同主要是由他们不同的精度和他们的计算中使用的跟踪网络的程度延迟。IGS最终轨道由7家特约IGS的分析中心（ACS）相结合，通常是最后观察后的第十七天为有效的。快速轨道产品的时延为十七小时。延迟是由于轨道计算时间和提供24小时的跟踪数据文件的全球IGS跟踪网络的延迟。最近，数据中心已要求转发每小时的跟踪数据，以加快产品交付。这个新提交计划需要创造一个超快速的产品，只有几个小时的延迟，以满足气象界和未来的低地球轨道（LEO）的任务更为苛刻的需求。据预计，IGS的产品将继续在未来更及时交付(Neilan et al., 1997, Kouba et al., 1998)。IGS的最终产品是最准确的GPS轨道。在过去的8年（图1），目前交流的一些质量有所改善的IGS最终轨道实现了从大约30厘米达到3-5厘米的精度水平（库巴，1998）。这也很有趣地注意到，快速轨道相结合的产品是更少跟踪站和更快的交货时间（17小时）的最终解决方案这一事实证实了，提高全球GPS跟踪站的数量并不一定转化为更高的轨道精度。最后，超快速的产品，每天3小时的延迟交付两次，毫不逊色于快速产品的估计部分，包含预测的24小时实时使用时段。

IGS轨道产品的GPS卫星时钟的质量估计是一个尚未受到重视的元素。检查由IGS分析中心协调员制作的IGS最终汇总报告，我们注意到不同的分析中心同意在0.1-0.2纳秒的RMS精度，或3-6厘米，这是与卫星时钟相一致的精度水平。结合精确的GPS轨道，并根据各自的不确定性加权时钟，是PPP所必需的，给予了用户适当的测量和观察模型的正确实施。

图1IGS的快速和交流最终轨道解决方案方面的IGS最终轨道产品的加权轨道有效值

3. 非差码/载波处理

3.1.非差码/载波观测方程

无电离层组合双频GPS伪距（P）和载波相位观测值（Φ）根据用户的位置，时钟，对流层和模糊参数简化观测方程：

其中：是L1和L2伪距无电离层组合(2.54P

1-1.54P

2

),

是L1和L2载波相位的无电离层组合(2.54φ

1-1.54φ

2

)，

ρ是卫星（X S，Y S，Z S）和站（X，Y，Z）之间的几何距离，C是真空中光速，

dt是从GPS时间补偿的站时钟，

dT是从GPS时间补偿的卫星时钟，

M是对流层从倾斜到天顶映射函数，

ztd是由于中性大气信号对流层天顶总延迟，

λ是载体或者组合载体，波长，

N为载波相位的无电离层组合的模糊性，

ε

P ，ε

Φ

相关测量噪声成分，包括多路径。

几何量ρ是一个卫星坐标（XS，YS，ZS）和站坐标（X，Y，Z）坐标的函数：

3.2. 精密单点定位调整模型

给定GPS卫星的轨道和时钟的精度，方程（1）和（2）简化为：

线性观测方程（3）和（4）、已知参数和观察值（X0，ι）成为矩阵形式：

，其中A是设计矩阵，δ未知参数X的改正数， W =

f（X0，ι）是闭合差，V是残差。

观测方程的偏导数与向量未知参数X含有站的位置（X，Y，Z），时钟（dt），对流层天顶总延迟（Ztd）和载波相位实值含糊（N），形成了设计矩阵A.带有先

）的最小二乘解决方案来自：

验加权约束参数（P

x

因此估算参数为：

，

3.3.精密单点定位的调整过程

成熟的调整过程，实际上是一个连续的过滤，以适应不同的用户。实施时并使用适当的随机过程，更新观测时期与使用时的参数状态的变化。

使用下标i表示一个特定的时间的时期，我们看到，时期之间没有观测值，在i时期的初始参数大约为i-1时期的参数：。

协方差信息从i-1传播到i，时间间隔为t，包括噪声处理的协方差矩阵

更新为：

噪声处理可通过用户使用、接受时钟的状况和大气活动来调整。在所有情况下，噪声处理分配给模糊参数，因为载波相位模糊参数随时间保持不变。在静态模式下，用户的位置也保持不变，因此Cε（x）Δt=Cε（y）

Δt=Cε（z）Δt= 0。在动泰模式，它增加了用户动态功能。频率稳定度的根据的接收时钟噪声可以改变的，但通常被设置为含大量Cε（dt）Δt值的白噪声，以适应不可预知的时钟复位发生。5毫米/√小时随机游走过程噪声通常被分配到天顶路径延迟Cε（Ztd）Δt。

4.非差处理校正模型

当试图结合卫星轨道和时钟精确到含电离层无载波相位观测值（毫米分辨率）的几厘米时，考虑到差分相位一些微小的相位处理的影响是很重要的。对载波相位点位有重要意义的卫星姿态和位置校正模型在下面进行总结，并详细解释(Kouba, et al.,2000)。下面列出的一些更正的要求月球或太阳的位置，可以从现成的行星历文件获得，或者从简易公式中获得，因为相对精度约为1/1000

对于更正的毫米级精度已经足够。下面讨论修正条款，厘米级的差分定位和小于100公里的基线，可以安全地忽略。

4.1.卫星姿态的影响

4.1.1.卫星天线偏移

基于基点改正的卫星需要发源于GPS卫星质量中心和卫星天线相位中心的分离。因为力模型用于卫星轨道模型，即指其质量中心，IGS的GPS精密卫星坐标和时钟产品也指大规模的卫星中心，不像GPS导航电文中播出的轨道是指卫星天线相位中心。测量天线相位中心时，必须使用已知或传统卫星相位中心偏移和监视太空中的卫星绕地球方向偏移向量。大多数卫星的相位中心偏移，无论是在Z 坐标方向（朝向地球），并在在包括太阳的水平X坐标方向都被抵消（见图2）。

图2.卫星的IGS的常规天线相位中心固定参照系（米）

4.1.2.相位缠绕

GPS卫星发射的无线电波右圆偏振光（RCP）是波动的，因此，观测到的载波相位取决于相互的卫星接收天线方向。无论是接收器或围绕孔轴的卫星天线的旋转会改变载波相位的一个周期（一个波长），这相当于一个完整的天线旋转。这种现象被称为“相位缠绕”(Wu et al.,1993)。一个接收天线，除非移动，不会旋转，它是面向一个参考方向（通常为北方向）。然而，由于太阳帆板面向太阳和卫星站的几何形状的变化，卫星天线进行缓慢的旋转。在大多数精密定位软件中，相位缠绕改正普遍的被忽略，因为在基线/网络上跨越几百公里的双差定位时它是微不足道的，尽管它已被证明，它可以达到4厘米每4000公里的基线(Wu et al., 1993)。在固定IGS的卫星钟非差单点定位时，因为它可以达到波长的一半，这种影响是相当显著的。忽视它，固定IGS的轨道/钟表将导致在分米级的位置和时钟误差。由于接收天线旋转（例如，在动态定位/导航），相位缠绕应完全被纳入到站时钟解决方案。

4.1.3.中午和午夜轮流

除了逐渐的相位缠绕，卫星也在不同季节快速旋转，成为“中午”和“午夜”轮流，用以调整太阳帆板面向太阳。在不到半小时内，这可以代表一转的天线旋转了。在这样的中午和午夜轮流，相位数据需要改正(Bar-Sever, 1992)或编辑。

4.2.测站位移的影响

在全球性的意义上，一个站点的真实或表面的周期性变动到达不包括在ITRF 框架上相应的几分米。因此，如果一个获得与目前ITRF框架公约一致的精确的站坐标的解决方案，这些站点的移动必须以加入测站位移改正的ITRF框架坐标惯例为蓝本。并且在下文中如大气和积雪等小于1厘米级的影响没有被考虑。4.2.1.固体潮汐

固体地球实际上在受到与海洋潮汐相同的重力时是相当柔软的，由潮汐引起

的定期的水平和垂直站位移用球谐程度和以勒夫数h

nm 和志田数l

nm

为特征的秩序

（n，m）表示。这些数字的有效值依赖于站纬度和潮汐频率（Wahr，1981），在

确定站位置需要1毫米的精度时，是需要考虑在内的（如国际地球自转服务公约组织（IERS，1996））。当需要5毫米的精度，只有辅以高度校正项第二级潮汐是必要的。

潮汐改正，可以达到约径向30厘米，在水平方向上5厘米。它由一个依赖永久位移的纬度和半昼夜和昼夜周期变化幅度为主的周期性部分组成。周期部分主要是在24小时内静态定位的平均值。然而，保持不变的一部分，它仍然在这样一个24小时的中纬度（沿径向方向）的平均位置可以达到12厘米。不管平均多长时间，在忽略了单点定位的潮汐改正时，会导致定位的系统误差在径向和北部方向分别高达12.5和5厘米的。请注意，差分基线定位（<100公里）两个站有几乎相同的潮汐位移，因此，在短基线的相对位置将基本不受固体地球潮汐的影响。

4.2.2.由于极地运动引起的转动变形（极潮汐）

很多变形来自太阳和月球，导致周期性的站位置变形的吸引力，地球自转轴的变化，极地运动，由于地球的离心力的微小变化引起的周期性变形。使用上述第二级勒夫数和志田数，可以计算出纬度，经度（东）和高度改正（IERS，1996）。由于大部分的分析中心在生成轨道/时钟解决方案时利用此校正，IGS组合轨道/时钟与这些站的位置改正是一致的。对于低于厘米级的定位精度，上述极潮更正需要被应用到获得明显的站位置，或者减去位置解决方案使之与ITRF 框架一致。与固体地球潮汐和海洋负荷的影响不同，极潮汐在24小时内平均为零。他们依靠站的位置和季节性极移和钱德勒周期缓慢变化。最大的极地潮汐位移可达到约25毫米的高度和水平方向约7毫米。

4.2.3.海洋负荷

与固体地球潮汐相似，海洋负荷是昼夜或半昼夜的周期性变化，但是它是海洋潮汐压力的结果。虽然几乎小于固体地球潮汐一个量级，海洋负荷更加的局部化，并按照惯例，它不会有一个不变的部分。当单历元定位精度在5厘米，或在24小时内的毫米级静态定位和/或测站远离海洋，海洋负荷可以忽略。另一方面，当进行厘米级精密动态定位或者在沿海地区进行精密静态定位时间明显小于24小时时，海洋负荷的影响是要考虑在内的。请注意，当对流层Ztd或时钟解决方案是必需的，海洋负荷的影响也要考虑，即使是24小时的静态点定位处理，除非该站远离最近的海岸线（> 1000公里）。否则，海洋负荷影响将映射到对流层的Ztd/时钟解决方案（Dragert，2000），特别在沿海站可能更显著。根据国际地球自转服务公约组织（IERS，1996年）的修正条款，海洋负荷的影响可以在每一个主要的方向进行建模。

4.2.4.地球自转参数

IGS轨道产品意味着ERP的基础。因此，IGS用户修复或严重制约IGS轨道和在ITRF框架下日常工作，无需对ERP的关注。固定的IGS轨道下，即同样受周日和半周日海潮来源支配的所谓ERP模型，在陆地框架内的点定位处理，任然需要到达厘米级以下定位精度。来自国际地球自转服务公约的地球自转参数，即IERS\IGS地球自转参数系列和ITRF框架位置，不包括精度在地球表面可达到3厘米的地球自转参数的变化。然而，IGS轨道意味着完整的ERP系统，即传统的ERP加上每天的ERP模式。为了保持一致，特别是时间间隔远小于24小时的精密静态定位，每日的效果是需要考虑的。请注意，就像海潮负荷，每日地球自转参数超过24小时期间几乎平均为零。

4.2.

5.其他注意事项

已知的天线相位中心变化即传入GPS信号的方位角和仰角的函数的天线的选择是必要的，必须申请的。根据接收卫星信号的方位角和仰角的函数有所不同GPS天线相位中心的位置的变化可高达2厘米。海拔高度依赖相对天线相位中心，其采用的标准已由IGS编制并包括现场校准值的最精确的应用程序使用的天线模型。它也被观察和发现，天线保护罩的添加也显著地影响了相位中心的变化。

最后，如果站时钟解决方案是必需的，需要使用一套具体的与IGS时钟产品一致的伪距观测，否则对时钟解决方案有着明显影响。这是依赖可达2纳秒（60厘米） L1 C/A (PC/A) 和P (P1) 码伪距差异的卫星的结果。

5.精密单点定位后处理结果

5.1.静态精密单点定位处理

自2001年1月1日起，使用IGS快速轨道/时钟产品的精密单点定位每天处理来自在加拿大约20个GPS连续运行跟踪站的24小时的信息。观察数据每15分钟进行处理，即精确的轨道/钟表在最终（IGS）和快速（IGR）精密星历（SP3）文件的时间。每日ITRF框架坐标下的经度、纬度和高度的差异是每天精密单点定位的精度评估标准。表1和图3显示了GPS周1111（4.22-28,2001），每周平均站坐标差异（Δφ，Δλ，△H）和超过7天的标准偏差（ζφ，ζλ，ζH）。这些结果表明，使用24小时数据集合IGS或IGR轨道的静态精密单点定位在ITRF 框架标准下水平分量达到亚厘米级和垂直1-2厘米。标准偏差表明对于大多数站的所有部分的子厘米级是每日重复的。

表1.GPS周1111 静态PPP平均坐标的差异和标准偏差

图3.静态PPP每日重复性，周1111

5.2.站天顶的对流层延迟

精密单点定位可解决站天顶对流层延迟（ZTD）。使用每隔15分钟的精确轨道和时钟，得到在GPS周1111加拿大网站ZTD估算数据。为评估它们的质量，选择结合ZTD预算的IGS站点用来相互比较。自1997年结合每个2小时的ZDT预算的IGS的生产分布在全球各地100多个站点。站天顶对流层延迟是IGS分析中心主要处理解决GPS卫星轨道、侧站坐标和全球性地球物理参数的副产品。因此，

必需的IGS天顶对流层延迟预算的全球站点数量是有限的，因为IGS分析中心一般仅处理30到100个全球性站点。IGS分析中心的估算和合并的平均值的ZDT 一致性是在4毫米的水平（Gendt，1998）。根据在并列站点的水汽辐射（WVR）的测量，GPS衍生的可降水量（PWV）的绝对精度显示为1毫米的水平（换算为7毫米ZTD），与无线电高空测候器显示类似的精度水平（Seglenieks，2001）。

图4显示了在GPS周1111（一年112-118天）在每隔2小时的IGS和精密单点定位ZTD时间序列。在表2中总结，该一致性是显而易见的，含有5毫米的最大周平均差异和子厘米的标准偏差。

图4.IGS和精密单点定位ZDT估算，周1111，监测站 ALGO, DRAO, YELL, STJO

表2.结合PPP-IGS的ZDT平均差异和标准偏差，GPS周1111

5.3.站时钟

精密单点定位也解决了GPS接收机的时钟，包括它的内部和外部。由于缺乏绝对的质量指标作标准，评估PPP时钟的质量是困难的。这样做是考虑从PPP 接收机估算的线性回归残差，并假设每百米超过24小时有一个稳定和不变的频率偏移（线性时钟偏移）。

ＧＰＳ周１１１１的７天内的每１５分钟时钟接收机的线性回归残差在图５中显示。时钟残差的均方根是在0.0-0.2纳秒级（3-6厘米），这是兼容的GPS

卫星时钟的IGS快速和最终轨道产品质量。在ＹＥＬＬ站１１２和１１３天的０．５纳米级偏差是由接收器跟踪问题的不利几何条件所引起的。

图5．PPP接收器时钟残差，周1111，监测站ALGO, DRAO, NRC1,YELL

5.4.动态单点定位

精密单点定位也可用于在动态模式下，根据不同用户动态收集处理的GPS数据。加入站坐标参数的噪声处理，静态定位模式很容易改编为单一接收器的动态应用。在后期处理中，反替换法（平滑）给出了最理想的效果。动态精密单点定位的数据来自于GPS周1111在监测站ALGO，DRAO，STJO和YELL的静态模式。虽然在静态模式下的GPS采集的数据并不完全反映所有的GPS接收机可能会遇到真正的动态条件下的条件，但位置估计的质量是一致的，给予了相应的数据质量和连续性和足够的GPS卫星几何参数。

在表3中给出了可在动态精密单点定位实现的定位精度。在这4个站中，我们看到，GPS周1111中除了耶洛奈夫的所有站点都实现了分别为5和10厘米的水平和垂直精度。图6和图7更详细的显示了含有相关精密估算的超过7天的周期内15分钟的站位置因为它估算载波相位模糊。当一个站点，如YELL站，发生频繁的数据中断或相位不连续，定位质量会降低。

表3.动态PPP平均坐标差异和标准偏差，GPS周1111

图6.动态精密单点定位，周1111，DRAO站

图7. 动态精密单点定位，周1111，YELL站

6.广域实时载波相位处理

在实现PPP后处理中，大地测量部目前正在加强其实时广域差分GPS （WADGPS）载波相位处理。这种发展的目的是在提高GPS卫星时钟改正的质量，以使实时载波相位精密单点定位更加容易。这种发展的另一作用是对于无论是广域参考站还是任何用户可能的位置的站时钟和对流层天顶延迟的精确估算。初步结果表明，对流层天顶延迟可以得到约1厘米的RMS精度，站时钟改正，可以恢复0.1-0.2纳秒，和卫星时钟改正，可以恢复约1纳秒RMS精度。定位试验与双频数据产生经度，纬度和高度在10至30厘米的RMS精度（Collins，2001）。

7.总结

本文对使用IGS轨道\时钟产品的GPS精密单点定位的观测方程、估算技巧和校正模型进行了描述。从测站双频伪距的处理和固定在加拿大20个站点的GPS接收机处理的载波相位观测值的结果反映了厘米级的定位精度和亚厘米级的日重复性。此外，站对流层天顶路径延迟获得了厘米级精度，GPS接收机时钟估算精确到100PS。动态精密单点定位也应用于固定的GPS接收机的数据集，并显示了取决于数据质量、连续性和GPS卫星几何参数的厘米到分米级的单历元定位精度。精密单点定位对载波相位观测和解决模糊性的能力的依赖使它有数据中断的弱点，这是差分载波相位处理技术的用户所经历的相似的环境。虽然在此提供每隔15分钟的IGS轨道/时钟，但值得注意的是现在结合卫星时钟提供5分钟IGS产品。自从2000年5月SA政策取消，这些时钟可内插至厘米到分米级精度和用于处理GPS数据间隔采样，并在没有参考或基站数据的情况下实现厘米到分米级的静态和动态定位精度。

IGS的快速和最终轨道产品获得了类似的结果，这意味着这些精度是目前数据收集的24小时内可提供的。现在的挑战是使GPS精密单点定位实时化，GSD 目前正致力于广域载波相位处理策略，将提供厘米级的实时GPS轨道和时钟。

8.鸣谢

感谢大地测量部的操作和维护加拿大主动控制系统的GPS站点的工作人员和许多对国际GPS服务做出贡献的个人和组织。IGS数据和产品是前所未有的成果，也是继续为科学和GPS定位群体提供宝贵服务的努力方向。

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载波相位差分

载波相位差分原理 由于自身结构及测量中随机噪声误差的限制测距码差分GPS 仅可满足m 级动态定位需要；载波相位测量噪声误差远低于测距码，在静态相对定位中已实现10-6~10-8的精度，但整周未知数求解需进行长时间的静止观测，数据需事后处理，限制了该方法在动态定位中的应用。然而快速逼近整周模糊度技术的出现使利用载波相位差分技术实时求解载体位置成为可能。具有快速高精度定位功能的载波相位差分测量技术，简称RTK （real time Kinematic ）技术。 载波相位差分定位技术是在基准站上安置一台GPS 接收机，对卫星进行连续观测，并通过无线电传输设备实时地将观测数据及测站坐标信息传送给用户站；用户站在接收卫星信号的同时通过无线接收设备接收基准站信息，根据相对定位原理实时处理数据并以cm 级精度给出用户站的三维坐标。载波相位差分定位技术可分为修正法和求差法：前者将载波相位的修正量发送给用户站，对用户站的载波相位进行改正实现定位；后者将基准站的载波相位发送给用户，由用户站将观测值求差进行坐标解算。 星站间的相位差值由三部分组成 ()()j i j i j i j i t t N t N δ?+-+=Φ00 （1） 式中()0t N j i 为起始整周模糊度，()0t t N j i -为从起始时刻至观测时刻的整周变化值，j i δ?为观测相位的小数部分。则星站间距离为载波波长与星站相位差的乘积，即

()()()j i j i j i j i t t N t N δ?λρ+-+=00~ （2） 若在基准站利用已知坐标和卫星星历可求得星站间的真实距离j i ρ，星站间伪距观测值则可表示为 ()i i j i j i j i j i j i V M T I t t c ++++-?+=δδδδδρρ~ （3） 公式中i M δ为多路径效应，i V 为GPS 接收机噪声。在基准站可求出伪距改正数 ()i i j i j i j i j i j i j i V M T I t t c ++++-?=-=δδδδδρρδρ~ （4） 用此改正数对用户站伪距观测值进行修正，有 ()()() ()() i k i k j i j k j i j k i k j k j i j k V V M M T T I I t t c -+-+-+-+-?+=-δδδδδδδδρδρρ~ （5） 当基准站和用户站之间的距离小于30km ，可认为j i j k I I δδ=，j i j k T T δδ=，则 ()()()()()() δρ δδδδρδρρ?+-+-+-= -+-+-?+=-2 2 2 ~k j k j k j i k i k i k j k j i j k Z Z Y Y X X V V M M t t c （6） 式中()()()i k i k i k V V M M t t c -+-+-?=?δδδδδρ。 将载波相位伪距观测值（2）代入上式，则可得 ()()()()()()( ) ()()() δρ δ?δ?λλλρρρρδρρ?+-+-+-= -+---+-+=+-=-2 2 2 000~~~k j k j k j j i j k j i j k j i j k j i j i j i j k j i j k Z Z Y Y X X t t N t t N t N t N （7） 上式中令)()()(000t N t N t N j i j k j -=为起始整周数之差，在观测过程中若卫星跟踪不失锁，)(0t N j 即为常数，令载波相位测量差值 ()()()() j i j k j i j k t t N t t N δ?δ?λλ?-+---=?00 （7）式可表示为

实验报告GPS静态测量

实验四GPS静态测量 一、实验目的 实验的目的是使学生了解采用GPS定位技术建立工程控制网的过程，使所学理论知识与实践相结合，巩固和加深对新知识的理解，增强学生的动手能力，培养学生解决问题、分析问题的能力。通过学习，应达到如下要求： 1、熟练掌握GPS接收机的使用方法，外业观测的记录要求。选点、埋石的要求。 2、合理分配时段、掌握星历预报对时段的要求。PDOP值的大小对观测精度的影响，图形结构的设计及外业工作。外业观测时手机或对讲机的合理应用。 3、掌握GPS控制测量数据处理处理的流程，能独立完成基线解算及网平差 二、实验地点： 城市学院校区内，实验学时：4小时 三、实验前的准备工作 1、实验内容介绍：对实验的任务和意义作好充分了解。 2、使用的仪器及物品：GPS接收机（含电池）、基座、脚架若干台，作业调度表，外业观测手簿，小钢尺，铅笔，安装有传输软件和数据处理软件的计算机，数据传输线若干根，便携式存储器。 3、搜集资料 ①广泛收集测区及其附近已有的控制测量成果和地形图资料 a．控制测量资料包括成果表、点之记、展点图、路线图、计算说明和技术总结等。收集资料时要查明施测年代、作业单位、依据规范、坐标系统和高程基准、施测等级和成果的精度评定。 b．收集的地形图资料包括测区范围内及周边地区各种比例尺地形图和专业用图，主要查明地图的比例尺、施测年代、作业单位、依据规范、坐标系统、高程系统和成图质量等。 c．如果收集到的控制资料的坐标系统、高程系统不一致，则应收集、整理这些不同系统间的换算关系。 （注：本实验采用地科系2013年5月建立的校园控制网资料） ②收集有关GPS测量定位的技术要求 通过参考测量规范，收集有关的测量技术要求。GPS测量规范包括： a．《全球定位系统GPS测量规范》GB/T 18314-2009 b.《工程测量规范》 GB 50026-2007

GPS单点定位实验报告

GPS原理与应用实验题目：GPS单点定位 专业：测绘工程 班级：12-01 学号：2012212600 姓名：王威 指导教师：陶庭叶 时间：2014.11

目录 一、实验目的 (3) 二、实验原理 (3) 三、实验内容 (3) 四、实验效果图 (9) 五、实验总结 (9)

一．实验目的 1.深入了解单点定位的计算过程； 2.加强单点定位基本公式和误差方程式，法线方程式的记忆； 3.通过上机调试程序加强动手能力的培养。 二．实验原理 一个接收机接受三个火三个以上卫星信号，得出卫星坐标和伪距，利用间接平差计算接收机的坐标。 三．实验内容 1.程序流程图 2、实验数据

3、实验程序代码 Private Sub Command1_Click() CommonDialog1.Filter = "TXT files|*.txt|" CommonDialog1.FilterIndex = 1 CommonDialog1.ShowOpen Open https://www.sodocs.net/doc/d02019685.html,monDialog1.FileName For Input As #1 Do While Not EOF(1) Line Input #1, Text textbuff = textbuff + Text + vbCrLf Loop Close #1 kk = MSFlexGrid1.Rows - 1 Dim a ReDim a(kk - 1) a = Split(textbuff, vbCrLf) For j = 1 To kk For i = 1 To 5 MSFlexGrid1.TextMatrix(j, i) = a(j - 1 + 5 * (i - 1)) Next i Next j For k = 1 To kk MSFlexGrid1.TextMatrix(k, 0) = "第" & k & "个点" Next k MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 1) = "X" MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 2) = "Y" MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 3) = "Z" MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 4) = "伪距" MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 5) = "钟差" End Sub

GPS实验报告

实验一 GPS静态定位数据采集 一、实验目的和要求 1. 练习GPS天线的整平、对中、安装； 2. 练习GPS接收机静态系统配置与连接； 3. 了解GPS接收机静态系统参数设置； 4. 掌握GPS接收机测站信息采集与设置； 5. 熟悉GPS接收机静态数据采集观测信息评价方法 6.通过课程实验，加深对卫星导航定位基本理论的理解，提高综合创新能力。熟练 掌握GPS仪器设备的使用方法，并且能独立完成GPS数据后处理工作，得到可靠的点位坐 标 二.实验仪器 1.华测X90接收机一台 2.脚架一个 3.电池一个 4.基座一个 5.2米钢尺一把 三．实验内容 1.认识华测X90 GPS接收机的各个部件。 2.掌握GPS接收机各个部件之间的连接方法。 3. 熟悉GPS接收机前面板各个按键的功能。 4. 熟悉GPS接收机后面板各个接口的作用。 5.学会使用GPS接收机查看天空GPS卫星的分布状况、PDOP值以及测站经纬度。 6.学会使用GPS接收机采集数据，并给采集的数据编辑文件名；学会GPS接收机天线 高的输入方法。 四.实验步骤 1、GPS接收机安置 a). 作业员到测站后应先安置好接收机使其处于静置状态，然后再安置天线； b).天线用脚架直接安置在测量标志中心的垂线方向上，对中误差应≤3mm。 天线应整平，天线基座上的圆气泡应居中； c).天线定向标志应指向正北，定向误差不宜超过±5°。对于定向标志不明 显的接收机天线，可预先设置标记。每次应按此标记安置仪器。 d)每时段开机前，作业员应先量取天线高,结束后再量一次天线高，取平均值作为该观测时段的天线高 2.华测GPS X90的使用 a)按下电源键开始观测 b）常按切换键直至切换到静态观测 c）各接受机同时开始观测，观测45分钟左右，关机结束观测任务，整理仪 器

载波相位动态实时差分RTK技术

载波相位动态实时差分RTK技术 常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分（Real - time kinematic）方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。 高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。 RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值）及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大，一般都要求9600的波特率，这在无线电上不难实现。 RTK定位技术可广泛用于： 1．各种控制测量传统的大地测量、工程控制测量采用三角网、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求点间通视，而且精度分布不均匀，且在外业不知精度如何，采用常规的GPS静态测量、快速静态、伪动态方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度，如果测设完成后，回到内业处理后发现精度不合要求，还必须返测，而采用RTK来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了，而且知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率。如果把RTK用于公路控制测量、电子线路控制测量、水利工程控制测量、大地测量、则不仅可以大大减少人力强度、节省费用，而且大大提高工作效率，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成。 2．地形测图过去测地形图时一般首先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配合小平板测图，现在发展到外业用全站仪和电子手簿配合地物编码，利用大比例尺测图软件来进行测图，甚至于发展到最近的外业电子平板测图等等，都要求在测站上测四周的地形地貌等碎部点，这些碎部点都与测站通视，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼图时一旦精度不合要求还得到外业去返测，现在采用RTK时，仅需一人背着仪器在要测的地形地貌碎部点呆上一二秒种，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图，这样用RTK仅需一人操作，不要求点间通视，大大提高了工作效率，采用RTK配合电子手簿可以测设各种地形图，如普通测图、铁路线路带状地形图的测设，公路管线地形图的测设，配合测深仪可以用于测水库地形图，航海海洋测图等等。 3．放样程放样是测量一个应用分支，它要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地给标定出来，过去采用常规的放样方法很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等等，一般要放样出一个设计点位时，往往需要来回移动目标，而且要2-3人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很高，有时放样中遇到困难的情况会借助于很多方法才能放样，如果采用RTK技术放样时，仅需把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，背着GPS接收机，它会提醒你走到要放样点的位置，既迅速又方便，由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高，且只需一个人操作

GPS_GLONASS单点定位的数据处理

GPS G LO NASS单点定位的数据处理 高星伟 葛茂荣 (中国测绘科学研究院　100039)　(清华大学土木工程系　100084) 【摘　要】　本文讨论了GPS、GLONA SS及GPS GLONA SS伪距单点定位的数学模型和数据处理方法,分析了定位结果的精度。 GPS和GLONA SS分别是美国和前苏联(现由 俄罗斯负责)研制的全球卫星导航系统,两个系统的 构成、定位原理很相似。目前GPS系统已进入正常 工作阶段,而GLONA SS系统的可用性则有待于进 一步完善。但是GPS的SA和A S措施,使民用用户 的实时定位精度降低到100m,同时GPS系统的21 个卫星覆盖并不能保证在全球范围内实现用户定位 的自主完备性监测RA I M。因此,基于GPS和 GLONA SS两个卫星定位系统的全球导航卫星系统 GN SS是现代定位技术的一个发展方向。与单独的 GPS或GLONA SS系统相比,双卫星定位系统的可 用性、自主完备性和精度都有明显地提高。不管将 GLONA SS作为一个单独的卫星定位系统,还是与 GPS联合构成双卫星定位系统,研究GLONA SS定 位方法,开发GLONA SS或GPS GLONA SS数据 处理软件都是必要的。本文主要讨论GLONA SS及 GPS GLONA SS伪距单点定位问题。通过实际观测 数据的处理,分析和比较了GPS和GLONA SS及 GPS GLONA SS定位的精度。 一、数学模型 尽管GLONA SS与GPS的系统构成、定位原 理相类似,但在具体实现和数据处理上存在一定的 区别。就联合定位的数据处理而言,应考虑两个系统 的坐标系统和时间系统差异,卫星星历表示的差异 和两个系统伪距观测值的精度差异。 GPS系统中使用的是W GS284坐标系统, GLONA SS系统使用的是PZ290坐标系统,进行联 合数据处理时,必须进行坐标转换。坐标转换公式 为[1] x y z W GS284= 1.0-1.9×10-60. 1.9×10-61.00.0 0.00. 01.0 ? x y z PZ290 + 0.0 2.5 0.0 (1) GPS系统采用的是GPS时间(GPST), GLONA SS系统采用的是GLONA SS时间 (GLONA SST)。GPST与U TC相差为整数跳秒, GLONA SST与U TC相差3h。联合数据处理时,除 了要做上述时间系统转换外,还要考虑两个时间系 统可能存在的同步误差。 GPS星历给出的是卫星轨道的Kep ler根数及 其变化参数,GLONA SS星历给出的是卫星在PZ2 90坐标系中给定时刻的位置和速度及日月引力摄 动加速度。GLONA SS卫星坐标要根据卫星运动方 程用数值积分方法得出[2]。 由于在单点定位中一般把SA的影响作为观测 噪声,所以GPS观测模型的精度远远低于 GLONA SS的观测模型,必须考虑两个观测值随机 模型的差异。 根据以上讨论,GPS和GLONA SS单点定位的 观测方程为 v g i=[(x-X g i)2+(y-Y g i)2+(z-Z g i)2]1 2+ c?T g r-O g i,p g i(2) 式中,上标g表示GPS或GLONA SS,下标i为观 测值序号;(x,y,z)为测站的W GS284坐标;(X g, Y g,Z g)为卫星在W GS284坐标系中的坐标, GLONA SS卫星的坐标要用公式(1)转换到W GS2 84坐标系中;?3gp s r为接收机钟差,?3g lonass r为接收机 钟差加GPST与GLONA SST的同步误差;O g i为加 上卫星钟差、大气折射、相对论效应和地球自转改正 的伪距观测值;v g i为观测值噪声;p g i为观测值的权。 将观测方程(2)线性化,得出用于参数估计的线 性观测方程。观测方程中包括测站坐标和接收机钟 差及两个时间系统同步误差五个未知参数,用最小 二乘或滤波方法进行参数估计。 二、数据处理及结果分析 在清华大学主楼的已知点上用A ST ECH公司 的GG24型单频接收机记录了1.5h的观测数据, 采样率设为1s。GG24接收机有24个通道,可同时 8 测　绘　通　报 1999年　第4期

卫星导航定位实验报告

China University of Mining and Technology 《卫星导航定位算法与程序设计》 实验报告 学号： 07122825 姓名：王亚亚 班级：测绘12—1 指导老师：王潜心/张秋昭/刘志平 中国矿业大学环境与测绘学院 2015-07-01

实验一编程实现读取下载的星历 一、实验要求： 读取RINEX N 文件，将所有星历放到一个列表（数组）中。并输出和自己学号相关的卫星编号的星历文件信息。读取RINEX O文件，并输出指定时刻的观测信息。 二、实验步骤： 1、下载2014年的广播星历文件和观测值文件，下载地址如下： ftp://https://www.sodocs.net/doc/d02019685.html,/gps/data/daily/2014/ 2、要求每一位同学按照与自己学号后三位一致的年积日的数据文件和星历文件，站点的选择必须选择与姓氏首字母相同的站点的数据，以王小康同学为例，学号：07123077，需下载077那天的数据。有些同学的学号365<后三位 <730，则取学号后三位-365，以姜平同学为例：学号10124455，下载455- 365=90 天的数据，有些同学的学号730<后三位<=999，则取学号后三位-730，以万伟同学为例：学号：07122854，则下载854-730 = 124天的数据。可以选择wnhu0124.14n wnhu0124.14o 根据上述要求我下载了2014年第95天的数据，选择其中的wsrt0950.14n和wsrt0950.14o星历文件。指定时刻（学号后五位对应在年积日对应的秒最相近时刻）的观测值信息如张良09123881，后五位23881，取23881-3600*6= 2281秒，6点38分01秒，最近的历元应该是6点38分00秒的数据。根据计算与我最接近的观测时刻为2014年4月5日6点20分30.00秒。 3、编程思路： 利用rinex函数读取星历文件中第14颗卫星的星历数据并输出显示。对数据执行762次循环找到对应的2014年4月5日6点20分30.00秒，并输出观测值。 4、程序运行结果：

GPS实验报告

实验一：GPS静态测量实验 实验目得：1、掌握天宝GＰS接收机得操作。 2、掌握GPS静态相对定位数据采集方法。 3、掌握卫星预报软件得使用方法。 4、掌握数据传输与后台处理软件得使用方法。 实习任务:对已有控制点进行多时段静态测量 实验步骤: ●放置脚架，对中整平，安置好仪器. ●量取天线高 ●打开接收机电源，接收机跟踪大于4颗以上卫星时,卫星指示灯慢闪；打 开数据记录灯；此时开始记录数据。（注:一定要保证数据记录灯亮，否 则没有记录数据） ●认真填写外业记录表 ●结束测量时，先关闭数据记录灯，再关闭接收机电源。 2、静态数据内业处理 (1）接收机得数据传输 关于外业观测数据得传输，比较特别得就是，Tｒimｂlｅ 5700接收机得数据传输需要安装Ｄａtａ Transfer数据传输软件才能实现传输. (2）将trimble接收机得数据文件转成RINEX格式 安装好Cｏｎｖｅrt tｏRINEＸ软件后,运行，选择好要转换得triｍｂle数据文件，如图:

点击“编辑”,对相关参数进行设置，选择观测方法为“护圏得中心",并根据外业观测记录表，填好初始天线高，点击“改正"即可。设置完成后，就就是进行格式转换了。

（3）HＧO软件,新建项目，选择相应得坐标系统 如图: （4）处理基线观测残差序列图与基线处理 这一个环节，主要就是通过查瞧基线得残差序列图来初步判断该基线得质量好坏。质量控制只作为了解,就是基线解算质量得三个恒量标准,即比率(ｒａｔio)、均方根(RMS).我们主要通过屏蔽某段信号或者某颗卫星得信号来使得ratio值与ＲMS值增大,ratio值越大越好，信号好得话，raｔｉo值一般在5０－100之间。RMS值越小越好,信号好得话,RMS值一般会在0、005左右。如图: 未屏蔽信号前:ratio值为１6,RＭＳ值为0、００６2

相干检测载波恢复算法的概述

相干检测载波恢复算法的概述 摘要：随着互联网流量的日益增长，部署更高数据速率和大容量的光传输系统已成为势在必行。然而，偏振模色散和信道内的非线性效应使信号质量明显变差，基于直接检测系统将不再满足高质量的接收性能要求。前瞻性的研究进展明确指出，与数字信号处理(DSP)技术的结合将使相干检测技术更加具有吸引力。在相干检测DSP算法中，载波恢复是必不可少的。对调相信号,载波与本振间的频率和相位偏移会使信号产生较大的相位失真,为了保证信息的可靠传输，对载波频率偏移和相位偏移估计方法的研究与改进具有重要意义。 关键词：偏振模色散；光传输；相干检测；DSP；载波恢复 1、前言 在当今的信息化、网络化时代，随着社会科技水平的进步和人们生活水平的提高，人们对通信业务的需求及通信质量的要求越来越高。第四代移动通信系统（4G）在全球范围内已经广泛应用，它是一种能够提供多种类型、高质量的多媒体业务，可以实现全球无缝隙覆盖，具有全球漫游能力，并且与固定网络相互兼容，用终端设备可以在任何时候、任何地点与任何人进行任何形式通信的移动通信系统。然而随着技术的不断发展和用户对新业务的需求的不断提升，更高速、更高质量和超大容量成为了通信领域发展所追求的主要目标。 目前，电信正以惊人的速度在发展，而光纤通信是电信中发展最快、最具有活力的部分之一。在当前的通信网络构架中，光通信系统，特别是光纤通信系统在容量、速率和传输距离方面表现出强大的优势，使其逐渐占据了通信舞台的主角地位。在20世纪80年代末期和90年代初期，相干系统曾经是重要的技术，但在20世纪90年代末期，由于光放大器的出现，对相干系统的研究出现了停滞。近年来，随着数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)技术的发展和低成本器件的出现，使得相干接收技术的研究又开始火热起来，这主要是因为相干系统可在高数据速率条件下降低对接收机的要求以及相干接收所具有的一些独特优势。在相干检测中对于瞬时相位信息的保留使得在电域中对色散进行自适应补偿成为可能。此外，相干系统的有利之处还在于，光域的所有信息都可以在电域获得，因此，可以避免使用辅助的光调制与干涉方法进行检测，而在直接检测系统中必须使用这种方法，于是光域的复杂度就被转移到了电域。正由于相干检测的各种优势，特别是具备补偿光传输中多种损伤的能力，相干光研究曾活跃于上世纪九十年代。然后，由于缺乏相应的高速数字信号处理芯片的支持，

GPS载波相位测量

GPS 载波相位测量 2.1 综述 GPS 测姿定向技术就是利用GPS 接收机对载体（GPS 天线的负载平台）的姿态进行测量。其原理是通过GPS 天线接收机GPS 卫星信号，测量不同天线的相对位置在当地水平坐标系中的表示，并结合天线在载体坐标系中的已知安装关系，确定出载体坐标系相对当地水平坐标系的姿态。 GPS 测量技术一般来讲包括以下三类：伪距测量技术、载波相位测量技术和多普勒测量技术。由于GPS 载波频率高（其两种载波频率分别为1 1575.42L f MHz =、2 1227.6L f MHz =） 、波长短（1 19.05L cm λ=、2 24.45L cm λ=） ，相对于伪距测量而言，载波相位测量具有很高的距离测量精度（毫米级），并且具有很高的相对定位精度，因而GPS 测姿通常采用载波相位测量技术。 载波相位观测量是测定GPS 接收机所接收的卫星载波信号与接收机振荡器产生的参考载波信号之间的相位差。载波相位观测量理论上是GPS 信号在接收时刻的瞬时载波相位值。但实际上是无法直接测量出任何信号的瞬时载波相位值，测量接收到的是具有多普勒频移的载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。GPS 信号被接收机接收后，首先进行伪随机码的延时锁定，即实现对卫星信号的跟踪。一旦跟踪成功，接收机的本地伪随机码就与卫星的伪随机码严格对齐，给出伪距观测量。之后利用锁相环实现相位的锁定，锁相后接收机本地信号相位与GPS 载波信号相位相同，此时接收机本地信

号相位与初始相位的差即为载波相位观测量。 2.2 载波相位测量定位 图2-1 载波相位测量示意图 Figure 2-1 sketch map of carrier phase measuring 如图2-1所示，某一卫星s 在时刻t 发出相位为s φ的载波信号，经过一段传输距离ρ被接收机u 接收，此时载波相位为u φ，在由卫星s 至接收机u 传输距离上的相位变化为()s u φφ-。()s u φφ-包括载波相位的整周数和不足一周的小数部分。测定()s u φφ-之后，则卫星s 到接收机u 的距离ρ可以表示为： ()()0s u N ρλφφλφ=?-=?-? 其中：λ为GPS 载波信号的波长；0N 为载波相位的整周数；φ?为载波相位中不足一周的小数部分。 实际测量中，卫星s 发出的载波相位s φ是无法测量的，因此接收机振荡器便产生一个与卫星载波信号完全相同的参考信号，该参考信号相位等于载波信号的相位。GPS 接收机得到的载波相位实际上就是接收机接收到的载波信号与本振参考信号的相位差（如图2-2所示）。

伪距差分和载波相位差分

1.伪距差分 目前应用最广的一种差分。它是在基准站上，观测所有卫星，根据基准站的精确坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至流动站接收机来改正测量的伪距，提高定位精度。 伪距差分和载波相位差分实现过程和重难点： 基准站伪距公式： ()i i i i i i m m m m m m R r c t t dI dT ρ=+?-?+?++ (1) i m R 接收机到第I 颗卫星的伪距 i m r 接收机到第I 颗卫星的真实距离 m t ?接收机钟差 i t ?第I 颗卫星钟差 i m ρ?星历误差 i m dI 电离层误差 i m dT 大气层误差 知道卫星星历和基准站坐标可以求出卫星到基准站真实距离i m r 则伪距改正数可以表示为：i i i m m m dr r R =- 接收机伪距公式： ()i i i i i i n n n n n n R r c t t dI dT ρ=+?-?+?++ (2) 在接收机距离机站在200-300Km 的情况下，通过接收机伪距测量值加上伪距改正数： i i m n dr R +可以消除电离层，大气层和星历误差。 2221/2()[()()()]i i i i i i m n n n m n n n dr R r c t t x x y y z z D +=+?-?=-+-+-+? 2222()()()()i i i i i m n n n n dr R D x x y y z z +-?=-+-+- 其中i m R 可以由基站发送信息中得到。 在解出卫星星历后求出卫星坐标,在基站信息中可以得到基站天线坐标，则可以求出i m r ,则

GPS单点定位实验报告

GPS原理与应用实验题目： GPS单点定位 专业：测绘工程 班级： 12-01 学号： 00 姓名：王威 指导教师：陶庭叶 时间：

目录 一、实验目的........................................... .. (3) 二、实验原理.............................................. .. (3) 三、实验内容............................................. . (3) 四、实验效果图........................................... . (9) 五、实验总结........................................... .. (9)

一．实验目的 1.深入了解单点定位的计算过程； 2.加强单点定位基本公式和误差方程式，法线方程式的记忆； 3.通过上机调试程序加强动手能力的培养。 二．实验原理 一个接收机接受三个火三个以上卫星信号，得出卫星坐标和伪距，利用间接平差计算接收机的坐标。 三．实验内容 1.程序流程图

2、实验数据 3、实验程序代码 Private Sub Command1_Click() = "TXT files|*.txt|" = 1 Open For Input As #1 Do While Not EOF(1) Line Input #1, Text textbuff = textbuff + Text + vbCrLf Loop Close #1 kk = - 1 Dim a ReDim a(kk - 1) a = Split(textbuff, vbCrLf) For j = 1 To kk

37 baidu 差分GPS载波相位测量整周模糊度的快速求解

胡国辉孟浩袁信 摘要：对Cholesky分解整周模糊度的求解进行了改进，在求解整周模糊度的过程中，首先采用LAMBDA法对整周模糊度进行整数线性变换再作Cholesky分解，然后利用最优剪枝法（best cut）对整周模糊度进行搜索，实验结果表明该方法具有快速搜索整周模糊度的能力，可以满足采用GPS载波相位测量确定姿态以及GPS载波相位测量与INS组合的实时性。 关键词：导航整周模糊度载波相位Cholesky分解 中图分类号：V241.5 FAST CARRIER PHASE AMBIGUITY RESOLUTION FOR DIFFERENCE GPS Hu Guohui1, Meng Hao2, Yuan Xin1 1(Department of Automatic Control, Naijing University of Aeronautics & Astronautics,Nanjing,210016) 2(Department of Automatic Control, Harbin Engineering University,Harbin,150001) Abstract The paper presents a new development method for Cholesky ambiguity search method. The method makes use of an ambiguity reparametrization, Cholesky decomposition and best cut. Experiment results show that the method can achieve fast search ability, and satisfy real time attitude determination and GPS/INS integration with GPS carrier phase measurement. Key words navigation, ambiguity, carrier phase, Cholesky factorization 单纯采用Cholesky分解整周模糊度的求解［1］往往搜索次数较多，采用LAMBDA法［2］对整周模糊度进行整数线性变换再作Cholesky分解，使变换后的整周模糊度方差更小，有效的提高了搜索速度，实验结果表明该算法能快速确定整周模糊度，能满足采用载波相位的姿态确定以及与惯导组合着陆的实时性要求。 1 整周模糊度的求解 对于双天线GPS载波相位测量，系统的状态方程和观测方程为 （1） 式中：

GPS实验报告一

测绘工程学院GPS测量原理及应用 实验报告书 实验名称：GPS静态定位数据采集 专业班级：海洋101 姓名：刘健 学号：141003117 实验地点：主楼前 实验时间： 实验成绩：

一、实验目的和要求 1.练习GPS天线的整平、对中、安装； 2.练习GPS接收机静态系统配置与连接； 3.了解GPS接收机静态系统参数设置； 4.掌握GPS接收机测站信息采集与设置； 5.熟悉GPS接收机静态数据采集观测信息评价方法 二、计划与设备 1.实验时数安排为2学时、实验小组由2、4人组成，每小组可分为2个小小组，1人操作仪器，1人记录。 2.每组的实验设备为GPS接收机1台，天线1台、控制器1台、三脚架1支，记录扳1块。 3.每个实验班级。由实验室人员安置GPS接收机1台，供各小组轮流参观试用。 4.实验地点： GPS静态测量操作训练基地 三、方法与步骤 1、GPS接收机安置 （1）NovAtel RT2接收机、THALES /Ashtech Promark-2接收机 a). 作业员到测站后应先安置好接收机使其处于静置状态，然后再安置天线； b).天线用脚架直接安置在测量标志中心的垂线方向上，对中误差应≤3mm。天线应整平，天线基座上的圆气泡应居中； C).天线定向标志应指向正北，定向误差不宜超过±5°。对于定向标志不明显的接收机天线，可预先设置标记。每次应按此标记安置仪 器。 d)每时段开机前，作业员应先量取天线高，由于备有专用测高 尺，则可直接量取标志中心至天线基座天线高测量专用孔位的 距离h下，在关机后再量取一次天线高h下作较核，两次所量天 ，记录在手薄。若互差 线高互差不得大于3mm,取平均值为h 下 超限，应查明原因，提出处理意见并记入测量手薄备注栏中。 已知天线基座天线高测量专用孔至厂方指定天线高部位距离为 ，则天线高按下式计算： h 上 h=h上+h下 天线类型h上(m) 502双频天线0.375

载波相位测量原理

GPS 精密定位 载波相位测量原理 由于载波的波长远小于码的波长，所以在分辨率相同的情况下，载波相位的观测精度远较码相位的观测精度为高。例如，对载波L1而言，其波长为19cm ，所以相应的距离观测误差约为2mm ；而对载波L2的相应误差约为2．5mm 。载波相位观测是目前最精确最高的观测方法，它对精密定位上作具有极为重要的意义。但载波信号是一种周期性的正弦信号，而相位测量又只能测定其不足一个波长的部分，因而存在着整周不确定性问题，使解算过程比较复杂。 由于GPS 信号已用相位调制的方法在载波上调制了测距码和导航电文，所以收到的载波的相位已不再连续(凡是调制信号从0变1或从1变0时，载波的相位均要变化1800)。所以在进行载波相位测量以前，首先要进行解调工作，设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获取或波。这一工作称为重建载波。 一、 重建载波 恢复载波一般可采用两种方法：码相关法和平方法。采用码相关法恢复载波信号时用户还可同时提取测距信号和卫星电文。但采用这种方法时用户必须知道测距码的结构(即接收机必须能产生结构完全相同的测距码)。采用平方法，用户无需掌握测距码的码结构，但在自乘的过程中只能获得载波信号(严格地说是载波的二次谐波，其频率比原载波频率增加了一倍)，而无法获得测距码和卫星电文。码相关法和平方法的具体做法及其原理在接收机工作原理中曾介绍过。 二、 相位测量原理 若卫星S 发出一载波信号，该信号向各处传播。设某一瞬间，该信号在接收机R 处的相位为φR ，在卫星S 处的相位为φS ，φR 、φS 为从某一起点开始计算的包括整周数在内的载波相位，为方便计算，均以周数为单位。若载波的波长为λ，则卫星S 至接收机R 间的距离为ρ=λ（φS —φR ），但我们无法测量出卫星上的相位φS 。如果接收机的振荡器能产生一个频率与初相和卫星载波信号完全相同的基准信号，问题便迎刃而解，因为任何一个瞬间在接收机处的基准信号的相位就等于卫星处载波信号的相位。因此（φS —φR ）就等于接收机产生的基准信号的相位φK (T K )和接收到的来自卫星的载波信号相位φK j (T K )之差： )()()(k k k j k k j k T T T ??-=Φ 某一瞬间的载波相位测量值（观测量）就是该瞬间接收机所产生的基准信号的相位φK (T K )和接收到的来自卫星的载波信号的相位φK j (T K )之差。因此根据某一瞬间的载波相位测量值就可求出该瞬间从卫星到接收机的距离。 但接收机只能测得一周内的相位差，代表卫星到测站 距离的相位差还应包括传播已经完成的整周数N K j ： )()()(k k k j k j k k j k T T N T ??-+=Φ 假如在初始时刻t0观测得出载波相位观测量为： )()()(000t t N t k j k j k k j k ??-+=Φ N K j 为第一次观测时相位差的整周数，也叫整周模糊 度。 从此接收机开始由一计数器连续记录从t0时刻开始

载波相位差分接收机自主完好性监测研究

第36卷第3期2011年3月武汉大学学报 信息科学版 Geo matics and Info rmat ion Science of W uhan U niver sity V ol.36N o.3M ar ch 2011 收稿日期:2011 01 08。 文章编号:1671 8860(2011)03 0271 05文献标志码:A 载波相位差分接收机自主完好性监测研究 孟领坡1 吴 杰1 袁义双2 (1 国防科技大学航天与材料工程学院,长沙市德雅路,410073) (2 95172部队,长沙市,410115) 摘 要:首先提出了浮点变换完全去相关法,该方法能够在单历元动态确定整周模糊度。研究了基于载波相位测量的完好性监测方法。利用最小二乘残差构造统计检验量,对整周模糊度进行检测。分析了定位误差保护限与卫星构型、漏警概率的关系。实测数据表明,整周模糊度在单历元动态求解的成功率为100%,增加1颗卫星将使垂直定位误差保护限减少约0.2m,统计检验量检测周跳的正确率为100%。关键词:卫星导航;接收机自主完好性监测;检测门限;整周模糊度;周跳中图法分类号:P228.41 目前,接收机自主完好性监测(receiver au tonom ous integ rity m onitor ing,RAIM)算法主要有距离比较法、奇偶矢量校验法和最小二乘残差法3种。这3种方法在数学上是等效的 [1] 。由于 不能实时可靠地确定整周模糊度,目前国内的RAIM 技术研究都采用伪距为基本观测量[1 3]。为了增强导航系统的可用性,减少对观测卫星数目的依赖,最近的RAIM 研究引入外部测量信息,如SINS [4]、气压高度表[5,6]等。基于伪距观测量的导航和完好性监测,因其观测噪声较大、定位精度不高,只能满足航路飞行和非精密进近应用。基于载波相位观测量的实时导航技术,能够满足精密进近着陆的精度要求,其关键就是整周模糊度的实时可靠求解。在短基线(小于20km)条件下,两测站的大气延迟相关性较强,观测量的双差能消除大部分测量误差[7] 。此时,波长的大小对正确求解整周模糊度至关重要,波长越长,正确求解越容易[8]。 本文首先提出了一种单历元在航确定整周模糊度的浮点变换完全去相关法。该方法采用宽巷组合载波相位双差、伪距双差观测量,求解浮点模糊度,由于宽巷组合载波波长较长,因而减少了伪距双差测量误差对浮点模糊度精度的影响;对浮点模糊度方差 协方差阵进行一次Cholesky 分解,得到浮点转换矩阵,使浮点模糊度完全去相 关,从而减少模糊度整周搜索范围;以最小二乘残差平方和最小为标准,确定单历元整周模糊度;用多历元一致性检验方法,对不同历元得到的整周 模糊度解进行检验,提高了其可靠性。 针对定位结果完好性监测问题,本文提出了基于载波相位双差残差平方和的RAIM 算法。检测门限由误警概率、可见卫星颗数确定。本文还研究了由漏警概率、卫星几何分布构型和载波测量均方差确定保护限的方法,由最小二乘残差平方和检测、保护限检测综合构成完好性监测。因为载波相位测量精度高,所以残差平方和检测的门限可以设得很小,大大降低了完好性监测的误警率和漏警率。 1 高精度定位模型 建立基站北天东坐标系,坐标原点为基站观测天线几何中心o;x 轴为过o 点的子午面与水平 面的交线,指向北方向;y 轴垂直于过o 点的水平面指向上方;o x y z 构成右手直角坐标系。基站、动态站同时跟踪两颗GPS 卫星k 、j ,以j 号卫星为参考星,测量载波L 1、L 2,采用双频宽巷组合 = L 1- L 2形式,可得双频载波宽巷组合线性化双差观测方程: y =1 r j 02-r k 02d X +N jk 12 + jk 12 (1)

GPS实验报告

实验一：GPS静态测量实验 实验目的：1、掌握天宝GPS接收机的操作。 2、掌握GPS静态相对定位数据采集方法。 3、掌握卫星预报软件的使用方法。 4、掌握数据传输与后台处理软件的使用方法。 实习任务：对已有控制点进行多时段静态测量 实验步骤： ●放置脚架，对中整平，安置好仪器。 ●量取天线高 ●打开接收机电源，接收机跟踪大于4颗以上卫星时，卫星指示灯慢闪； 打开数据记录灯；此时开始记录数据。（注：一定要保证数据记录灯亮，否则没有记录数据） ●认真填写外业记录表 ●结束测量时，先关闭数据记录灯，再关闭接收机电源。 2. 静态数据业处理 （1）接收机的数据传输 关于外业观测数据的传输，比较特别的是，Trimble 5700接收机的数据传输需要安装Data Transfer数据传输软件才能实现传输。 (2)将trimble接收机的数据文件转成RINEX格式 安装好Convert to RINEX软件后，运行，选择好要转换的trimble数据文件，如图：

点击“编辑”，对相关参数进行设置，选择观测方法为“护圏的中心”，并根据外业观测记录表，填好初始天线高，点击“改正”即可。设置完成后，就是进行格式转换了。

（3）HGO软件，新建项目，选择相应的坐标系统 如图： (4)处理基线观测残差序列图和基线处理 这一个环节，主要是通过查看基线的残差序列图来初步判断该基线的质量好坏。质量控制只作为了解，是基线解算质量的三个恒量标准，即比率（ratio）、均方根（RMS）。我们主要通过屏蔽某段信号或者某颗卫星的信号来使得ratio 值和 RMS值增大，ratio值越大越好，信号好的话，ratio值一般在50-100之间。RMS值越小越好，信号好的话，RMS值一般会在0.005左右。如图: