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GNSS精密单点定位基本原理及应用

GNSS精密单点定位基本原理及应用
GNSS精密单点定位基本原理及应用

GNSS精密单点定位基本原理及应用

【摘要】文中详细介绍了GN SS精密单点定位技术的基本原理及在各领域中的应用前景,供国土测绘界同行参考。

【关键词】GN SS;精密单点定位;大地测量

1.前言

精密单点定位是指利用全球若干地面跟踪站的GNSS观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差,对单台GNSS接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算,利用这种预报的GNSS卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据;同时利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GNSS定位观测值方程中的卫星钟差参数;用户利用单台GNSS双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内的任意位置都可以2- 4dm级的精度,进行实时动态定位或2- 4cm级的精度进行较快速的静态定位,精密单点定位技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术,也是GNSS 定位方面的前沿研究方向。

2.精密单点定位基本原理

单点定位是利用卫星星历和一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法,其优点是一台接收机单独定位,观测组织和实施方便,数据处理简单。缺点是精度主要受系统性偏差(卫星轨道、卫星钟差、大气传播延迟等)的影响,定位精度低。应用领域:低精度导航、资源普查、军事等。对于单点定位的几何描述,保持GNSS卫星钟同GNSS接收机钟同步;GNSS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;GNSS卫星钟和GNSS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。单点定位虽然是只需要一台接收机即可,但是单点定位的结果受卫星星历误差、卫星钟差以及卫星信号传播过程中的大气延迟误差的影响较为显著,故定位精度一般较差。

精密单点定位为技术针对单点定位中的影响,采用了精密星历和精密卫星钟差、高精度的载波相位观测值以及较严密的数学模型的技术,如用户利用单台GNSS 双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内,点位平面位置精度可达1- 3cm,高程精度可达2- 4cm,实时定位的精度可达分米级。

利用上述推导的观测模型,即可采用卡尔曼滤波的方法或最小二乘法进行非差精密单点定位计算,在解算时,位置参数在静态情况下可以作为常未知数处理;在未发生周跳或修复周跳的情况下,整周未知数当作常数处理,在发生周跳的情况下,整周未知数当作一个新的常数参数进行处理;由于接收机钟较不稳定,且存在着明显的随机抖动,因此将接收机钟差参数当作白噪声处理;而对流层影响变化较为平缓,可以先利用Saastamonen或其他模型改正,再利用随机游走的方

GPS测量基本原理

1> 概述 测量学中有测距交会确定点位的方法。与其相似,无线电导航定位系统、卫星激光测距定位系统,其定位原理也是利用测距交会的原理定位。 就无线电导航定位来说,设想在地面上有三个无线电发射台,其坐标为已知,用户接收机在某一时刻采用无线电测距的方法分别测得了接收机至三个发射台的距离d1,d2,d3。只需以三个发射台为球心,以d1,d2,d3为半径作出三个定位球面,即可交会出用户接收机的空间位置。如果只有两个无线电发射台的话,则可根据用户接收机的概略位置交会出接收机的平面位置。这种无线电导航定位系统是迄今为止仍在使用的飞机船舶的的中导航定位方法。 近代卫星大地测量中的卫星激光测距定位也是应用了测距交会定位的原理和方法。虽然用于测距的卫星(表面安装有激光反射镜)是在不停的运动中,但总可以利用固定于地面上三个已知点上的卫星激光测距仪同时测定某一时刻至卫星的距离d1,d2,d3,应用测距交会的原理便可确定该时刻卫星的空间位置。如此,可以确定三可以上卫星的空间位置。如果第四个地面点上(坐标未知)也有一台卫星测距仪同时参与了测定改点到三颗卫星的空间距离,则利用所测定的三个空间距离可交会出该地面点的空间位置。 将无线电信号发射台从地面搬到卫星上,组成一颗卫星导航定位系统,应用无线电测距交会的原理,便可利用三个以上地面已知点(控制站)交会处卫星的位置,反之利用三颗以上的卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点(用户接收机)的位置。这便是GPS卫星定位的基本原理。 GPS卫星发射测距信号和导航电文,导航电文中含有卫星的位置信息。用户用GPS接收机在某一时刻同时接收三个以上的GPS卫星信号,测量出测站点(接收机天线中心)P至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间位置坐标,据此利用距离交会法解算出测站P的位置坐标,如下图所示,设在时刻t i在在测站P用GPS接收机同时测出P点至三颗GPS卫星的距离ρ1,ρ2,ρ3,通过GPS电文解释出该时刻三颗GPS卫星的三维坐标分别为(Xi,Yi,Zi),j=1,2,3。用距离交会的方法求解出P点的三维坐标(X,Y,Z)的观测方程为

GNSS精密单点定位基本原理及应用

GNSS精密单点定位基本原理及应用 【摘要】文中详细介绍了GN SS精密单点定位技术的基本原理及在各领域中的应用前景,供国土测绘界同行参考。 【关键词】GN SS;精密单点定位;大地测量 1.前言 精密单点定位是指利用全球若干地面跟踪站的GNSS观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差,对单台GNSS接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算,利用这种预报的GNSS卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据;同时利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GNSS定位观测值方程中的卫星钟差参数;用户利用单台GNSS双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内的任意位置都可以2- 4dm级的精度,进行实时动态定位或2- 4cm级的精度进行较快速的静态定位,精密单点定位技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术,也是GNSS 定位方面的前沿研究方向。 2.精密单点定位基本原理 单点定位是利用卫星星历和一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法,其优点是一台接收机单独定位,观测组织和实施方便,数据处理简单。缺点是精度主要受系统性偏差(卫星轨道、卫星钟差、大气传播延迟等)的影响,定位精度低。应用领域:低精度导航、资源普查、军事等。对于单点定位的几何描述,保持GNSS卫星钟同GNSS接收机钟同步;GNSS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;GNSS卫星钟和GNSS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。单点定位虽然是只需要一台接收机即可,但是单点定位的结果受卫星星历误差、卫星钟差以及卫星信号传播过程中的大气延迟误差的影响较为显著,故定位精度一般较差。 精密单点定位为技术针对单点定位中的影响,采用了精密星历和精密卫星钟差、高精度的载波相位观测值以及较严密的数学模型的技术,如用户利用单台GNSS 双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内,点位平面位置精度可达1- 3cm,高程精度可达2- 4cm,实时定位的精度可达分米级。 利用上述推导的观测模型,即可采用卡尔曼滤波的方法或最小二乘法进行非差精密单点定位计算,在解算时,位置参数在静态情况下可以作为常未知数处理;在未发生周跳或修复周跳的情况下,整周未知数当作常数处理,在发生周跳的情况下,整周未知数当作一个新的常数参数进行处理;由于接收机钟较不稳定,且存在着明显的随机抖动,因此将接收机钟差参数当作白噪声处理;而对流层影响变化较为平缓,可以先利用Saastamonen或其他模型改正,再利用随机游走的方

(精密单点定位)

简介 精密单点定位--precise point positioning(PPP) 所谓的精密单点定位指的是利用全球若干地面跟踪站的GPS 观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差, 对单台GPS 接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算。利用这种预报的GPS 卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据; 同时利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GPS 定位观测值方程中的卫星钟差参数; 用户利用单台GPS 双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内的任意位置都可以2- 4dm级的精度, 进行实时动态定位或2- 4cm级的精度进行较快速的静态定位, 精密单点定位技术 是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术,也是GPS 定位方面的前沿研究方向。 编辑本段精密单点定位基本原理 GPS 精密单点定位一般采用单台双频GPS 接收机, 利用IGS 提供的精密星历和卫星钟差,基于载波相位观测值进行的高精度定位。所解算出来的坐标和使用的IGS 精密星历的坐标框架即ITRF 框架系列一致, 而不是常用的WGS- 84 坐标系统下的坐标,因此IGS 精密星历与GPS 广播星历所对应的参考框架不同。 编辑本段密单点定位的主要误差及其改正模型 在精密单点定位中, 影响其定位结果的主要的误差包括:与卫星有关的误差(卫星钟差、卫星轨道误差、相对论效应);与接收机和测站有关的误差(接收机钟差、接收机天线相位误差、地球潮汐、地球自转等);与信号传播有关的误差(对流层延迟误差、电离层延迟误差和多路径效应)。由于精密单点定位没有使用双差分观测值, 所有很多的误差没有消除或削弱,所以必须组成各项误差估计方程来消除粗差。有两种方法来解决:a.对于可以精确模型化的误差,采用模型改正。b.对于不可以精确模型化的误差,加入参数估计或者使用组合观测值。如双频观测值组合,消除电离层延迟;不同类型观测值的组合,不但消除电离层延迟,也消除了卫星钟差、接收机钟差;不同类型的单频观测值之间的线性组合消除了伪距测量的噪声,当然观测时间要足够的长,才能保证精度。 什么是PPP(精密单点定位)? (2009-08-02 13:58:03) GPS从投入使用以来,其相对定位的定位方式发展得很快,从最先的码相对定位到现在的RTK,使GPS的定位精度不断升高。而绝对定位即单点定位发展得相对缓慢,传统的GPS 单点定位是利用测码伪距观测值以及由广播星历所提供的卫星轨道参数和卫星钟改正数进行的。其优点是数据采集和数据处理较为方便、自由、简单, 用户在任一时刻只需用一台GPS 接收机就能获得WGS284 坐标系中的三维坐标。但由于伪距观测值的精度一般为数分米至数米;用广播星历所求得的卫星位置的误差可达数米至数十米, 卫星钟改正数的误差为±20

浅谈GPS精密单点定位技术

科 技 天 地45 INTELLIGENCE ··· ·····················浅谈GPS 精密单点定位技术 吉林省基础地理信息中心 刘振宇 摘 要:本文介绍了GPS 精密单点定位技术的概念、产生、主要原理、数学模型 等初步知识,扼要介绍了在应用中应解决的关键技术问题,并展望了该技术的实际应用前景。 关键词:GPS 精密单点定位技术 原理 应用 1 GPS 精密单点定位技术的产生 GPS 空间定位技术以其定位的高度灵活性和常规测量技术无法比拟的高精度成为现阶段常规大地测量的主要技术手段,彻底的改变了传统的野外测量模式,并且在可预见的一个时期内尚无一种技术手段可以代替。 GPS 空间定位技术同所有的新生事物一样,有着发生、发展、成熟的变化过程。随着我们对GPS 空间定位技术本质认识的不断深入,在理论与使用方法上也在不断的进行创新。从第一代的伪距定位、载波相位测量到第二代的实时动态定位、广域差分技术,直至目前第三代的网络实时动态定位、精密单点定位技术,GPS 空间定位技术留下了一条清晰的发展历程。第三代的网络实时动态定位、精密单点定位技术业已发展成熟,正处在面向实用推广的过程。 美国喷气推进实验室 (Jet Propulsion Laboratory,JPL)是美国国家航空和宇宙航行局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)下属的一家科研机构,主要从事空间科学的研究。1997年以来JPL 的研究人员利用该机构研制的GPS 高精度定轨定位软件——GIPSY 的某些功能模块实现了精密单点定位,并发表了多篇文章。由此宣告了一种全新的GPS 定位模式的诞生。 2 GPS 精密单点定位技术的概念 所谓精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)是指利用GPS 卫星的事后精密星历、事后精密卫星钟差作为已知坐标起算数据,用户利用单台GPS 双频全波长接收机在全球范围内的任意位置进行高精度的空间定位。该技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术,也是GPS 定位方面的前沿研究方向。 3 GPS 精密单点定位技术的主要原理 在目前GPS 空间定位技术的各种手段中,除去精密单点定位外,所采用的数学模型均为差分模型。(对应的实现手段是相对定位方法,即要求在作业过程中必须有两台以上的GPS 接收机进行同步观测。)其主要原理是利用差分的方法来消除两个测站公共部分的系统误差,从而达到精确的相对定位。随着我们对GPS 技术本质认识的不断深入,对GPS 测量过程中产生的各种系统性误差有了更细致的了解,因此可以针对各种系统性误差分别建立起相对应的精确的数学模型对系统性误差进行描述、估计和处理,从而可以采用非差分的数学模型来替代差分数学模型来进行数据处理,并利用GPS 卫星的事后精密星历、事后精密卫星钟差作为已知坐标的起算数据,直接获得待定点的三维坐标。简而言之,所谓GPS 精密单点定位技术的实质就是采用经验的公式对GPS 测量过程中产生的系统性误差进行描述,并在数据处理过程中进行误差改正,从而获得精确的测量结果。 在GPS 精密单点定位技术中,利用事后卫星钟差估计值消去卫星钟差项,并且采用双频观测值消除了电离层影响,顾及以上各项则其观测值误差方程如下: p j j trop j j p i P i i t C i i v εδρδρ+?+?+=)()()()()( Φ Φ+Φ???++?+=ελλδρδρ)()()()()()(i i N i i t C i i v j j j trop j j 式中: j 为卫星号,i 为相应的观测历元,C 为真空中光速。 )(i t δ为接收机钟差,)(i j trop δρ为对流层延迟影响。p ε、Φε为多路径、观测噪声等未模型化的误差影响。 )(i P j 、)(i j Φ为相应卫星i 历元的消除了电离层影响 的组合观测值,而)(i v j p 、 )(i v j Φ 为其观测误差,λ为相应的波长。 )(i j ρ为信号发射时刻的卫星位置到信号接收时刻接收机位置之间的几何距离。 )(i N j 为消除了电离层影响的组合观测值的整周未知数。 这样精密单点定位的主要工作量即为将p ε、 Φε多路径、观测噪声等未模型化的误差影响采用精确的数学模型或经验的数学模型进行描述,在此就不具体展开讨论了。 待定参数为:[]T j nsat j zd N t z y x i X ),1()(==δρδ其中x、y、z 为三维位置参数、t δ接收机钟差参数、zd δρ对流层延迟参数、j N 为整周未知数参数。 利用上述观测模型,即可采用序贯最小二乘法或卡尔曼滤波的方法进行非差精密单点定位计算。

第五章 GPS卫星定位基本原理

5.1 概述 测距交会确定点:无线电导航定位系统卫星激光测距定位系统 无线电导航定位:三已知点三维定位,两个已知点平面定位. 卫星大地测量中的卫星激光测距定位。利用地面上三个已知点上的卫星激光测距仪同时测定某一时刻至卫星的空间距离,从而来确定卫星的空间位置。 卫星定位的基本原理: 依据测距的原理:伪距法定位,载波相位测量定位,以及差分GPS定位。 根据待定点的状态分为:静态定位(绝对定位)和动态定位(至少有一台接收机处于运动状态)和相对定位。 利用测距码或载波相位均可进行静态定位,实际为减少误差,可利用载波相位观测值的各种线性组合(即差分)作为观测值,获得两点之间高精度的GPS基线向量(即坐标差)。 5.2伪距测量 伪距测量:由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。由于卫星钟、接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟,实际测出距离ρ'与卫星到接收机的几何距离ρ有一定差值,因此

一般称量测出的距离为伪距。C/A 码伪距,P 码伪距。伪距法定位测量定位精度不高(P 码定位误差约为10m ,C/A 码定位误差为20-30m ),但因其具有定位速度快,是GPS 定位系统中进行导航定位的基本方法。作为载波相位测量中解决整波数不确定(模糊度)的辅助资料。 5.2.1 伪距测量 伪距测量的基本原理: 为什么采用码相关技术来确定伪距? GPS 卫星发射的测距码是按照一定规律排列的,在一个周期内,每个码对应某一特定的时间。应该说识别出每个码的形状特征,即用每个码的某一标志即可推算出时延值τ进行伪距测量。但实际上每个码在产生过程中都带有随机误差,并且信号经过长距离传送后也会产生变形。所以根据码的某一标志来推算时延值τ就会产生很大的误差。因此采用码相关技术,在自相关系数MAX R =')(τ的情况下来确定信号的传播时间τ。由于测距码和信号在产生的过程中不可避免地带有误差,而且测距码在传播过程中还有变形,因而自相关系数往往不可能达到“1”,只能在自相关系数为最大的情况下确定伪距,此时基本对齐。 dt t t a t a T R T )()(1)(τττ'-?+-='?

AGPS定位基本原理浅析

AGPS定位基本原理浅析 位置服务已经成为越来越热的一门技术,也将成为以后所有移动设备(智能手机、掌上电脑等)的标配。随着人们对BLS(Based Location Serices,基于位置的服务)需求的飞速增长,无线定位技术也越来越得到重视。AGPS(Assisted GPS,A-GPS,网络辅助GPS)定位技术结合了GPS定位和蜂窝基站定位的优势,借助蜂窝网络的数据传输功能,可以达到很高的定位精度和很快的定位速度,在移动设备尤其是手机中被越来越广泛的使用。本文以GSM网络辅助GPS定位为例对AGPS的定位原理进行简单介绍。 AGPS定位基本机制 根据定位媒介来分,定位技术基本包含基于GPS的定位和基于蜂窝基站的定位两类(阅读本文前,建议先阅读《GPS定位基本原理浅析》和《GSM蜂窝基站定位基本原理浅析》两篇文章)。GPS定位以其高精度得到更多的关注,但是其弱点也很明显:一是硬件初始化(首次搜索卫星)时间较长,需要几分钟至十几分钟;二是GPS卫星信号穿透力若,容易受到建筑物、树木等的阻挡而影响定位精度。AGPS定位技术通过网络的辅助,成功的解决或缓解了这两个问题。对于辅助网络,有多种可能性,以GSM蜂窝网络为例,一般是通过GPRS网络进行辅助。 如上图所示,直接通过GPS信号从GPS获取定位所需的信息,这是传统GPS定位的基本机制。AGPS 中,通过蜂窝基站的辅助来解决或缓解上文提到的两个问题: 对于第一个问题,首次搜星慢的问题,根据《GPS定位基本原理浅析》一文的介绍,我们知道是因为GPS卫星接收器需要进行全频段搜索以寻找GPS卫星而导致的。在AGPS中,通过从蜂窝网络下载当前地区的可用卫星信息(包含当地区可用的卫星频段、方位、仰角等信息),从而避免了全频段大范围搜索,使首次搜星速度大大提高,时间由原来的几分钟减小到几秒钟。

精密单点定位技术及其应用

精密单点定位技术及其应用 摘要:GPS 精密单点定位技术是目前GPS 研究领域的热点之一。文中先简要介绍了精密单点定位的数学模型、数据处理总体思路。探讨了精密单点定位技术的定位原理及误差来源, 并比较了精密单点定位与RTK, 展望了精密单点定位技术在城市建设中的应用。 关键词:精密单点定位;解算过程;误差源;应用 1.前言 精密单点定位是利用全球若干地面跟踪站的GPS观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差, 对单台GPS 接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算。利用这种预报的GPS 卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据;同时利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GPS 定位观测值方程中的卫星钟差参数;用户利用单台GPS双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内的任意位置都可以2- 4dm级的精度, 进行实时动态定位或2- 4cm级的精度进行较快速的静态定位, 精密单点定位技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术,也是GPS 定位方面的前沿研究方向。 2 精密单点定位基本原理 GPS 精密单点定位一般采用单台双频GPS 接收机, 利用IGS 提供的精密星历和卫星钟差,基于载波相位观测值进行的高精度定位。所解算出来的坐标和使用的IGS 精密星历的坐标框架即ITRF 框架系列一致, 而不是常用的WGS- 84 坐标系统下的坐标,因此IGS 精密星历与GPS 广播星历所对应的参考框架不同。 2.1 ITRF 参考框架 ITRF 是国际协议地球参考系(ITRS)的具体体现,ITRF 的构成是基于VLBI、LLR、SLR、GPS 和DORIS 等空间大地测量技术和观测数据, 由IERS 中心局IERS CB 分析得到一组全球的站坐标和速度场。IERS 中心局每年将全球跟踪站的观测数据进行综合处理和分析, 得到一个ITRF 框架,并以IERS 年报和IERS 年报和 IERS 技术备忘录的形式发布。ITRF 的定义是通过对框架的定向、原点、尺度和框架时间演变基准的明确定义来实现。不同时期ITRF 框架之间的四个基准分量定义是不同的,存在很小的系统性的差异,当然这些差异可以通过7个参数表示。 2.2 精密单点定位数学模型

GPS定位原理介绍习题及答案解析(完整版)

14 全球定位系统(GPS)定位原理简介 一、填空题: 1、GPS接收机基本观测值有伪距观测值、载波相位观测值。 2、GPS接收机按用途分,可分为导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机和姿态测量型接收机。其中测地型接收机,按载波频率又可分为单频接收机、双频接收机。 3、GPS接收机主要由GPS接收机天线、GPS接收机主机和电源三部分组成。 4、GPS定位是利用空间测距交会定点原理。 5、全球定位系统(GPS)主要由空间卫星部分、地面监控部分和用户设备三部分组成。 6、GPS卫星星座由 24颗卫星组成。其中21颗工作卫星, 3 颗备用卫星。工作卫星分布在 6 个近圆形的轨道面内,每个轨道上有 4 颗卫星。GPS工作卫星距离地面的平均高度是20200km。 7、地面监控部分按功能可分为监测站、主控站和注入站三种。 8、GPS接收机接收的卫星信号有:伪距观测值和载波相位观测值及卫星广播星历。 9、根据测距原理,GPS卫星定位方法有伪距定位法、载波相位测量定位和 G PS 差分定位。对于待定点位,根据接收机运动状态可分为静态定位和动态定位。根据获取定位结果的时间可分为实时定位和非实时定位。 10、在两个测站上分别安置接收机,同步观测相同的卫星,以确定两点间相对位置的定位方法称为相对定位。 11、载波相位相对定位普遍采用将相位观测值进行线性组合的方法。具体方法有三种,即单差法、双差法和三差法。 12、GPS差分定位系统由基准站、流动站和无线电通信链三部分组成。 13、GPS测量实施过程与常规测量一样包括方案设计、外业测量和内业数据处理三部分。 二、名词解释: 1、伪距单点定位----利用GPS接收机在某一时刻测定的四颗以上GPS卫星伪距及从卫星导航电文中获得的卫星位置,采用距离交会法求定天线所在的三维坐标. 2、载波相位相对定位----用两台GPS接收机,分别安置在测线两端(该测线称为基线),固定不动,同步接收GPS卫星信号。利用相同卫星的相位观测值进行解算,求定基线端点在WGS一84坐标系中的相对位置或基线向量。当其中一个端点坐标已知,则可推算另一个待定点的坐标。 3、整周跳变----当GPS接收机在跟踪卫星进行载波相位测量过程中,若因某种原因引起对卫星跟踪短暂失锁,如卫星和接收机天线之间视线方向有阻挡物或接收机受到外界电磁干扰等,将造成载波相位整周观测值的意外丢失现象。这种现象称为整周跳变。 4、静态定位---进行GPS定位时,接收机的天线始终处于静止状态,用GPS测定相对于地球不运动的点位。GPS接收机安置在该点上,接收数分钟乃至更长时间,以确定其三维坐标,又称为绝对定位。 5、动态定位----进行GPS定位时,接收机的天线始终处于运动过程中,动态定位

精密单点定位

精密单点定位PPP 精密单点定位(precise point positioning ,缩写PPP ),指的是利用全球若干地面跟踪站的GPS 观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差, 对单台GPS 接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算。在卫星导航应用之中,GPS 作为定位的意义越来越重要,不论是军事上还是工程等方面上,导航定位的研究依然是一个不老的研究主题。精密单点定位更是导航定位中的一个很值得研究的问题。 PPP 根本上讲属于单点定位范畴,那么单点定位又是怎样进行测量定位的呢?单点定位是利用卫星星历和一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法,其优点:一台接收机单独定位,观测组织和实施方便,数据处理简单;缺点:精度主要受系统性偏差(卫星轨道、卫星钟差、大气传播延迟等)的影响,定位精度低。应用领域:低精度导航、资源普查、军事等。对于单点定位的几何描述,三个站星距离,作三个球面三个球面两两相交于两点,如下图所示: 站星距离的测定: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。单点定位虽然是只需要一台接收机即可,但是单点定位的结果受卫星星历误差、卫星钟差以及卫星信号传播过程中的大气延迟误差的影响较为显著,故定位精度一般较差。PPP 针对单点定位中的影响,采用了精密星历和精密卫星钟差、高精度的载波相位观测值以及较严密的数学模型的技术,如用户利用单台GPS 双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内,点位平面位置精度可达1~3cm ,高程精度可达2~4cm ,实时定位的精度可达分米级。 精密单点定位的数学模型,对于伪距: (S R i i ion trop t t x V V c V c V ρ=--+?-?0()()()S R i i i i i t i ion i trop i i t V l dX m dY n dZ c V c V V V ρρ=---+?-?+---误差方程为:

精密单点定位技术的相关理论及其应用

精密单点定位技术的相关理论及其应用 陆贤东,齐建伟 中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州 (221008) E-mail: luxiandong2006@https://www.sodocs.net/doc/054722118.html, 摘要:本文主要从理论上系统阐述了精密单点定位技术的相关理论,对精密单点定位误差处理数学模型作了详细的分析,展望了精密单点定位技术的发展和应用。 关键词:精密单点定位;IGS;数学模型;误差分析 0. 引言 随着我国海洋战略的实施,海洋科研、海洋开发、海洋工程等海上活动日益增加,对定位精度的要求也呈现出多样化,如精密的海洋划界、精密海洋工程测量等,要求能够达到十几或几十厘米的定位精度,而采用伪距差分定位只能提供米级的定位精度,如果使用RTK功能,作 用距离又不能达到;对于这部分定位需求,现有的定位手段无法满足要求,需要寻求新的定位 方式或技术。本位系统的阐述了精密单点定位技术的由来和系统组成,对精密单点定位技术的原理及误差处理数学模型作以下详细分析。 1.精密单点定位技术的原理 精密单点定位技术(PPP-Precise Point Positioning)由美国喷气推进实验室( JPL ) 的Zumberge于1997年提出。20世纪90年代末,由于全球GPS跟踪站的数量急剧上升,全球GPS 数据处理工作量不断增加,计算时间呈指数上升[2]。为了解决这个问题,作为国际GPS服务组织( IGS)的一个数据分析中心, JPL提出了这一方法,用于非核心GPS站的数据处理。该技术的思路非常简单,在GPS定位中,主要的误差来源于三类,即轨道误差、卫星钟差和电离层延时。利用IGS提供的高精度的GPS精密卫星星历和卫星钟差,以及单台双频GPS接收机采集的载波相位观测值,采用非差模型进行精密单点定位。精密单点定位的优点在于在进行精密单点定位时,除能解算出测站坐标,同时解算出接收机钟差、卫星钟差、电离层和对流层延迟改正信息等参数,这些结果可以满足不同层次用户的需要(如研究授时、电离层、接收机钟差、卫星钟差及地球自转等)。 2.IGS的相关介绍 精密单点定位技术(PPP-Precise Point Positioning)指的是先利用全球若干IGS跟踪站的GPS观测数据计算出精密卫星轨道参数和卫星钟差,然后在此基础上对单台接收机的载波相位或伪距数据进行处理,得到一些相关参数,在相关领域进行应用。IGS由GPS卫星跟踪网、数据中心、分析中心、中央局、工作组。其中工作组包括低轨卫星研究工作组、GLONASS工作组、电离层工作组、对流层工作组和时频传递工作组。低轨卫星研究工作组研究利用IGS全球跟踪网进行低轨卫星(LEO)定轨、掩星技术等方面的研究; GLONASS 工作组综合利用GPS/GLONASS卫星数据,进行大地测量与地球动力学研究;电离层工作组是发展全球性和区域性的电离层延迟图。对流层工作组是发展全球性和区域性的对流层延迟图,为气象学服务;时频传递工作组是利用GPS时间共视技术(GPS Common View)进行高精度时间比对,维护协调世界时(UTC)。

PPP(精密单点定位)

GPS精密单点定位 陈超 (20101001738 115103班) 摘要 GPS测量主要分为相对定位和绝对定位。我们在课堂上已经学习了差分GPS 测量(相对测量),通过双差消除或者削弱了卫星星历误差、电离层延迟、对流层延迟和接收机钟差,观测方程中只剩下了基线向量3个分量和整周模糊度N,这样模型简单了,精度也提高了。这对工程运用是很方便的,但是对我们全面学习GPS是不利的。单点定位就不同了,需要考虑各种模型,需要对各种误差进行改正,才能达到我们需要的精度要求。因此,研究精密单点定位,对我们全面深入的学习GPS是很有必要的。 基于此,我的GPS的结业课程报告题目选择了GPS精密单点定位。但是,这涉及的知识确实很多,每一个误差改正研究透彻都需要花很多精力与时间,在短时间内全面深刻的掌握是不可能的。所以,我有侧重的选择了几个方面的问题。 根据卫星星历以及一台GPS接收机的观测值来独立确定该接收机在地球坐标系中的绝对坐标的方法称为单点定位,也成绝对定位。单点定位的优点是只需要一台接收机即可独立定位,外业观测的组织和实施较为方便自由,数据处理也较为简单。 但是,单点定位的结果受卫星星历误差、卫星钟的钟误差(指进行卫星钟差改正后的残余误差)以及卫星信号的传播过程中大气延迟误差的影响较为显著,故定位精度一般较差。对于测绘类领域需要精确获得点位的空间坐标,传统单点定位的精定不足以达到,限制了在测量领域的广泛运用。 基于上面原因,近年来,出现了以精密星历和精密卫星钟差、高精度的载波相位观测值以及较为严密的数学模型为特征的精密单点定位技术(Precise Point Positioning,PPP)。GPS 非差相位精密单点定位是利用GPS 卫星精密星历及由一定方法确定的精密卫星钟差,以单台双频GPS 接收机采集的非差相位数据作为主要观测值来进行单点定位计算,其精度可达分米级甚至厘米级。由于它可利用单台接收机在全球范围内进行静态或动态独立作业,并且能直接得到高精度的ITRF 框架坐标,因此,它在区域高精度的坐标框架维持,区域或全球性的科学考察,高精度动态导航定位及低轨卫星的定轨等方面都具有不可限量的应用前景,是目前GPS 界研究的热点。 基于此,本文介绍精密单点定位原理与实现,主要内容如下: 1、比较单点定位与高精度GPS双差定位的共异性。 2、全面的介绍了国内外精密单点定位的研究现状。 3、详细的阐述了非差相位精密单点定位的观测模型、随机模型和各种误差改正模型。 关键词:精密单点定位国内外研究现状非差相位观测误差改正模型 1

GPS卫星定位基本原理

GPS卫星定位基本原理 本单元教学重点和难点 1、伪距测量的原理及其相应的技术; 2、载波相位测量的原理及其相应的技术; 3、绝对定位和相对定位的方法。 教学目标 1、熟悉伪距测量的原理及其相应的技术; 2、熟悉载波相位测量的原理及其相应的技术; 3、了解GPS绝对定位、相对定位和差分定位的含义; 4、了解三种定位的区别和相应的方法。 学习指导 本章介绍GPS测量原理,内容包括:GPS定位方法分类、GPS 观测量、动态绝对定位、静态绝对定位、动态相对定位、静态相对定位以及差分定位。教学目的是使学生掌握GPS定位的基本原理,为学习GPS测量误差、GPS接收机选购与检验、GPS网的设计、GPS 选点、观测和数据处理打下理论基础。 本章内容的特点是概念多、理论多、公式多,不涉及技能训练。学习时重点掌握GPS定位的基本原理、GPS定位方法分类、GPS观测量、绝对定位、精度衰减因子、整周未知数、整周跳等基本概念,测码伪距动态绝对定位和测相伪距动态绝对定位、静态绝对定位、相对定位、RTK、网络RTK等基本原理。对于教材中的公式推导过程不要求掌握,但对公式推导的结论应当理解并熟练掌握。如观测方程和定位精度评价公式,应能结合误差传播定律从中看出影响定位精度的各种因素,并能通过以后章节学习,掌握相应的测量方法、减弱

各种误差影响以提高测量精度的措施。 本章主要介绍GPS 卫星定位的基本原理与定位方法分类;GPS 定位所依据的伪距观测量;在测码伪距观测量和测相伪距观测量的基础上,讨论了静态和动态绝对定位原理以及相对定位和差分定位原理。 GPS 定位原理概述 1. GPS 定位原理 测量学中的交会法测量里有一种测距交会确定点位的方法。与其相似,GPS 的定位原理就是利用空间分布的卫星以及卫星与地面点的距离交会得出地面点位置。简言之,GPS 定位原理是一种空间的距离交会原理。 设想在地面待定位置上安置GPS 接收机,同一时刻接收4颗以上GPS 卫星发射的信号。通过一定的方法测定这4颗以上卫星在此瞬间的位置以及它们分别至该接收机的距离,据此利用距离交会法解算出测站P 的位置及接收机钟差δt 。 图3-1 GPS 定位原理 如图3-1,设时刻i t 在测站点P 用GPS 接收机同时测得P 点至四颗GPS 卫星S 1、S 2、S 3、S 4的距离1ρ、2ρ、3ρ、ρ4,通过GPS 电文解译出四颗GPS 卫星的三维坐标() 4,3,2,1,,,=j Z Y X j j j ,用距离交会的方法求解P 点的三维坐标()Z Y X ,,的观测方程为: ()()()()()()()()()()()()???????????+-+-+-= +-+-+-= +-+-+-= +-+-+-=t c Z Z Y Y X X t c Z Z Y Y X X t c Z Z Y Y X X t c Z Z Y Y X X δρδρδρδρ24242424232323232222222221212121

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