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1、第5章 距离测量与GPS定位刘智敏刘智敏山东科技大学山东科技大学1第5章 距离测量与GPS定位5.1 5.1 利用测距码测定卫地距利用测距码测定卫地距5.2 5.2 载波相位测量载波相位测量5.3 5.3 单差、双差、三差观测值单差、双差、三差观测值5.4 5.4 其他一些常用的线性组合观测值其他一些常用的线性组合观测值5.5 5.5 周跳的探测及修复周跳的探测及修复5.6 5.6 整周模糊度的确定整周模糊度的确定5.7 5.7 单点定位单点定位5.8 5.8 相对定位相对定位5.9 5.9 网络网络RTKRTK及及CORSCORS5.10 5.10 差分差分GPSGPS2授课章节主要内容课时
2、教学方法教室第第1部分部分 绪论绪论 GPS、Galileo、GLONASS和北斗导航二代等全球卫星定位系统的发展历程和应用现状4讲座多媒体CAI教室第第2 2部分部分定位的时空基准和卫星定位的时空基准和卫星定轨理论定轨理论GPS卫星的信号分类；卫星的信号分类；坐标系统与时间系统2讲座卫星运动的基础知识及卫星坐标计算GPS卫星的信号分类61、坐标转换：天球-地球坐标系，地心-参心-站心坐标系2、时间系统转换：年积日，儒略日，GPS周3、卫星定轨：开普勒三大定律4、二体问题、多体问题；5、广播星历求出卫星瞬时位置6、广播星历的跳跃值拟合方法7、精密星历的插值方法23.10选择主题做报告：讲清楚是
3、什么，为什么，怎么做？推导相关题目的数学模型，进行程序设计与实现小组论文报告第第3 3部分部分GPS的误差源；的误差源；定位方法：定位方法：绝对定位、绝对定位、相对定位，定相对定位，定位新技术位新技术GPS的误差源4讲座1.观测方程2.线性组合：一次差、二次差、三次差3.整周模糊度的确定、周跳的探测与修复4.定位新技术：PPP，Network RTK81、主要误差源的改正措施：卫星钟差、电离层折射、对流层折射、主要误差源的改正措施：卫星钟差、电离层折射、对流层折射o精密星历的下载与插值方法，处理卫星钟差精密星历的下载与插值方法，处理卫星钟差o电离层三频改正电离层三频改正o电离层改正模型的对比电
4、离层改正模型的对比o对流层改正模型的对比对流层改正模型的对比2、公式推导、编程、公式推导、编程实现实现o单点定位的观测方程，并数据测试；单点定位的观测方程，并数据测试；o相对定位的观测方程，并数据测试；相对定位的观测方程，并数据测试；3、进行三频观测值的线性组合：、进行三频观测值的线性组合：o宽巷、窄巷宽巷、窄巷o去电离层组合去电离层组合o去几何关系组合去几何关系组合oW-M组合组合4、GPS定位新技术的数学模型及应用定位新技术的数学模型及应用23.26研讨交流：相关题目的数学模型，程序设计与实现过程，并做PPT报告要求学生经过文献检索后小组讨论提交读书报告实验一：GPS RTK23.28:完
5、成实验，提交实验报告实验场地3授课章节主要内容课时教学方法教室第第4 4部分部分GPS测量的技术设计测量的技术设计及其外业实及其外业实施施1、 技术设计2、 外业实施和外业数据检核6讲座多媒体CAI教室以某一测区为例，做出技术设计报告以某一测区为例，做出技术设计报告24.7:小组讨论，提交设计方案实验二：GPS静态控制网观测24.9:按照设计方案施测并下载数据保存，提交实验报告实验场地实验四：GPS静态控制网软件数据处理2将实验二的数据软件处理，得出5.1:数据处理平差报告1.对完成的实验二和实验四，提交技术总结报告对完成的实验二和实验四，提交技术总结报告2.常用常用GNSS数据处理软件分类、
6、特点数据处理软件分类、特点3.数据处理新方法数据处理新方法4.文献检索：文献检索：GNSS的发展与应用的发展与应用oGNSS技术最新发展，尤其技术最新发展，尤其BDSo按海陆空应用领域不同分类按海陆空应用领域不同分类o按军、民、科研领域分类按军、民、科研领域分类o按定位、导航、授时、气象等分类按定位、导航、授时、气象等分类oGNSS课程知识点汇集课程知识点汇集24.25:选做一题，经过文献检索后，提交读书报告，并进行小组汇报与讨论，并进行课程论文报告多媒体CAI教室选作：1、几种GPS软件学习与对比分析2、GPS数据处理编程实现合 计544概概 述述oo当今的卫星定位当今的卫星定位当今的卫星定
7、位当今的卫星定位GNSS(Global Navigation Satellites GNSS(Global Navigation Satellites GNSS(Global Navigation Satellites GNSS(Global Navigation Satellites System)System)System)System)技术正向着实时、高精度、高可靠性的方向发展，技术正向着实时、高精度、高可靠性的方向发展，技术正向着实时、高精度、高可靠性的方向发展，技术正向着实时、高精度、高可靠性的方向发展，网络化、集中式的数据服务（网络化、集中式的数据服务（网络化、集中式的数据服务（网
8、络化、集中式的数据服务（Data ServiceData ServiceData ServiceData Service）是这些技术）是这些技术）是这些技术）是这些技术的典型特征。的典型特征。的典型特征。的典型特征。oo定位技术的领域界限逐渐变得模糊，随着理论的不断完善，定位技术的领域界限逐渐变得模糊，随着理论的不断完善，定位技术的领域界限逐渐变得模糊，随着理论的不断完善，定位技术的领域界限逐渐变得模糊，随着理论的不断完善，各种定位方法相互融合，趋向统一。各种定位方法相互融合，趋向统一。各种定位方法相互融合，趋向统一。各种定位方法相互融合，趋向统一。oo定位技术的发展越来越多地依赖于计算机、无
9、线通信、网定位技术的发展越来越多地依赖于计算机、无线通信、网定位技术的发展越来越多地依赖于计算机、无线通信、网定位技术的发展越来越多地依赖于计算机、无线通信、网络等的技术发展，它的技术发展呈现出多元化和学科交叉络等的技术发展，它的技术发展呈现出多元化和学科交叉络等的技术发展，它的技术发展呈现出多元化和学科交叉络等的技术发展，它的技术发展呈现出多元化和学科交叉的特点。的特点。的特点。的特点。5卫星定位技术的发展卫星定位技术的发展非差相位精密单点定位非差相位精密单点定位非差相位精密单点定位非差相位精密单点定位（PPPPPP）网络网络网络网络RTKRTK技术技术技术技术伪距单点定位伪距单点定位伪距单
10、点定位伪距单点定位伪距差分定位伪距差分定位伪距差分定位伪距差分定位载波静态定位载波静态定位载波静态定位载波静态定位绝对定位绝对定位绝对定位绝对定位相对定位相对定位相对定位相对定位常规常规常规常规RTKRTK广域差分定位广域差分定位广域差分定位广域差分定位定位技术 -X第一代第一代第一代第一代第二代第二代第二代第二代第三代第三代第三代第三代第四代第四代第四代第四代6GPS定位平面精度谱定位平面精度谱图例图例5%5%50%50%95%95%分布分布绝绝对对差分相位观测值相位观测值码观测值码观测值1 1mmmm2 2mmmm5 5mmmm1 1cmcm2 2cmcm5 5cmcm1010cmcm20
11、20cmcm5050cmcm1 1mm2 2mm5 5mm1010mm2020mm5050mm100100mmSPSSPS标准定位服务标准定位服务PPSPPS精密定位服务精密定位服务SA SA 选择可用性选择可用性测量（静态）（+1ppm）载波相位RTK导航伪距/载波相位浮动解相位平滑伪距DGPS伪距DGPSPPSSPS（无SA）SPS（有SA）GPS观测精度分布谱定位方法7什么是差分什么是差分GPSGPS（DGPS DGPS Differential GPS Differential GPS）基本思路：利用设于坐标已知的参考站，计算各类基本思路：利用设于坐标已知的参考站，计算各类改正数改正数
12、影响影响GPSGPS测量定位的误差测量定位的误差8o什么是差分什么是差分GPSGPS（DGPS DGPS Differential GPS Differential GPS）n误差的特性误差的特性o卫星轨道误差：影响大小与测站位置有关，距离较卫星轨道误差：影响大小与测站位置有关，距离较近时，影响大小相近（误差的空间位置相关性）近时，影响大小相近（误差的空间位置相关性）o卫星钟差：影响大小与测站无关卫星钟差：影响大小与测站无关o大气折射（电离层、对流层折射）：影响具有空间大气折射（电离层、对流层折射）：影响具有空间位置相关性位置相关性oSA：Epsilon可以归于卫星轨道误差，可以归于卫星轨道误
13、差，Dither可可归于卫星钟差归于卫星钟差o多路径：于测站有关，测站间无关多路径：于测站有关，测站间无关n差分差分GPSo基准站（基准站（Reference/Base Station）与流动）与流动站（站（Mobile/Rover Station）o差分改正数差分改正数9o什么是差分什么是差分GPSGPS（DGPS DGPS Differential GPS Differential GPS）差分差分GPS系统的构成系统的构成10o差分差分GPS的类型的类型n位置（坐标）差分与距离（伪距）差分位置（坐标）差分与距离（伪距）差分o位置改正数位置改正数n位置改正数的确定位置改正数的确定n缺陷缺陷
14、 要求参考站和流动站所观测的卫星完要求参考站和流动站所观测的卫星完全相同全相同o距离改正数距离改正数n距离改正数的确定：计算距离距离改正数的确定：计算距离 观测距离观测距离11o差分差分GPS的类型的类型n局域差分与广域差分局域差分与广域差分o局域差分局域差分GPS（LADGPS Local Area DGPS）n基准站作用距离：数百公里基准站作用距离：数百公里n特点：计算出特点：计算出o广域差分广域差分GPS（WADGPS Wide Area DGPS）n基准站作用距离：数千公里基准站作用距离：数千公里n特点：将各项误差分离出来，建立误差与位置特点：将各项误差分离出来，建立误差与位置的关系的
15、关系分离出的误差：卫星轨道、卫星钟差分离出的误差：卫星轨道、卫星钟差建立误差与位置的关系模型：大气折射建立误差与位置的关系模型：大气折射12o差分差分GPS的类型的类型n增强型的差分增强型的差分GPS系统系统o伪卫星（伪卫星（Pseudolites）oLAAS 局域增强系统局域增强系统nLocal Area Augmentation Systemn应用领域：机场，着陆系统应用领域：机场，着陆系统oWAAS 广域增强系统广域增强系统nWide Area Augmentation Systemn连续运行参考站（连续运行参考站（CORS）13oRTK Real Time Kinametic（实时动态
16、差分）（实时动态差分）n系统构成系统构成o参考站参考站o流动站流动站o数据链数据链n应用应用14国内、外应用范例国内、外应用范例1 1、香港、香港GPSGPS永久参考站网络永久参考站网络152 2、新加坡、新加坡VRSVRS参考站网络参考站网络163 3、一个典型的基准站网络、一个典型的基准站网络 瑞士瑞士瑞士全境及建站选点：瑞士全境及建站选点：17网络RTK的关键技术利用多个基准站观测数据对电离层、对流层、观测误差利用多个基准站观测数据对电离层、对流层、观测误差的的误差模型进行优化误差模型进行优化利用多个基准站已知坐标和观测数据快速确定某类整周利用多个基准站已知坐标和观测数据快速确定某类整周
17、模糊度值，然后进一步确定误差模型的精细结构模糊度值，然后进一步确定误差模型的精细结构利用上述误差模型和整周模糊度寻找确定流动站的误差利用上述误差模型和整周模糊度寻找确定流动站的误差修正的算法修正的算法利用修正后的流动站观测值和基准站坐标固定流动站整利用修正后的流动站观测值和基准站坐标固定流动站整周模糊度周模糊度快速、实时性解算快速、实时性解算技技术，结果精度和可靠性的检验术，结果精度和可靠性的检验18相对定位的方式相对定位的方式19相对定位的方式相对定位的方式20广域差分广域差分GPS系统系统o工作原理工作原理n对对GPS观测量的误差源加以区分，并对每一个误观测量的误差源加以区分，并对每一个误
18、差源分别加以差源分别加以“模型化模型化”，然后将计算出来的每，然后将计算出来的每一个误差源的误差修正值（差分改正值），通过一个误差源的误差修正值（差分改正值），通过数据通讯链传输给用户，对用户数据通讯链传输给用户，对用户GPS接收机的观接收机的观测值误差加以改正，以达到削弱这些误差源影响，测值误差加以改正，以达到削弱这些误差源影响，改善用户改善用户GPS定位精度的目的。定位精度的目的。o增强广域差分系统增强广域差分系统nWAAS Wide Area Augment Systemn利用同步卫星利用同步卫星21广域差分广域差分GPS系统系统22广域差分广域差分GPS系统系统23广域差分广域差分GPS系统系统24小结o名词n网络RTK；CORS；WADGPS；WAAS；LADGPS；LAASo不同方法的使用范围、精度等特点不同方法的使用范围、精度等特点25
