1、3.1 概述3.2 GPS定位的基本觀測量3.3 GPS定位原理3.4 GPS定位模式3.1 概述1. GPS定位原理：利用空間分布已知位置的衛星以及衛星與地面點的距離交會得出的地面點位置坐標。C為光速，t為接收機鐘差2. GPS定位方法分類1）按參照位置分類：絕對定位、相對定位；2）按接收機在作業中的運動狀態分類：靜態定位、動態定位； 動態絕對定位、動態相對定位、靜態絕對定位、靜態相對定位。3）依照測距的觀測量分類：測碼偽距法定位、測相偽距法定位。3.2 GPS定位的基本觀測量偽距：由于各種誤差源的影響，GPS衛星到用戶接收機的觀測距離并非真實地反映衛星到用戶接收機的幾何距離，這種帶有誤差的

2、GPS觀測距離稱為偽距。GPS定位的觀測量：測碼偽距觀測量（碼相位觀測量）；測相偽距觀測量（載波相位觀測量）；多普勒積分計數偽距差；干涉法測量時間延遲。測碼偽距觀測量2. 測碼偽距觀測方程及其線性化忽略GPS衛星鐘的誤差，可得測碼偽距方程的常用形式：碼相關精度約為碼元寬度的1%，利用P碼測量精度可達0.29米，C/A測距可達2.9米。泰勒公式測相偽距觀測量1. 載波相位測量 載波相位測量通過測量GPS衛星發射的載波信號從GPS衛星發射到GPS接收機之間傳播路程上相位的變化，從而確定傳播距離，又稱測相偽距測量。將調制在載波上的測距碼和導航電文解調，重新獲取載波的過程，稱為重建載波。一般采用兩種方

3、法：碼相關法和平方法。接收機接收到的衛星信號與接收機復制的參考載波信號的相位差，就是載波相位觀測量相位延遲整周未知數不足一周部分整周計數，接收機可測定的量2. 載波信號的傳播時間測相偽距方程：測碼偽距方程：從上面兩式中可以看出測相偽距方程比測碼偽距方程多出了一個參數整周模糊度整周模糊度的確定1、平差待定參數法（1）整數解（固定解）：由整周模糊度的整數解獲得的待定點坐標估值稱為固定解。適用于基線比較短，觀測誤差和外界誤差比較小的情況。（2）非整數解（實數解或浮動解）：由整周模糊度的實數解獲得的待定點坐標估值稱為固定解。觀測時間需要1個小時甚至更長，作業效率比較低。2、快速解算法（FARA） 以數

4、理統計理論的參數估值和假設檢驗為基礎，充分利用初始平差的解向量及精度信息，確定在某一個置信區間整周模糊度可能的整數解的組合，然后依次將每個解組合作為已知值，重復進行平差計算，其中使估值驗后方差最小的一組即為最佳估值。 在短基線的情況下，只需數分鐘的雙頻觀測成果，相對定位精度達厘米級。3、動態法GPS接收機確定初始整周模糊度的過程稱為GPS的初始化。（2）AROF（Ambiguity Resolution On the Fly） 1993年徠卡公司首先開發了動態確定整周模糊度的方法。首先確定搜索區域（初始坐標或整周模糊度解的三倍標準差內），在區域內遍歷每個可能的值，依據一定的條件（如模糊函數值最

5、大或方差最小）確定估值。（1）初始化法：GPS接收機在靜止狀態進行初始化，在運動之后持續跟蹤4顆以上衛星，才能實現動態相對定位。周跳的探測分析與修復周跳：由于各種原因接收機計數器發生中斷，無法準確記錄整周計數，導致記錄的整周計數和正確的整周計數存在偏差，稱為周跳。周跳有兩種類型：（1）中斷數分鐘以上，在數個歷元中沒有載波相位觀測值；（2）周跳發生在兩個觀測歷元之間。周跳探測與修復方法：（1）高次差法；無周跳的高次差值具有隨機特性。（2）多項式擬合法：利用前面正確的相位觀測值利用多項式外推下一個觀測值，并與實際的觀測值比較，從而發現周跳。（3）其他方法：星際差分法、殘差法等。3.3 GPS定位原

6、理GPS定位絕對定位相對定位靜態絕對定位動態絕對定位靜態相對定位動態相對定位（差分GPS定位）測碼偽距靜態絕對定位測相偽距靜態絕對定位測碼偽距動態絕對定位一般采用測相偽距觀測量單基準站GPS差分多基準站GPS差分位置差分偽距差分載波相位差分測相偽距修正法載波相位求差法局部區域差分廣域差分多基準站RTK測相偽距動態絕對定位1、測碼偽距靜態絕對定位設代入測碼偽距方程可得絕對定位原理靜態測量時，可以觀測多顆衛星不同歷元的觀測值，故2、測相偽距靜態絕對定位整周模糊度3、測碼偽距動態絕對定位 測碼偽距動態絕對定位和測碼偽距靜態絕對定位的主要區別是動態定位的觀測量很少，必須至少同步觀測4顆以上衛星。 解出

7、方程后，得到的是各坐標的分量，因此可以把前一點的坐標當做后一個點的初始值。3、測相偽距動態絕對定位絕對定位精度評價地面點一定的情況下，影響單點定位精度的因素：觀測量的精度；觀測衛星的空間幾何分布。（1）平面位置精度衰減因子HDOP（2）高程精度衰減因子VDOP（3）空間位置精度衰減因子PDOP ，包含平面位置誤差和高程誤差（4）接收機鐘差精度衰減因子TDOP（5）幾何精度衰減因子GDOP，包含空間位置誤差和時間誤差假設測站與4顆觀測衛星所構成的六面體體積為V，GDOP與V的倒數成正比。V越大GDOP越小，精度越好。但衛星高度角月底，電離層、對流層誤差越大。相對定位原理相對定位：采用兩臺以上的接

8、收機同步觀測相同的GPS衛星，以確定接收機天線間的相互位置關系的一種方法。分為靜態相對定位和動態相對定位。靜態相對定位：設置在基線兩段點的接收機相對于周圍的參照物固定不動，通過連續觀測獲得充分的多余觀測數據，解算基線向量，稱為靜態相對定位。動態相對定位：將其中一臺接收機固定在測站上，另一臺接收機安置在運動的載體上，在運動中與固定觀測站的接收機進行同步觀測，確定運動載體相對于固定觀測站的瞬時位置。相對定位的特點：測量的是接收機天線間的相對位置。1、靜態相對定位一般采用測相偽距觀測量作為基本觀測量，是當前GPS定位精度最高的一種方法。經典快速定位：一般需要45分鐘以上準動態相對定位：也稱快速定位法

9、，右圖中，表示兩個接收機對兩顆衛星進行兩個歷元觀測，得到的獨立觀測量。利用這些觀測量間的不同組合求差來進行相對定位，可以消除或削弱相關誤差，求差方式有：單差、雙差、三差單差：不同測站同步觀測同一顆衛星所得的觀測量之差（測站間求差）。將測相偽距觀測方程代入可得，結果：消除了衛星鐘誤差，削弱了電離層、對流層延遲誤差。雙差：不同測站同步觀測同組衛星所得的觀測量單差之差（先在測站間求差，再在衛星間求差）。將測相偽距觀測方程代入，得雙差的觀測方程結果：接收機鐘差消除，大氣折射殘差進一步削弱，可以略去。三差：不同歷元同步觀測同組衛星所得的觀測量雙差之差（先在測站間求差，再在衛星間求差，然后在歷元間求差）。

10、將測相偽距觀測方程代入，得三差的觀測方程結果：進一步削弱了整周模糊度的影響。準動態相對定位將一臺接收機固定在基準站不動，另一臺接收機在其周圍的觀測站流動，每個測站靜止觀測幾分鐘，確定基準站和流動站之間的相對位置。特點：可以在比較短的時間內獲得與經典相對定位相當的精度。靜態相對定位的平差的相關內容不做考試要求。平差的一般流程：列出觀測方程線性化列出誤差方程按最小二乘法求解精度評定2、動態相對定位（差分GPS定位）為什么叫差分定位？按數據處理時間的不同，分為：實時差分GPS定位和后處理差分GPS定位按提供修正數據的基準站數量不同，分為：單基準站差分、多基準站差分多基準站差分有可以分為：局部區域差分

11、、廣域差分單基準站GPS差分A.位置差分：使用基準站的位置改正數去修正流動站的位置計算值，以求得比較準確的流動站位置坐標。B.偽距差分：使用基準站的偽距改正數去修正流動站的偽距觀測量，消除或減弱共有誤差的影響，以求得比較準確的流動站位置坐標。C.載波相位差分：也稱RTK（Real Time Kinematic），基準站通過數據鏈實時將其載波相位觀測值和位置信息發送給流動站，并與流動站的載波相位觀測值進行差分處理，實時給出流動站的精確坐標。以上兩種差分可達米級的定位精度。C.載波相位差分：也稱RTK（Real Time Kinematica）測相偽距修正法基準站接收機與衛星之間的測相偽距改正數在

12、基準站實時解算出，并通過數據鏈發送給流動站用戶，利用偽距改正數去修正用戶接收機到衛星之間的測相偽距，獲得比較準確的偽距值，再實時算出流動站的精確坐標。b）載波相位求差法基準站不計算測相偽距的改正數，而是將其觀測的載波相位觀測值有數據鏈實時發送給流動站，然后由流動站進行載波相位求差，在解算出用戶的位置。RTK定位過程：（1）初始化，確定整周模糊度；（2）將整周模糊度代入雙差方程，解算出流動站坐標。多基準站差分A、局部區域差分（LADGPS） 在局部區域設置若干個差分GPS基準站和一個或數個監控站，位于該區域中的用戶，同時接收多個基準站所提供的修正信息，采用加權平均法或最小二乘法進行平差計算，求得

13、自己的修正數，從而對用戶的觀測結果進行修正，獲得更高的定位結果。B、廣域差分（WADGPS） 對GPS觀測量的誤差源加以區分，并單獨對每一種誤差源分別模型化，然后將計算出的每種誤差源的數值，通過數據鏈傳輸給用戶，以對用戶GPS定位的誤差進行改正，改善用戶GPS定位精度的目的。誤差源包括：星歷誤差、大氣延遲誤差和衛星鐘差。B、多基準站RTK（網絡RTK） 常用的網絡RTK數據處理技術：VRS（Virtual reference station，虛擬參考站）FKP（flachen korrektur parameter，局域改正數）MAX/ MAC （Master auxiliary concep

14、t，主輔站技術）VRS即虛擬參考站，是網絡RTK的一種定位技術，顧名思義,該參考站實際上是不存在的而是虛擬的,虛擬的條件是在GPS實際觀測點附近(其近似坐標) 作為虛擬參考站,根據GPS基準站的觀測數據和計算得到的各種誤差分布，模擬計算出虛擬參考站的GPS觀測數據,由于模擬參考站與實際觀測點距離很近,可以認為是超短基線,各種誤差通過差分可以較好地得到消除,而且其定位計算的原理和軟件與傳統方法完全一樣。 各基準站的觀測數據網絡傳送至一個數據處理中心,數據處理軟件對各基準站的觀測數據進行完整性檢查,然后進行處理計算出該區域與時間和空間有關的GPS誤差,同時根據流動站送來的近似坐標（可用偽距單點定位

15、法求得）判定出該站位于哪三個基準站所組成的三角形內，再根據三個基準站的觀測數據求出虛擬參考站所受到的系統誤差并發給流動站用戶。由于虛擬參考站離流動站非常近，可以認為其觀測數據的各項誤差與流動站觀測數據的各項誤差相等，因而用虛擬參考站的誤差來改正流動站的觀測數據基本可以將影響GPS測量的各種誤差減小到最低，從而達到快速、高精度定位的目的。 3.4 GPS定位模式（作業模式）1、靜態相對定位(1)作業方法 (2)精度(3)適用范圍(4)注意事項2.快速靜態定位 (1)作業方法 (2)精度 (3)適用范圍 (4)注意事項3.準動態定位 (1)作業方法 (2)精度 (3)適用范圍 (4)注意事項4.往返式重復設站 (1)作業方法 (2)精度 (3)適用