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当前位置:电子发烧友网 > 图书频道 > 通信 > 《GPS定位原理及应用》 > 第5章 GPS卫星定位基本原理

第4节 GPS绝对定位与相对定位

定义:根据定位的模式GPS定位可分为:

绝对定位

绝对定位又称为单点定位,这是一种采用一台接收机进行定位的模式,它所确定的是接收机天线的绝对坐标。这种定位模式的特点是作业方式简单,可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。

相对定位

相对定位又称为差分定位,这种定位模式采用两台以上的接收机,同时对一组相同的卫星进行观测,以确定接收机天线间的相互位置关系。

5.4.1  静态绝对定位

 

 

伪距法绝对定位的解算

  

静态定位多个历元的方程组成了一个大的方程组,还是按最小二乘法求解即可,不过要注意接收机钟差随时间的变化如何处理。

3.用载波相位观测值进行静态绝对定位

   应用载波相位观测值进行静态绝对定位需加入电离层、对流层改正,探测出周跳并修复,并且固定整周未知数,解算的结果高于伪距绝对定位。

4.绝对定位精度评定

利用GPS进行绝对定位或单点定位时,定位精度主要取决于:

一)、所测卫星在空间的几何分布(通常称为卫星分布的几何图形);

二)、观测量精度。

1)绝对定位精度的评价

 

其中元素表达了全部解的精度及其相关性信息,是评价定位结果的依据。上述权系数阵一般是在空间直角坐标系中给出的,而实际为了估算观测站的位置精度,常采用其在大地坐标系中的表达式。假设在大地坐标系中的相应点坐标的权系数阵为:

根据方差与协方差传播定律:

                     

为了评价定位结果,在导航学中,一般采用有关精度因子DOP(Dilution Of  Precision)的概念,其定义:Mx=DOP·,DOP是权系数阵主对角线元素的函数,为等效距离测量中误差 。在实践中,根据不同要求,可选用不同的精度评价模型和相应的精度因子,通常有:

(1)平面位置精度因子HDOP(horizontal DOP)及其相应的平面位置精度

                 

(2)高程精度因子VDOP(Vertical DOP)及其相应的高程精度为:

(3) 空间位置精度因子PDOP(Position DOP)及其相应的三维定位精度:

(4) 接收机钟差精度因子TDOP(Time DOP)及其钟差精度:

(5) 几何精度因子GDOP(Geometric DOP),描述空间位置误差和时间误差综合影响的精度因子,相应的中误差:

2) 卫星分布的几何图形对精度因子的影响

GPS绝对定位的误差与精度因子DOP的大小成正比,在伪距观测精度确定的情况下,如何使精度因子的数值尽可能减小,是提高定位精度的一个重要途径。

由于精度因子与所测卫星的空间分布有关,因此也称观测卫星的图形强度因子。由于卫星的运动以及观测卫星的选择不同,所测卫星在空间分布的几何图形是变化的,导致精度因子的数值也是变化的。

假设观测站与4颗观测卫星所构成的六面体体积为V,研究表明,精度因子GDOP与该六面体体积的倒数成正比。GDOP ∝1/V。实际工作中选择和评价观测卫星分布图形:一颗卫星处于天顶,其余3颗卫星相距1200时,所构成的六面体体积接近最大。

5.4.2  静态相对定位

静态相对定位:接收机安置在基线端点的接收机固定不动,通过连续观测,取得充分的多余观测数据,改善定位精度。

静态相对定位一般均采用载波相位观测值(或测相伪距)为基本观测量,对中等长度的基线(100-500km),相对定位精度可达10-6-10-7甚至更好。

1.观测量的线性组合

假设安置在基线两端点的接收机1、2,在历元ti和ti+1对GPS卫星k和j进行了同步观测,可以得到如下的载波相位观测量:

目前普遍采用的差分组合形式有三种:

1)单差(Single-Difference——SD):在不同观测站,同步观测相同卫星所得观测量之差。表示为:

 

 

载波相位原始观测量的不同线性组合,都可作为相对定位的相关观测量。

优点:

1)消除或减弱一些具有系统性误差的影响,如卫星轨道误差、钟差和大气折射误差等;

2)减少平差计算中未知数的个数。

缺点:

1)原始独立观测量通过求差将引起差分量之间的相关性;

2)平差计算中,差分法将使观测方程数明显减少;

3)在一个时间段的观测中,为了组成观测量的差分,通常应选择一个参考观测站和一颗参考卫星。如果某一历元,对参考站或参考卫星的观测量无法采用,将使观测量的差分产生困难。参加观测的接收机数量越多,情况越复杂,此时将不可避免地损失一些观测数据。因此,应用原始观测量的非差分模型,进行高精度定位研究,也日益受到重视。

讨论:不同的差分模型分别消除了哪些误差?

2.观测方程的线性化及平差模型

 

 

将上式代如单差观测值模型,得其相应的误差方程为:

 

若两观测站同步观测卫星数为nj,则误差方程组为:

若进一步假设同步观测同一组卫星的历元数为nt,同理可列出相应的误差方程组。按最小二乘法求解未知参数。

两观测站,同步观测卫星和Sk,并以Sj为参考卫星,同理可求得双差观测方程的误差方程式为: