GPS定位技术

GPS精密定位

GPS主要作业方法

一、 GPS测量方法

利用GPS进行定位的方法有多种，若按观测点的不同位置则可分为

——绝对定位(或单点定位)。即在地球协议坐标系统中，确定观测站相对地球质心的位置。这肘，可认为参考点与地球质心相重合。

——相对定位。即在地球协议坐标系统中，确定观测站与某一地面参考点之间的相对位置。 如果按用户接收机天线在测量中所处的状态，则定位方法可分为

—一静态定位。即在定位过程中，接收机天线的位置是固定的，处于静止状态。不过，严格说来，静止状态只是相对的。在卫星大地测量学中，所谓静止状态，通常是指待定点的位置相对其周围的点位没有发生变化，或变化极其缓慢以致在双酗期内(例如数天或数星期)可以忽赂。

——动态定位。即在定位过程中，接收机天线处于运动GPS相对定位的作业模式，即利用GPS确定观测站之间相对位置所采用的作业方式。它与GPS接收设备的软件和硬件密切相关。同时，不同的作业模式因作业方法、观测时间和应用范围的不向而有所差异。

无论何种方法，都需要观测GPS卫星获取GPS观测量来实现，从GPS信号中可以提取多种信息，主要观测量有：

由测距码信号所得到的伪距（测码伪距）或时间延迟，L1上C/A码伪距、P码伪距，L2上P码伪距；

'ctj(xjx)2(yjy)2(zjz)2ctr

由载波相位观测得到的伪距（测相伪距），L1载波相位观测值和L2载波相位观测值（半波或全波）；

(tt)(t)ftft cf 

由积分多普勒计数得到的伪距差，L1、L2上的多普勒频移，此定位需观测较长时间（数小时），且接收机振荡器高度稳定。

由干涉法测量时间延迟，设备昂贵、数据处理复杂。

目前，广泛采用的基本观测量主要有：码相位观测量和载波相位观测量。实际上，在进行GPS定位时，除了大量地使用上面的观测值进行数据处理以外，还经常使用由上面的观测值通过某些组合而形成的一些特殊观测值，如宽巷观测值（Wide-Lane）、窄巷观测值（Narrow-Lane）、消除电离层延迟的观测值（Ion-Free）来进行数据处理。

L1、L2载波观测量经电离层延迟改正后得到的传播延迟：

T(t)1(t)2(t) f1f2载波相位观测量线性组合：nm(t)n1(t)m2(t)

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T(t)nm(t) fnmfnmnf1mf2NnmnN1mN2宽波（Wide-Lane） n=1、m=-1 nmcfnm

窄波（Narrow-Lane） n=1、m=1 w(t)1(t)2(t) fwf1f2n(t)1(t)2(t) fnf1f2wc0.107mfw nc0.862mfn NwN1N2 方程数 未知数 解算条件 单差Single difference （n-1）mL （n-1）（3+m+L） L≥（m+3）/（m-1） NnN1N2双差Double difference （m-1）（n-1）L L ≥（m+2）/（m-1） 三差TD （n-1）（m-1）（L-1） L≥（m+2）/（m-1） 相对定位的观测方程数和未知数（卫星数m，测站数n，历元数L：）（n-1）≥1 3（n-1）+（n-1）（m-1） 3（n-1） 二、 GPS相对定位的作业模式 1. 静态相对定位模式

作业方法：采用两套(或两套以上)接收设备，分别安置在一条(或数条)基线的端点，同步观测4颗卫星1小时左右，或同步观测5颗卫星20分钟左右。当基线超过100km时，观测时间适当延长。

定位精度：基线的相对定位精度可达5mm十lppm×D，D为基线长度(km)。

特点：这种作业模式所观测过的基线边，应构成闭合图形(如图)，便于观测成果的检核，提高成果的可靠性和GPS网平差后的精度。基线长度可由20km至几百公里。

适用范围：A建立全球性或国家级大地控制N；B建立地壳运动或工程变形监测网；C建立长距离捡校基线；D进行岛屿与联测；E钻井精密定位。

2. 快速静态相对定位模式

作业方法：在测区的中部选择一个基准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星，另一台接收机依次到各点流动设站，并且在每个流动站上观测1~2分钟。该作业模式要求，在观测时段中必须有5颗卫星可供观测；同时流动站与基准站相距不超过15km。

定位精度：流动站相对基准站的基线中误差可达：5mm+1ppm×D。

特点：接收机在流动站之间移动时，不必保持对所测卫星的连续跟踪，因而可关闭电源以降低能耗。该模式作业速度快、精度高。缺点是直接观测边不构成闭合图形，可靠性较差。

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适用范围：A控制测量及其加密；B工程测量、边界测量；C地籍测量及碎部测量等 3. 准动态相对定位模式 作业方法：

A在测区选择一基准站，并在其上安置一台接收机连续跟踪所有可见卫星。

B置另一台流动的接收机于起始点（图中l号点）观测1~2分钟；

C在保持对所测卫星连续跟踪的情况下，流动的接收机依次迁到2，3．．n号流动点各观测数秒钟（几个历元）。

作业模式要求：在观测时段上必须有5颗以上卫星可供观测，在观测过程中流动接收机对所测卫星信号不能失锁；一旦发生失锁现象，应在失锁后的流动点上，将观测时间延长1~2分钟；流动点与基准点相距应不超过15km。

定位精度：基线的中误差：可达1~2cm。

特点：作业只需两台接收设备，效率甚高。即使偶然失锁，只要在失效的流动点上延长观测1~2分钟，继续按该模式作业。

应用范围：A开阔地区的加密测量；B工程定位及碎部测量；C剖面测量和路线测量等。 4. 动态相对定位模式

作业方法：建立一个基准点，并在其上安置一台接收机连续跟踪所有可见卫星；另一台接收机安置在运动的载体上，在出发点按快速静态相对定位法，静止观测1~2分钟（初始化）；运动的接收机从出发点开始，在运动过程中按预定的时间间隔自动观测。

该作业模式要求：同步观测5颗卫星，其中至少有4颗卫星应保持连续跟踪，同时，运动点与基准点的距离应不超过15km。当卫星失锁，要重新初始化。

定位精度：运动点相对基准点之点位精度可达1~2cm。 特点：速度快，精度高，可实现载体的连续定位。

应用范围：A精密测定载体的运动轨迹（运动目标精密导航）；B道路中心（中线）测量；

C航道测量、航空摄影测量和航空物探中采样点实时定位；D开阔地区的剖面测量等。 三、 GPS实时动态测量

实时动态测量RTK（Real Time Kinematic），是以载波相位观测量为基础的实时差分GPS技术，与数据传输技术的结合，是GPS测量技术发展的新突破。

基本思想：在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，将其观测数据，由无线传输设备实时传给用户。用户接收到后与自己观测的数据组成相对定位解算方程，实时解算用户站的三维坐标和精度。

优点：实时性，不需事后处理；根据解算精度，判定是否合格，减少冗余观测，节约时间。 RTK测量系统组成：

GPS接收机：至少2台，当基准站为多用户服务时，要采用双频接收机，采样率一致。 数据传输系统：基准站发射台、用户接收台。

支持实时动态测量的软件系统：以载波相位为观测量，重点在于快速（动态）解算整周模糊度，根据相对定位原理，采用适当数据处理方法（序贯平差），实时解算用户位置，进行精度评定、成果显示。

实时动态测量的模式可以采用快速静态测量、准动态测量、动态测量等相对定位模式，在初始化时，可采用AROF技术，完成模糊度确定。在20km内，RTK可以厘米级定位精度。

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