精密单点定位技术应用与软件

精密单点定位技术、软件及应用张小红

测绘学院卫星应用工程研究所

主要内容1标准单点定位 2精密单点定位概念 3精密单点定位实现及TriP软件 4精密单点定位用实例分析 5精密单点定位的优势 6精密单点定位的应用前景 7全球实时精密单点定位(Global RTK) 8软件演示测绘学院卫星应用工程研究所

GNSS全球导航卫星系统

卫星定位系统的三大部分

空间飞行的 GPS卫星

Galileo星座测绘学院卫星应用工程研究所

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GPS单点定位基本概念GPS单点定位 GPS单点定位通常是指利用GPS直接确定观测站在WGS-84坐标系中的绝对坐标的一种定位方法，单点定位也叫绝对定位。

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GPS单点定位的几何原理一个站星距离测站位于以卫星为球心，站星距离为半径的球面上

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GPS单点定位的几何原理两个站星距离作两个球面两个球面相交为圆测站位于圆圈上

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GPS单点定位的几何原理三个站星距离作三个球面三个球面两两相交于两点测站位于其中一点

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GPS单点定位的几何原理GPS单点定位方法的实质是空间距离后方交会一个站星距离=球面两个站星距离=圆三个站星距离=两点三个站星距离+地球=一点

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GPS单点定位的数学原理1 1 R1= ( X s X ) 2+ (Ys1 Y ) 2+ ( Z s Z ) 2

R 2= ( X s2 X ) 2+ (Ys2 Y ) 2+ ( Z s2 Z ) 2 R 3= ( X s3 X ) 2+ (Ys3 Y ) 2+ ( Z s3 Z ) 2X 2+ Y 2+ Z 2 Rearth<阈值

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卫星信号于“T”时刻发射

站星距离=信号传播时间 x光速

Xlll ll lll lV

lXl Vl llX Xl

GPS接收机于“T+Δt”收到信号测绘学院卫星应用工程研究所

Vl Vl

V

信号传播时间的测定，GPS设计者非常聪明保持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。

P= c×Δt

= c× (tR T )s

= c× ((t GPS+ dt ) (TSGPS+ dT )) R= c× (t GPS TSGPS )+ c× dt c× dT R= R+δatmos+δdt δdT测绘学院卫星应用工程研究所

GPS单点定位的数学模型P= R+δatmos+δdt δdTP= ( X s X ) 2+ (Ys Y ) 2+ ( Z s Z ) 2+δatmos+δdt δdTP:伪距观测值 R:站星真实几何距离 (X s, Ys, Z s ):卫星坐标 (X, Y, Z ):测站坐标已知：伪距观测值P,卫星坐标( X S, YS, Z S ),卫星钟差(δdT )求：测站坐标( X, Y, Z ),接收

机钟差(δdt )

δdt:接收机钟差δdT:卫星钟差δatmos:大气延迟误差测绘学院卫星应用工程研究所

P11 Xs 1 Ys Z1 s

P2 X s2 2 Ys Z2 s

P3 X s3 3 Ys Z3 s

P4 X s4 4 Ys Z4 s

δdT 1

δdT 2

δdT 3

δdT 4

1 1 P1= ( X s X ) 2+ (Ys1 Y ) 2+ ( Z s Z ) 2+δatmos 1+δdt δdT 1

P 2= ( X s2 X ) 2+ (Ys2 Y ) 2+ ( Z s2 Z ) 2+δatmos 2+δdt δdT 2 P 3= ( X s3 X ) 2+ (Ys3 Y )2+ ( Z s3 Z ) 2+δatmos 3+δdt δdT 3 P 4= ( X s4 X ) 2+ (Ys4 Y ) 2+ ( Z s4 Z ) 2+δatmos 4+δdt δdT 4测绘学院卫星应用工程研究所

P i= ( X si X ) 2+ (Ysi Y ) 2+ ( Z si Z ) 2+δatmos i+δdt δdT i设待定点的近似坐标为： 0, Y0, Z 0 ) (XX si X 0 Ysi Y0 Z si Z 0 dX dY dZ+δatmos i+δdt δdT i P i= R0i R0i R0i R0i

R0i= ( X si X 0 ) 2+ (Ysi Y0 )2+ ( Z si Z 0 ) 2X si X 0 Ysi Y0 Z si Z 0令：l i=;m i=;n i= R0i R0i R0iP i= R0i l i dX mi dY n i dZ+δatmos i+δdt δdT i测绘学院卫星应用工程研究所

i= 1,2,3,4

1 P1 R0 l1 2 2 2 P = R0 l 3 P3 R0 l 3 4 4 4 P R0 l

m1 n1 1 dX δdT1 δatmos1 dY 2 2 2 2 m n 1 δdT δatmos + 3 3 3 m n 1 dZ δdT δatmos3 4 4 4 4 m n 1 δdt δdT δatmos

Aδx+ L= 0 l1 2 l A= 3 l 4 l m1 m2 m3 m4 n1 n2 n3 n41 P1 R0 δdT1 δatmos1 1 dX 2 2 dY P R0 δdT 2 δatmos2 1 ;δx= ;L= 3 3+ 3 P R0 δdT δatmos3 dZ 1 4 4 4 4 1 δdt P R0 δdT δatmos

δx= A 1L

( X Y Z )T= ( X0 Y0 Z0 )T+ (dX dY dZ)T测绘学院卫星应用工程研究所

1 P1 R0 l1 m1 n1 1 dX δdT1 δatmos1 dY 2 2 2 2 2 2 2 P = R0 l m n 1 δdT + δatmos dZ n n n n n n n P R0 l m n 1 δdt δdT δatmos

V= Aδx+ L1 P1 R0 δdT1 δatmos1 l1 m1 n1 1 dX 2 2 2 dY l m2 n2 1 P R0 δdT 2 δatmos2 A= ;δx= ;L=

+ dZ n n n n n n n δdt P R0 δdT δatmos l m n 1 2 Dδx= m0 ( AT PA) 1δx= ( AT PA) 1 AT PL

(X Y

Z )T= ( X 0 Y0 Z0 )T+ (dX dY dZ )T

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GPS标准单点定位小结GPS单点定位的实质是空间距离后方交会；要同时确定测站坐标和接收机钟差必须同时观测四颗或四颗以上的卫星； GPS单点定位求解测站坐标需要迭代计算；模型中卫星位置应该是信号发射时刻卫星的位置。

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SA关闭前后单点定位精度对比 (From the US Space Command (IGEB, 2000))测绘学院卫星应用工程研究所

差分相对定位

GPS相对定位测绘学院卫星应用工程研究所

IGS组织(International GPS Service)

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