内容发布更新时间 : 2024/11/19 18:44:11星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接受天线所对应的位置。GPS绝对定位方法的实质是空间距离后方交会。因此，在一个测站上，只需3个独立距离观测量。但是，由于GPS采用的是单程测距原理，同时卫星钟与用户接收机钟又难以保持严格同步，实际上观测的是测站至卫星之间的距离，由于受卫星钟和接收机钟向步差的共同影响，故又称伪距测量。当然，卫星钟钟差是可以通过卫星导航电文中所提供的相应钟差参数加以改正的，而接收机的钟差，一般难以预先准确测定。所以，可将其作为一个未知参数与观测站坐标在数据处理中一并解出。因此，在一个测站上，为了实时求解4个未知参数 (3个点位坐标分量及l个钟差参数)，至少应有4个同步伪距观测量，即至少必须同步观测4颗卫星。GPS绝对定位，根据用户接收机天线所处的状态不同，又可以分为动态绝对定位和静态绝对定位。当用户接受设备安置在运动的载体上，确定载体瞬时绝对位置的定位方法，称为动态绝对定位。动态绝对定位一般只能得到没有(或很少)多余观测量的实时解。这种方法被广泛地应用于飞机、船舶以及陆地车辆等运动载体的导航中。另外，在航空物探和卫星遥感等领域也有广泛的应用。当接收机天线处于静止状态时，来确定观测站绝对坐标的方法，称为静态绝对定位。这时，由于可以连续地测定卫星至观测站的伪距，所以可获得充分的多余观测量，以便在测后通过数据处理提高定位的精度。静态绝对定位方法，主要用于大地测量，以精确测定观测站在协议地球坐标系中的绝对坐标。目前，无论是动态绝对定位还是静态绝对定位，所依据的观测量都是所测卫星至观测站的伪距，通常也成为伪距定位法。由于伪距有测码伪距和测相伪距之分，所以，绝对定位又可分为测码伪距绝对定位和测相伪距绝对定位。

GPS相对定位原理：GPS相对定位，也叫差分GPS定位，是目前GPS测量中定位精度最高的定位方法，它广泛地应用于大地测量、精密工程测量、地球动力学研究及精密导航中。用两台接收机分别安置在基线的两个端点，其位置静止不动，同步观测相同的4‘颗以上GPS卫星，确定基线两个端点在协议地球坐标系中的相对位置，这种定位模式称为相对定位。在实际工作中常常将接收机数目扩展到3台以上，同时测定若干条基线向量，这样做不仅可以提高工作效率，而且可以增加观测量，提高观测成果的可靠性。相对定位主要分为静态相对定位和动态相对定位。静态相对定位采用载波相位观测量为基本观测量，由于载波波长较短，其测量精度远高于码相关伪距测量，并且采用不同载波相位观测量的线性组合可以有效的消弱卫星星历误差、信号传播误差以及接收机

31

不同步误差对定位的影响。天线长时间固定在基线两个端点上，可保证取得足够多的观测数据，从而可以准确确定整周未知数。上述这些优点，使得静态相对定位可以达到很高的精度。在通常情况下，采用广播星历定位，精度可达10硒一10一7，如果采用精密星历和轨道技术，那么精度可提高到10召一10一，由于GPS测量误差具有较强的相关性，因此，可以在GPS动态定位中引入相对定位作业方法，即GPS动态相对定位。该作业方法实际上是用两台心PS接收机，将一台接收机安设在基准站上固定不动，另一台接收机安置在运动的载体上，两台接收机同步观测相同的卫星，通过在观测值之间求差，以消除具有相关性的误差，提高定位精度。而运动点位置是通过确定该点相对基准站的相对位置实现的，这种定位方法也叫差分GPS定位。在G叱动态相对定位中，鉴于载波相位测量的精度要高于测码伪距测量的精度，因此可将载波相位测量用于实时GPS动态相对定位。载波相位动态相对定位法，是通过载波相位修正值发送给用户站来改正其载波相位实现定位，或是通过将基准站采集的载波相位观测值发送给用户站进行求差解算坐标实现定位。其定位精度在小区域范围内(<30km)可达l一2cm，是一种快速且精度高的定位方法。

3.1.2 GPS定位的主要误差

（1）与卫星有关的误差

GPS定位实际上是以时间为基准的定位，用户通过测量卫星发出信号到用户收到信

号的时间差来确定用户到卫星的距离。由于该时间差中含有卫星钟和用户接收机钟的误差，因而称测量的距离为伪距。GPS的定位是基于同时观测四颗GPS卫星到用户的伪距和所接收到的广播星历进行定位解算。定位误差中与GPS卫星有关的误差主要是卫星广播星历误差和卫星钟差。GPS的广播星历是通过建立在世界范围内的5个测轨站跟踪卫星，由观测值解算精密轨道，进而预测出卫星的星历。卫星星历与真实轨道相比总是存在误差的。在美国实施SA政策时，卫星星历的精度人为地降低到几十米甚至100米左右。SA取消后，卫星星历的误差约10米级左右。

32

卫星星历误差:卫星星历是GPS卫星定位中的重要数据。卫星星历是由地面监控站跟踪监测GPS卫星测定的。由于地面监控站测试的误差以及卫星在空中运行受到多种摄动力影响，地面监测站难以充分可靠地测定这些作用力的影响，使得测定的卫星轨道会有误差。

卫星钟差:卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS标准时间之间会有偏差和漂移，并且随着时间的推移而发生变化。而GPS定位所需要的观测量都是以精密测时为依据，卫星钟差会对伪码测距和载波相位测量产生误差。当卫星钟差总量达到1ms时，产生的等效距离误差可达300K

相对论效应是由于卫星钟和接收机所处的状态不同而引起卫星钟和接收钟之间产生相对钟误差的现象。所以严格地说，将其归入与卫星有关的误差不完全准确。但是由于相对论效应应主要取决卫星运动速度和重力位，并且是以卫星钟的误差这一形式出现的。所以我们将其归入在此类误差。 （2）与接收机有关的误差

GPS接收机的误差主要是接收机钟差和接收机噪声。与卫星钟一样接收机钟也有钟差，而且接收机中一般使用稳定度较低的石英钟。接收机钟差的大小与钟的质量有关。接收机噪声与接收机采用的工作原理有关。观测值噪声为白噪声，而且不同卫星的观测值噪声之间是独立的。观测值噪声与码相关模式、接收机机动状态和卫星仰角有关。C/A码的观测噪声一般为0.15m，但受信噪比的影响，C/A码的观测噪声在0.2m一3m之间变化。P码的观载波相位的噪声一般为波长的1%，对于不同的接收机类型和信噪比，载波相位的观测噪声在0.1%一10%波长之间变化。 （3）与信号传播有关的误差

GPS信号从20000米的高空传播到地面穿越大气层时，受到电离层和对流层的影响。电离层和对流层均使得GPS测距信号产生延迟。电离层是离地面约50km到1000km之间的大气层。由于受太阳辐射作用，电离层中的气体大都处于部分电离或全部电离的状态，含有密度较高的自由电子。电离层对通过的GPS信号会产生折射作用，使相位的传播速度加快(相速度)，而使伪距的传播速度(群速度)减慢。电离层引起的传播延迟与沿卫星到接收机视线方向的电子密度有关。在天顶方向的延迟量白天可达10几米，最大可达

33

150m，夜间也有3米左右。电离层是一种色散介质，不同的频声的电波有不同的延迟。双频用户可用双频观测量消除电离层延迟的一阶项，误差为几个厘米。单频用户用GPS导航电文中的电离层改正模型参数进行延迟改正，误差为几米。差分技术可以大大减小电离层折射的影响，但是残余的电离层折射误差随基线长度的增加而增大，模糊度整数估计难度也随之增大。当基线长度小于10km时，差分后残余的电离层折射误差较小，基本不会影响模糊度整数估计。然而，当基线长度超过10km时，由于残余的电离层折射误差较大，使得模糊度整数估计的成功率下降。对流层延迟泛指非电离大气对电磁波的折射。非电离大气主要包括对流层和平流层，对流层通常是指从地面向上约50km的大气部分。由于折射的80%发生在对流层，所以通常称为对流层折射。引起的传播延迟是因为电波通过对流层时传播速度与真空中不同。对流层延迟的80~90%由大气中干燥气体引起的，称为干分量，其余10~20%是由水汽引起的，称为湿分量。在天顶方向，干分量延迟约为2~3m，湿分量延迟约为1~80cm。对流层延迟主要与气候、气压、温度、湿度和卫星仰角有关。对于GPS信号，对流层为非弥散介质，不能用双频观测值来计算对流层延迟。对流层延迟通常用改正模型进行改正，常用的对流层改正模型有霍普菲尔德(Hopfield)模型、萨斯塔莫宁(Saastamoinen)模型等。对流层改正的精度约为分米量级。不同模型的对流层改正在高度角较高大30度时的差异只有几个毫米，在高度角小于30度时的差异增大到几个厘米。利用差分可以大大减小对流层延迟误差的影响，但仅限于流动站与基准站的距离较近、高差较小的情况。对于距离较远或高差较大的基线，差分后残余的对流层延迟将影响基线解的精度。此外，当用户附近存在大型电磁波反射面(如水库、大型建筑物)时接收机会接收到经反射面反射的GPS信号，从而造成定位误差，称为多路径效应。多路经效应不仅影响观测值的精度，严重时还会使信号失锁，是近距离高精度GPS测量的主要误差源。多路经效应对伪距的影响最大可达伪距码元长度的1/2。对C/A码而言，多路经的影响可能达到10~20米，最严重时可能高达100米，对P码的影响最大可达10米左右。相比较而言，多路经效应对载波相位的影响较小，最大影响为1/4周，一般情况下，其影响约为1cm左右。随着GPS天线技术的发展对多路径的抑制越来越好。多路径效应虽属传播路径的误差，但它与GPS接收机天线的结构有关，也可把多路径效应产生的误差合并到GPS接收机噪声误差中。 （4）其它误差

34

地球自转的影响：GPS定位采用的坐标是协议地球坐标系，地面接收到卫星信号时与球固连的协议坐标系相对于卫星发射瞬间的位置已产生了旋转(绕Z轴旋转)，这样接收到的卫星信号会有时间延迟。（卫星发送信号瞬间坐标与接收机接收的瞬间坐标产生位置上的旋转）

地球潮汐改正：因为地球并非是一个刚体，所以在太阳和月球的万有引力作用下，固体地球要产生周期性的弹性形变，称为固体潮。此外在日月引力作用下，地球上的负荷也将发生周期性的变动，使地球产生周期性的形变，称为负荷潮汐，例如海潮。固体潮和负荷潮引起的测站位移可达80cm，使不同时间的测量结果互不一致，在高精度相对定位中应考虑其影响。

最后需要指出，在GPS测量中除上述误差外，卫星钟和接收机钟振荡器的随机误差、大气折射模型和卫星轨道摄动模型的误差等，也都会对GPS的观测量产生影响。随着对长距离定位精度要求的不断提高，研究这些误差源并确定它们的影响规律具有重要的意义。

3.2 GPS RTK 技术 3.2.1概述

GPS 定位技术在测绘行业各个领域的应用，给整个测绘行业带来了革命性的变化，国内大多数测绘单位都配备了GPS 测量设备。同时在地形图的测绘与成图方面也迅速地从传统的白纸法成图向数字化测图方向发展。目前获得数字地图的主要方法有三种；原图数字化、航测数字成图、地面数字测图等手段，而地面数字测图是最直接、最基本的数字测图方法。

3.2.2 实时动态测量基本原理

实时动态测量技术(Real Time Kinematic ,简称RTK) ,是以载波相位观测为依据的实时差分GPS 技术,它是GPS 测量技术发展中的一个新突破,为GPS 在测量领域的应用开辟了新天地。

载波相位差分技术是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。它能实时提供观测点的三维坐标。在原理上与伪距差分原理相同,由基准站通过数据链实时将载波观测量

35