GPS定位原理与应用 第四章 GPS卫星定位基本原理.pdf(2)

利用载波相位观测来定位，虽较虚拟距离观测精确，但由于观测载波相位会面临周波脱落及相位未定值等问题，因此应用在导航方面时，定位上会有较大的技术障碍，可靠度不高。 3-5 竖直角观测 竖直角的测量原理 竖直角的观测和计算 盘左: αＬ＝９０°－Ｌ 盘右: αr＝Ｒ－２７０° 一测回竖直角为： α＝（αＬ＋αr）/2 3-5 竖直角观测 竖直角的测量原理 竖直角的观测和计算 3-5 竖直角观测 竖直角的测量原理 竖直角的观测和计算 竖直盘指标差 当竖盘指标水准管气泡居中时，指标并不恰好指向90°或270°，而与正确位置相差一个小角度x,x称为竖盘指标差 3-5 竖直角观测 由于指标差x的存在，竖盘盘左读数为90°+x，则正确的竖直角应为： α＝（90°＋x -l αＬ+ x 盘右时正确的竖直角应为: α＝ r- 270°+x αr - x ∴ α αＬ＋αr ）/2 ,即盘坐、盘右的平均值可消除指标差的影响 指标差为：x αr- αl ）/2 r+l-360° /2 3-5 竖直角观测 竖直角的测量原理 竖直角的观测和计算 竖直盘指标差 竖盘指标差自动归零的补偿装置 原理同自动安平水准仪,大大提高了测量竖直角的测量速度 仪器误差 ll⊥vv，cc⊥hh, hh⊥vv。  gpsgps卫星用卫星用l l波段两种频率的波（波段两种频率的波（1575.42mhz1575.42mhz和和1227.6mhz1227.6mhz） 向用户发射导航定位信号， 同时接收地面发送的导导航定位信号， 同时接收地面发送的导航电文以及调度命令。

将式（4.2.15）代入式（4.2.19）即得载波相 位的观测方程为if i1 &i1 &iϕ ()ρ (1− ρ ) + (1− ρ )δp 1 tp 1p 1p 1 fp 1 tp 1ccciif− δ − () + (δ +δ )(4 .2 .20 )f t N p 1 t0trop ionc第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理 式中，N i(t )称为整周未知数或整周模糊度。对于GPSp 1 0 载波频率而言，一个整周的误差将引起19cm（L1载 波）～24cm（L2载波）的误差。周跳:在观测过程中，如果卫星信号被阻挡或受到干 扰，则接收机对卫星的跟踪便可能中断（失锁），而当 卫星被重新锁定后，载波相位的小数部分是连续正确 的，而这时整周数却不正确，这种现象称为周跳。因此 如何准确地确定整周模糊度及对周跳进行探测和修复， 便成为利用载波相位观测值进行精密定位的关键问题。第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理在式(4.2.20)中，考虑 λc/f ，则可得测相伪距的观测方程为11ii&i&iλϕ (t ) ρ (1− ρ ) +c(1− ρ )δtp 1 p 1 p 1p 1p 1 p 1cc−cδti −λN i (t ) +δ +δ(4.2.21)p 1 0 trop ion若将(4.2.21)式与(4.2.6) 相比较可见，(4.2.21)式除增加了 一项与载波相位整周待定值有关的项之外，其形式完全与测码伪距 的基本观测方程相似。

只要求知道各时钟与系统标准时钟在比对时刻的钟差以及比对后它相对标准钟的漂移修正参数即可，勿须拨钟。其过程如下：事先构建一对具有纠缠态的光量子，将这对光量子分别放在通信双方，把具有未知量子态的光量子与发送方的光量子进行联合测量，则接收方的光量子瞬间变化为某种状态，这个状态与发送方的光量子变化后的状态是对称的，然后把联合测量的信息通过经典信道传送给接收方，接收方根据接收到的信息对变化的光量子进行幺正变换（相当于逆转变换），就可得到与发送方完全相同的未知量子态。通过间接平差，为提高精度，增加多余观测方程，根据最小二乘平差原理，可计算出外方位元素的改正数。

仍以接收机钟的钟差为 例，如果每个观测瞬间都进行求差，就可以消除这480个钟差未知 数，而同时使观测方程也减少480个，实际上这就是解算联立方程 组时经常采用的“消去法” 。显然消去法和对多余参数不加任何约束 而直接解算的方法从数学上讲是等价的(平差计算时考虑到观测值 的相关性后也是等价的），求得的必要参数是相同的。但消去法可 以大大减少未知数的个数，减少计算工作量。求差法和“对多余参数进行约束”的方法相比，计算工作量相差 不多。但由于我们对一些多余参数的误差特性了解得还不够充分， 建立的约束条件不能精确反映客观情况，从而将降低必要参数的精 度，而且有些多余参数(如单频资料的电离层延迟)和随机误差还难 以建立起约束条件。由于上述原因，求差法在实际工作中得到了广 泛的应用。目前各种随机软件基本上都采取了求差法的模型。第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理当然事物都是一分为二的，求差法和非差法相比也有 许多缺点，在许多场合下使用非差法更为适宜。载波相位差分观测值 可以按测站、卫星和历元 等三要素来产生，根据求 差次数的多寡可分为单差 观测值、双差观测值和三 差观测值，这里仅讨论常 用的测站和卫星间的单差 和双差观测值。

第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理 4.3.1 载波相位单差观测方程由式（4.2.20），在观测历 元t，测站p 和p 对卫星i 的载波相13 位观测值方程为 if i1 &i1 &ift ϕρ (1− ρ ) + (1− ρ )δ p 1p 1p 1p 1 p 1cccii f iif t N− δ − + (Δ +Δ )(4.3.1)p 1p 1,trop p 1,ionc if i1 &i1 &i ϕρ (1− ρ ) + (1− ρ )δ p 3p 3p 3 fp 3 tp 3ccc则测站p、p 对卫星i 的单差13ii f ii− δ − + (Δ +Δ )(4.3.2)f t Np 3p 3,trop p 3,ion观测值方程为ciiifiifif tN ϕϕ −ϕρ+ δ−+ ( Δp 1, p 3p 3p 1p 1, p 3p 1, p 3p 1, p 3p 1, p 3 ,tropccif&i 1i&i 1 i+ Δ) − [ρ (ρ + δt) − ρ (ρ + δt)] ( 4 .3 .3)p 1, p 3 ,ionp 3p 3p 3p 1p 1p 1ccc第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理 式中iiiiiiiiiρρ −ρ ,NN−N,δtδt −δt(4.3.4)p 1,p 3 p 3p 1 p 1,p 3 p 3p 1 p 1,p 3 p 3p 1iiiiiiΔΔ −Δ ,ΔΔ −Δ(4.3.5)p 1,p 3,trop p 3,trop p 1,trop p 1,p 3,ion p 3,ionp 1,ion&−7 在式（4.3.3）中，由于 ρ c ≈1.4 ×10，则最后一项可写成⎧ i − i⎫ f11(ρ ρ )&ii&ii−7 ⎪ p 3p 1⎪[ρ ( ρ +δt) −ρ ( ρ +δt) 1.4 ×10 ⎨+f ×δt⎬ （4.3.6) c p 3 c p 3 p 3p 1 c p 1 p 1⎪⎩ λp 1,p 3 ⎭⎪ii4 当测站距离较近，如小于20km时，则(ρ - ρ ) <2×10mp 3p 1 ，对于L1载波而言，于是有iiρ ρ(− )−7p 3 p 11.4 ×10×<0.015周 (4.3.7)λ第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理对于L2载波而言,其值约为0.012周。

因此,对于短距离 的相对定位而言，在单差观测值中该项的影响可以忽略。式(4.3.6)中两接收机的相对钟差一般不会超过 1×10-3s，否则接收机钟会通过跳秒方法来保持两接收机 钟的同步观测。对于L1载波而言，该项影响为1.4 ×10−7×f ×δt<0.22周 （4.3.8)p 1,p 3对于L2载波而言，其值约为0.17周。因此，在单差观 测值中，该项的影响不可忽略。因此，测站p、p 对卫星i1 3 的单差观测值方程最终可表示为第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理iii f ii ϕϕ −ϕρ +f δt−Np 1,p 3 p 3 p 1p 1,p 3 p 1,p 3 p 1,p 3cfiif &i&i+ (Δ+Δ) − (ρ δt−ρ δt) (4.3.9)p 1,p 3,trop p 1,p 3,ionp 3 p 3 p 1 p 1cc在单差观测值中，已消除了卫星钟钟差的影响，当测 站距离较近时（<20km），电离层、对流层的影响及卫星 星历误差在很大程度上得到了削弱。

高速铁路精测控制网的布设和测量计算最弱点的横向中误差公式为： 《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》中要求的... 经纬仪类型 电子经纬仪两次读数差 半测回归 零差 一测回内2c互差 同一方向值各测回互... 观测日期、天气等气象要素记录。采用精密单点定位时,首先要根据分布在全球的若干基准站的数据进行精密卫星轨道参数和卫星钟差的计算,再根据计算结果对单台接收机采集的非差相位数据进行处理,最终确定测站的精确坐标。 3-5 竖直角观测 竖直角的测量原理 竖直角的观测和计算 盘左: αＬ＝９０°－Ｌ 盘右: αr＝Ｒ－２７０° 一测回竖直角为： α＝（αＬ＋αr）/2 3-5 竖直角观测 竖直角的测量原理 竖直角的观测和计算 3-5 竖直角观测 竖直角的测量原理 竖直角的观测和计算 竖直盘指标差 当竖盘指标水准管气泡居中时，指标并不恰好指向90°或270°，而与正确位置相差一个小角度x,x称为竖盘指标差 3-5 竖直角观测 由于指标差x的存在，竖盘盘左读数为90°+x，则正确的竖直角应为： α＝（90°＋x -l αＬ+ x 盘右时正确的竖直角应为: α＝ r- 270°+x αr - x ∴ α αＬ＋αr ）/2 ,即盘坐、盘右的平均值可消除指标差的影响 指标差为：x αr- αl ）/2 r+l-360° /2 3-5 竖直角观测 竖直角的测量原理 竖直角的观测和计算 竖直盘指标差 竖盘指标差自动归零的补偿装置 原理同自动安平水准仪,大大提高了测量竖直角的测量速度 仪器误差 ll⊥vv，cc⊥hh, hh⊥vv。

3-5 竖直角观测 竖直角的测量原理 竖直角的观测和计算 盘左: αＬ＝９０°－Ｌ 盘右: αr＝Ｒ－２７０° 一测回竖直角为： α＝（αＬ＋αr）/2 3-5 竖直角观测 竖直角的测量原理 竖直角的观测和计算 3-5 竖直角观测 竖直角的测量原理 竖直角的观测和计算 竖直盘指标差 当竖盘指标水准管气泡居中时gps定位原理 方程，指标并不恰好指向90°或270°，而与正确位置相差一个小角度x,x称为竖盘指标差 3-5 竖直角观测 由于指标差x的存在，竖盘盘左读数为90°+x，则正确的竖直角应为： α＝（90°＋x -l αＬ+ x 盘右时正确的竖直角应为: α＝ r- 270°+x αr - x ∴ α αＬ＋αr ）/2 ,即盘坐、盘右的平均值可消除指标差的影响 指标差为：x αr- αl ）/2 r+l-360° /2 3-5 竖直角观测 竖直角的测量原理 竖直角的观测和计算 竖直盘指标差 竖盘指标差自动归零的补偿装置 原理同自动安平水准仪,大大提高了测量竖直角的测量速度 仪器误差 ll⊥vv，cc⊥hh, hh⊥vv。 （1）海洋牧场底播区的水动力模拟 2016年和2017年8月份冷水团形成的时间范围内，在獐子岛放两套监测设备观测40天数据，与模型模拟数据验证，实测数据其规律与模型相吻合。相 对 机 械 钟 而 言，数 字 钟 能 达 到 准 确 计 时 ，并 显 示 小 时 、分 钟，同 时 通 过 不 同 按 键 的 不 同 功 能 对 该 数 字 钟 进 行 小 时 和 分 钟 调 整 ，也 可 通 过 按 键 来 接 她 通 蜂 鸣 器 来 发 出 响 声 。

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