文档介绍：GPS定位系统
GPS用于大地测量
（三）GPS 的系统组成
空间部分
24颗GPS卫星组成
用户部分
GPS接收机
控制部分
1个主控站
5个监控站
3个注入站
注入信号(C/A码和P码)
一组导航电文(信息码，D码)
对卫星进行测距
GPS定位的各种常用观测量
地心
Si
Pij
Pj
ri
Rj
Rj = ri +Pij
有关各观测量及已知数据如下：
r— 为已知的卫地矢量
P—为观测量(伪距)
R—为未知的测站点位矢量
距离观测值的计算
接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算得到的
接收机本身按同一公式复制码信号
比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟时间t
传播延迟时间乘以光速就得到距离观测值 =C• t
卫星钟调制的码信号
接收机时钟复制的码信号
t
t
(三) 单点定位结果的获取
单点定位解可以理解为一个测边后方交会问题
卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的伪距(由时间延迟计算得到)
由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差，所以要同步观测4颗卫星，解算四个未知参数：纬度 , 经度 , 大地高程 h , 钟差 t
伪距单点定位原理
伪距单点定位的应用特点
既能用于静态定位，也可进行动态定位而用于导航
定位速度快、实时性好
对信号的强度要求不高
但定位精度较低（理论上为10米~30米，在SA和AS技术作用下误差达100米以上）
GPS定位的误差来源
与GPS卫星有关的因素
SA技术：人为的降低广播星历精度(ε技术，2000年5月取消),
AS技术：防电子欺骗技术；卫星星历误差； 卫星钟差
与传播途径有关的因素
电离层延迟； 对流层延迟； 多路径效应
与接收机有关的因素
接收机钟差； 天线相位中心误差； 接收机软件和硬件误差
另外有接收机的对中、整平误差等
（四）GPS载波相位测量
卫星广播
的电磁波
信号：
信号量测精度优于波长的1/100
载波波长比C/A码波长 短得多
所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距(C/A码或P码)定位高得多的测距精度
L1载波
L2载波
C/A码
P-码
p= m
L2=24 cm
L1=19c m
C/A=293 m
载波相位测量的特点
定位精度比伪距定位精度高
可用于进行
静态绝对定位、
静态相对定位、
差分动态定位
设法解算出初始整周未知数
测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成
(1)初始整周未知数n；(2) t 0至t i 时刻的整周记数Ci；(3)相位尾数i
如果信号没有失锁，则每一个观测值包含同一个初始整周未知数n
为了利用载波相位进行定位，必须设法先解算出初始整周未知数，取得总观测值n+Ci+ i
Time (0)
Ambiguity
Time (i)
Ambiguity
Counted Cycles
Phase Measurement
初始整周未知数的确定与定位精度的关系
精度
m
整周未知数确定后
整周未知数确定前
经典静态定位
0
0
30
80
5
8
时间(分)
如果无法准确解出初始整周未知数，则定位精度难以优于±1m
随着初始整周未知数解算精度的提高，定位精度也相应提高
一旦初始整周未知数精确获得，定位精度不再随时间延长而提高
经典静态定位需要30-80分钟观测才能求定初始整周未知数
快速静态定位将这个过程缩短到5-8分钟(双频接收机)
快速静态定位
（五）GPS相对定位
相对定位的原理
相对定位是用两台（或多台）接收机分别安置在一条（或多条）基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量
在相对定位时，通过对观测量求差，可以消除卫星钟差、接收机钟差，削弱电离层和对流层折射的影响，提高测量精度
可以消去卫星钟的系统偏差
可以消去接收机时钟的误差
Pik
Plj
Pij
Pj
Plk
Pk
Sl
Si
可以消去轨道(星历)误差的影响
可以削弱大气折射对观测值的影响
组成星际站际两次差分观测值
伪 距 差 分 测 量 精 度 可 达 - 5 m
此 种 测 量 形 式 一 般 称 为 DGPS
基 线 向 量
B
A
伪 距 差 分 定 位 技 术
RTD测量原理图
测深仪
电脑
发射电台
GPS主机