文档介绍：基础知识
GPS精密单点定位的基本原理
GPS精密单点定位一般采用单台双频GPS接收机,利用IGS提供的精密星历和卫星钟差,基于载波相位观测值进行的高精度定位。观测值中的电离层延迟误差通过双频信号组合消除,对流层延迟误差通过引入未知参数进行估计。
时间系统
RTKLIB内部使用GPST(GPST时间)用于GNSS的数据处理和定位算法。数据在RTKLIB内部处理之前,需要转换成GPST时间。使用GPST的原因是避免处理润秒。RTKLIB使用以下结构体表示时间:
typedef struct
time_t time; /* time(s) expressed by standard time_t */
double sec; /* fraction of second under 1 s */
} gtime_t;
GPST和UTC(Universal Time Coordinated)
关系参考【图1】,参考【图2】:
图1 转换关系公式
图 2
通过使用GPS导航信息中的UTC参数,GPST到UTC或者UTC到GPST之前的转换可以用更准确的表达方式,如【图3】。
图 3
这些参数是由GPS导航消息提供的。
BDT(北斗导航卫星系统时间)
BDT(北斗导航卫星系统时间)是一个连续的时间系统,没有润秒。开始历元的时间是【UTC 2006年1月1号 00:00:00】。
北斗时间计算公式【图4】:
图 4
UTC和GPST时间转换同上面的GPS一样,只不过UTC参数来自与北斗导航信息中。
坐标系统
接收机和卫星的位置在RTKLIB中表示为在ECEF(地心地固坐标系)坐标系统中的X, Y, Z组件。
大地坐标到ECEF坐标的转换
转换公式如【图5】。
第三个公式最后一行有错有错,应该为: (v(1 – e2)+h)sin
图 5
参数说明: a : 地球参考椭球的长半径
f : 地球参考椭球的扁平率
h: 椭球高度
: 纬度
: 经度
当前版本的RTKLIB使用的值为【图6】:
图 6
图7 参考椭球体
ECEF坐系到大地坐标的转换
转换公式如【图8】
图 8
本地坐标到ECEF坐标的转换
在接收机位置的本地坐标,也被称为ENU坐标,通常使用在GNSS导航处理。ECEF坐标到本地坐标转换的旋转矩阵表示为【图9】。
图 9 Er旋转矩阵
参数说明::接收机位置的纬度
:接收机位置的经度
通过使用Er和接收机的坐标rr【ECEF】,坐标recef【ECEF】可以被转换到本地坐标的坐标rlocal,公式如【图10】。
图 10
RTKPPP定位算法
单点定位(pntpos)
1:satposs à 2: estpos à 3: estvel
计算计算卫星位置、速度和时钟(satposs)
通过广播星历计算卫星钟差(ephclk)
卫星编号到卫星系统的转换(satsys)
根据卫星的编号,获取到对应的卫星导航系统。
选择星历(seleph)
1、传入信号传输时间,卫星编号,导航数据等参数。
2、遍历导航数据,遍历导航数据里面的星历数据,判断星历数据的卫星编号是否和传入的卫星编号相等。
3、如果星历数据的卫星编号和传入的卫星编号相等,就计算星历参考时间(toe)和信号传输时间的时间差。如果不相等,继续处理下一条星历数据。
4、判断计算出来的时间差,如果时间差大于了允许的最大时间差,继续查找下一个星历数据。否则,判断时间差最小的星历数据,记录星历数据的位置。
5、返回之前记录出来的星历数据。
使用广播星历计算卫星时钟偏差(eph2clk)
传入信号发射时刻的时间和星历数据。
计算信号发射时刻的时间和本时段钟差参数参考时间(星历参数toc)的时间差。
通过下式计算钟差,这里还没有处理相对论校正项和tgd:(代码中有个迭代过程,资料上没看到写)
卫星钟差计算出来之后,信号发射时刻的时间还要加上这个钟差。
计算卫星在信号发射时刻的位置、速度和时钟(satpos)
根据星历表选项来选择不同的处理,如下:
广播星历(EPHOPT_BRDC): ephpos (广播星历到卫星位置和钟差)
根据公式计算出tk;
根据使用的卫星系统,选择使用的地球引力常数(mu)和地球的角速度(omge)
根据公式计算出平近点角M。
求解开普勒方程,按照以下公式迭代求解。
根据以下公式计算出u(改正后的纬度幅角), r(改正后的径向), i(改正后的轨道倾角) 的值。
根据以下公式计算卫星在轨道平面内的坐标。
根据不同的卫星系统,做不同的计算。
GPS计算方式:
北斗计算方式:
其中
按照公式计算出时间tc。