绝对定位原理
nij (t)]Xi i (t) Nij
i (t) cti (t)
Nij Nij (t0 )
于历元t,由观测站Ti至卫星sj的距离误差方程可写为:
vij (t) [lij (t)
mij (t)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
nij (t)
Xi
1]
Yi
Zi
Nij
Lij (t)
i (t)
其中
Lij (t)
R~i j
钟差改正:~ij ij cti (t) ijIg (t) ijT (t)
取 ~ri j (t) ~ij (t) ijIg (t) ijT (t)
则测码伪距观测方程可写为
~ri j (t) ij (t) cti (t)
或
~ri j (t) | ρ j (t) ρi | cti (t)
绝对定位可根据天线所处的状态分为动态绝对定位和静 态绝对定位。无论动态还是静态,所依据的观测量都 是所测的站星伪距。根据观测量的性质,伪距有测码 伪距和测相伪距,绝对定位相应分为测码伪距绝对定 位和测相伪距绝对定位。
§ 6.2动态绝对定位原理 1.测码伪距动态绝对定位法 如果于历元t观测站至所测卫星之间的伪距已经经过卫星
误差方程组的形式为 根据最小二乘法平差求解
vi (t) ai (t)Zi li (t)
T
vi (t) v1(t) v2 (t)...... vn (t)
Zi aTi (t)ai (t) 1 aTi (t)li (t)
解的精度为:
mz 0 qii
mz为Qz解主的对中角误线差的,相应0为元伪素距。测量中误差, Qii为权系数阵
~ri 1(t) | ρ1(t) ρi | cti (t) ~ri 2 (t) | ρ2 (t) ρi | cti (t) ~ri 3(t) | ρ3(t) ρi | cti (t) ~ri 4 (t) | ρ4 (t) ρi | cti (t)
若取观测站坐标的初始(近似)向量为Xi0=(X0 Y0 Z0)T, 改正数向量为Xi=(X Y Z)iT,则线性化取至一次微 小项后得
[Z
j (t)
Zi0 ]2}1
2
由此可得 Zi ai (t)1li (t)
上式的求解一般采用迭代法,根据所取观测站坐标的初 始值,在一次求解后,利用所求坐标的改正数,更新 观测站坐标初始值,重新迭代,通常迭代2-3次即可获 得满意结果。
当仅观测4颗卫星时,无多余观测量,解算是唯一的。如 果同步观测的卫星数nj大于4颗时,则需利用最小二乘 法平差求解。
j(t)=[Xj(t) Yj(t) Zj(t)]T为卫星sj在协议地球坐标系中的瞬 时空间直角坐标向量, i=[Xi Yi Zi]T为观测站Ti在协 议地球坐标系中的空间直角坐标向量。为了确定观测 站坐标和接收机钟差,至少需要4个伪距观测量。假设 任一历元t由观测站Ti同步观测4颗卫星分别为j=1,2,3,4, 则有4个伪距观测方程
1Xi
1Yi
11Zii
或写为 ai (t)Zi li (t) 0 式中
i cti (t)
li (t) L1i (t) L2i (t) L3i (t)
Lij
(t)
~ri
j
(t)
j i0
(t
)
L4i (t) T
其中
i
j 0
(t
)
{[ X
j (t)
X i0 ]2
[Y
j (t)
Yi0 ]2
§ 6.1绝对定位方法概述
绝对定位也称单点定位,是指在协议地球坐标系中,直 接确定观测站相对于坐标原点(地球质心)绝对坐标 的一种方法。
“绝对”一词主要是为了区别相对定位,绝对定位和相 对定位在观测方式、数据处理、定位精度以及应用范 围等方面均有原则区别。
绝对定位的基本原理:以GPS卫星和用户接收机天线之间 的距离(或距离差)观测量为基础,根据已知的卫星 瞬时坐标,来确定接收机天线所对应的点位,即观测 站的位置。GPS绝对定位方法的实质是测量学中的空 间距离后方交会。原则上观测站位于以3颗卫星为球心, 相应距离为半径的球与观测站所在平面交线的交点上。
Qz aiT (t)ai (t) 1
在GPS中,同时出现在地平线以上的可见卫星数不会多于 12个。测码伪距绝对定位模型广泛用于船只、飞机、车 辆等运动目标的导航、监督和管理。
2.测相伪距动态绝对定位法
在协议地球坐标系中,测相伪距的观测方程为为:
c[ti (t) t (t)] [i I p (t) iT (t)] Ni (t0)
~ri 1(t)
1 i0
(t
)
li1(t)
~ri 2(t)
~r~rii 43
(t) (t)
2 i0
3 i0
4 i0
(t) (t) (t)
li2 (t)
llii43
(t) (t)
mi1(t) mi2 (t) mi3 (t ) mi4 (t)
ni1(t) ni2 (t) ni3 (t ) ni4 (t)
由于GPS采用单程测距原理,实际观测的站星距离均含有 卫星钟和接收机钟同步差的影响(伪距),卫星钟差 可根据导航电文中给出的有关钟差参数加以修正,而 接收机的钟差一般难以预料。通常将其作为一个未知 参数,在数据处理中与观测站坐标一并求解。一个观 测站实时求解4个未知数,至少需要4个同步伪距观测 值,即4颗卫星。
vi1(t) vi2 (t)
li1(t) li2 (t)
... ...
vin
j
(t
)
lin j (t)
mi1(t) mi2 (t)
... min j (t)
ni1(t) ni2 (t)
j
j
j
j
i (t) i0(t) [li (t) mi (t) ni (t)]Xi
j
j
j
j
j
如果设 R~ij (t) ij (t) ijI p(t) ijT (t)
并考虑卫星钟差可利用导航电文中给出的参数加以修正,
则观测方程可改写成
R~i j
(t)
i
j 0
(t
)
[lij
(t)
其中
mij (t)
(t)
j i0
(t
)
与测码伪距的误差方程相比,测相伪距误差方程仅增加
了一个新的未知数Nij,其余的待定参数和系数均相同。 如果在起始历元t0卫星sj被锁定(跟踪)后,观测期间 没有发生失锁现象,则整周待定参数Nij只是与该起始 历元t0有关的常数。
若于历元 t同步观测nj颗卫星,则可列出nj个误差方程: