Δ X69
Δ X89
8 9
GPS基线向量网的平差：(2/3)
• 定义 就是以载波相位观测解算得到的基 线向量为观测值，以其方差阵的逆阵 为权，进行平差计算，求得各GPS网 点在WGS-84坐标系的坐标，并进行 精度评定的过程。
GPS基线向量网的平差：(3/3)
• GPS基线网平差的目的： 消除基线网中各类图形闭合条件的不符值， 并建立网的基准，即网的位置、方向和尺度 基准。 目前主要采用的平差方法有：三维无约束 平差、三维约束平差及三维联合平差三种平 差模型。
GPS后处理差分动态定位
后处理差分动态定位和实时差分动态 定位的主要差别在于，在运动载体和基准 站之间，不必像实时差分动态定位那样建 立实时数据传输，而是在定位观测以后， 对两台GPS接收机所采集的定位数据进行 测后的联合处理，从而计算出接收机所在 运动载体在对应时间上的坐标位臵。例如 ，在航空摄影测量时，用GPS信号测量每 一个摄影瞬间的摄站位臵，就可以采用后 处理差分动态定位。
由此可得载体运行方向的速度为：
2 2 2 12 vs X Y Z
GPS定时
定时有着广泛的应用。从日常生活到航天发射， 从出外步行到航空航海，都离不开定时。 利用GPS信号进行时间传递，一般采用两种方 法： （1）一站单机测时：应用一台GPS接收机在 一个已知坐标的观测站上进行测时的方法。 （2）共视对比定时法：在两个测站上各设一 台GPS接收机，同步观测同一卫星，来测定两 用户时钟的相对偏差，达到高精度时间比对的 目的。
GPS数据处理目的：
• 将采集的GPS数据，经测量平差 后，归化到参考椭球面上并投影 到所采用的平面上，得到点的准 确位置。
野外 数据
平差
参考 椭球面 投影 坐标
当前 参考面 坐标
GPS定位数据处理特点：
（ 2） 复杂的 处理过 程 （1） 海量的 数据 （3） 多样的 数学模 型
特点
（ 4） 自动化 程度高
GPS接收机载体航速的测定
对于动态GPS用户，除了需要确定GPS接 收机载体的实时位臵，往往还要测定载体 的实时航行速度。假设于历元t1和t2测定 的载体实时位臵分别为X1(t1)和X2(t2)， 则其运动速度可简单地表示为：
X X i (t2 ) X i (t1 ) 1 Y (t ) Y Y ( t ) t t i 2 i 1 2 1 Z (t ) Z (t ) Z i 2 i 1
静态相对定位
观测量的线性组合 ti时刻载波相位观测量
k j j 1 (ti )和k 2 (ti )， 1 (ti )和2 (ti )
静态相对定位
GPS载波相位观测值可以在卫星间求差， 在接收机间求差，也可以在不同历元之间求 差。各种求差法都是观测值的线性组合。 将观测值直接相减的过程叫做求一次差，所 得结果称单差。对一次差继续求差，所得结 果称为双差，同样还有三差。这些差分观测 值模型能够有效地消除各种偏差项。 求解过程也是首先将观测方程线性化后求解 并确定误差。
（2）动态定位：在定位过程中，接收机天线 处于运动状态。
在绝对定位和相对定位中，又都包含静态和动 态两种形式。
• 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，绝对定位所依据的观测量都是所测 的站星伪距。
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，即观测站的位臵。 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。
S1
S2
S3
S4
动态绝对定位
• 在动态绝对定位的情况下，由于接收机处 于运动状态，待定点的位臵总是时时变化。 因此，一般说来每个待定点只能获得一个 历元的观测值。 • 对于一个观测站点，只要获得一个观测历 元4颗卫星的观测值，便可求得该测站点的 坐标。如果多于4颗卫星（存在多于观测）， 则可以进行平差计算。
GPS动态定位方法分类
GPS导航是一种广义的GPS动态定位，从目前的应 用看来，主要分为以下几种方法： （1）单点动态定位 （2）实时差分动态定位 （3）后处理差分动态定位
GPS单点动态定位
单点动态定位是用安设在一个运动载体上的 GPS信号接收机，自主地测得该运动载体的实 时位臵，从而描述出该运动载体的运动轨迹。 所以单点动态定位又叫绝对动态定位。例如， 行驶的汽车和火车，常用单点动态定位。
动态定位方法
卫星导航概念
导航的概念首先起源于航海事业，其最 初的含义是引导运载体从一个地点航行到另 一个地点的过程。导航的首要问题就是确定 航行体的即时位臵，还要测定其速度、时间 、姿态等状态参数。由此可见，导航是一种 广义的动态定位。 卫星导航是用导航卫星发射的导航定位信 息引导运动载体安全到达目的地的一门新兴 科学。GPS在导航领域的应用，有着比GPS 静态定位更为广阔的前景。
GPS定位数据处理基本流程：
其中，虚线右边的是测后数据处理的基本流程。
GPS数据的预处理：(1/2)
• 预处理的主要目的是对原始观测 数据进行编辑、加工与整理，剔 除粗差，删除无效无用数据，分 流出各种专用的信息文件，为下 一步的平差计算做准备。
GHale Waihona Puke S数据的预处理： (2/2)• 预处理工作的主要内容有：
动态绝对定位
• 测码伪距动态绝对定位 • 载波相位测量动态绝对定位：需在运动中 实时求解整周未知数Nji。 • GPS开机后，需要静止至少1~3min完成初始 化过程：锁定卫星信号和固定整模糊度。
静态绝对定位
静态定位是接收机保持静止。因此，一个 测站点上可以获得连续多个历元的观测值。 随着观测历元的增加，每个历元可是卫星 的数量可能发生变化，解算系数矩阵的构成 可以有所不同。 静态绝对定位可以根据伪距观测量或载波 相位观测量来进行。
定位精度的评价
为了评价定位结果，在导航学中，一般 采用有关精度因子（精度衰减因子、精度系 数、精度弥散）DOP（Dilution Of Precision）的概念。 在实践中，根据不同 要求，可选用不同的精度评价模型和相应的 精度因子，通常有：
※平面位置精度因子HDOP(horizontal DOP) ※高程精度因子VDOP(Vertical DOP) ※空间位置精度因子PDOP(Position DOP) ※接收机钟差精度因子TDOP(Time DOP) ※几何精度因子GDOP(Geometric DOP)，描述空 间位置误差和时间误差综合影响的精度因子
① 数 据 传 输 ② 数 据 分 流 ③ 平 滑 滤 波 检 验 ④ 统 一 数 据 格 式 ⑤ 标 准 化 卫 星 轨 道 方 程 ⑥ 探 测 周 跳 修 复 观 测 值 ⑦ 进 行 各 种 模 型 改 正
GPS基线向量的解算：
• 定义：利用多个测站的GPS同步观测数据，确定 这些测站之间坐标差的过程。 • 基线向量：GPS相对定位中，点位间的相对位置 量(坐标差)为基线向量。 • GPS相对定位的结果是确定测站点间的相对位置 关系。 这种相对位置关系通常用空间直角坐标差 或大地坐标差表示。 解算的观测值: GPS载波相位观测值（主要）、 GPS伪距观测值（辅助）。 解算的结果：基线向量、精度（中误差）及误差相 关性信息（协方差矩阵）。
卫星的空间几何分布与精度因子的关系
• 卫星高度截止角：指接收机可接收的最小卫 星高度角。一般在5°~20°之间。一般卫星 高度角越高，卫星受大气折射光的影响越小。 • 一般认为，当一颗卫星靠近天顶，其余卫星 之间相距近似120°时，所构成的卫星几何图 形最佳。这是所构成的六面体较大，卫星的 高度角也不至于太小。 • 当观测卫星多于4颗时，需要对卫星有所取舍， 已获得更小的精度因子。
相对定位
• 静态相对定位 • 动态相对定位
静态相对定位
将一台GPS接收机安臵在已知坐标的地面点（已知点 ）上，另一台或多台GPS接收机安臵在为未知坐标的 地面点（待定点）上，安臵在基线端点的接收机固定 不动，同步连续观测相同的GPS卫星星座，用以取得 未知点相对于已知点的坐标增量（基线矢量），从而 由已知点坐标，推求各未知点坐标的方法。连续观测 取得充分的多余观测数据，因而可以获得非常高的定 S2 位精度。 S1 S4 S3
GPS基线向量网的平差：(1/3)
图中红色点代表测站； 有方向的线段代表各个测站之间的 1 基线向量。 Δ X12 Δ X31 GPS 2 Δ X23 基线 向量 网 Δ X52 Δ X35
Δ X24
3
Δ X73 Δ X36 7
Δ X67
4
Δ X45
5 Δ X85 Δ X95
Δ X56
6
Δ X48
GPS实时差分动态定位
实时差分动态定位是用安设在一个运 动载体上的GPS信号接收机，及安设在一 个基准站上的另一台GPS接收机，联合测 得该运动载体的实时位臵，从而描述出该 运动载体的运行轨迹，故差分动态定位又 称为相对动态定位。例如，飞机着陆和船 舰进港，一般要求采用实时差分动态定位 ，以满足它们所要求的较高定位精度。
GDOP ∝1/V
六面体体积V 最大情形： 一颗卫星处 于天顶，其余 3颗卫星相距120°
卫星的空间集合分布与精度因子的关系
• 一般精度因子越小，精度就越高。因此如何能使 精度因子更小就成为提高定位精度的一种有效方 式。 • 假如测站与观测到的4颗卫星，构成六面体的体积 等于Vol。经分析表明，精度因子与该六面体的体 积的大小成反比。 • 在野外开阔地带，精度因子的影响可以不考虑； 而在周围有很多建筑物的情况下，要考虑精度因 子的影响。