GPS定位原理知识归纳（二）
GPS定位原理知识归纳 第二部分
1.GNSS的发展简史
什么时候发展出卫星定位?第一代，第二代，现在世界上存在的卫星定位系统有哪些?
2.GNSS的组成
全球GNSS定位系统包括哪些?
每一个系统对应的构成是什么样的?
空间部分_卫星星座，地面监控系统，用户部分
○3.GNSS定位的前提
把卫星作为动态已知点等，几个条件
○4.测量原理
○5.定位原理
6.定位误差
有哪些误差?怎样发现?怎样消除或减弱?
7.接收设备
工作原理
8.外业施测
9.内业处理
10.GNSS应用
5.定位原理
(1).绝对定位(单点定位、伪距定位)
绝对定位的定位方程
接收机时钟误差、电离层折射误差、对流层折射误差、卫星时钟误差
DOP:几何精度因子
与什么有关?
与几何分布有关
PDOP三维几何精度因子、水平几何精度因子HDOP、垂直几何精度因子VDOP、综合几何精度因子GDOP、时间几何精度因子TDOP
最终都可以用综合几何精度因子来衡量，选择GDOP最小，即帮助我们获得精度最高的一组卫星来进行观测，这时候空间当中卫星的组合与地面测站形成六面体的结构，保证其体积最大，才能得到GDOP最小的情况，那实际上，就是要求空间当中卫星的分布要相对来说是比较均匀的，而且是比较开阔的。
(2).相对定位(伪距观测量、载波相位观测量，但载波相位观测量精度较高，所以以载波相位观测量为主，以伪距观测量为辅
相对定位是指:用两台或两台以上的接收机来同步观测同一组卫星。
利用载波相位观测量来解算对应的观测模型:
单差模型
站际单差、星际单差、历元间单差
单差模型的示意图和表达形式
双差模型
星际与站际之间、星际与历元时间、站际与历元之间
双差模型的示意图与表达形式
三差模型
星际、站际、历元间
目的:消除或削弱误差
分别消除了什么误差?
涉及到星际的差分模型:消除与接收机有关的所有误差。
涉及到站际的差分模型:消除与卫星有关的所有误差。
涉及到历元的差分模型:可消除整周未知数
在整个作差的过程当中，我们都可以削弱电离层或对流层的折射误差。
绝对定位的结果?相对定位的结果?
绝对定位的结果是坐标，相对定位的结果是坐标差。
(3).差分定位
怎么样才能用相对定位想要获得高精度的坐标值?
差分定位可以用相对定位获得高精度的坐标值。
相对定位中一种特殊的形式。
差分定位是指:有两个(或两个以上)的测站，当两个测站中有一个是精确坐标的已知点的时候，即有一个测站为基准站的时候，就形成了差分定位。
基准站是指:已经精确地测定好坐标的测
单站差分(SRD):有一个基准站。
改正数:基准站和未知测站同时观测同一组卫星进行相对定位，然后通过把测得基准站的坐标和基准站已知的，即已有的高精度坐标作差，把这个坐标差发给未知的用户，用户在坐标差的基准上来修正自己的观测结果。
按照改正数的类型进行分类:
位置差分、伪距差分、载波相位差分
位置差分:通过基准站发送给未知测站的改正数是坐标差，这时候就叫做位置差分。
伪距差分:通过基准站发送给未知测站的参数是伪距的差值，这时候就叫做伪距差分
载波相位差分:通过基准站发送给未知测站的参数是载波相位差值，这时候就叫做载波相位差分。
每一种适合的情况不一样。
位置差分计算比较快速。伪距差分的精度高于位置差分。
载波相位差分精度高。
画出单站差分的示意图
要消除相关性误差，条件是:
要保证它们限定在一定的距离范围内，工作范围较小。
为了扩大工作范围，可以在未知测站周围多设置几个基准站。
局域差分或区域差分 (LAD):有多个基准站在一定区域范围之内。
怎么样判断哪一个基准站发送的改正数，让未知测站的位置最接近于理论值?
对多个基准站发送的改正数加权求平均，再发送给未知测站。
因为基准站较多，所以成本高，而且局域差分也有一定的工作范围，工作范围越大，需要的基准站也就越多，成本越高。因此出现了广域差分
广域差分(WAD):有多个基准站，并且遍布全球或比局域差分有更大范围上的要求。
保证误差尽可能的小，获得更高的精度，那么就需要把误差传播的距离尽可能地缩短，不管是单站差分中的位置差分、伪距差分、载波相位差分还是局域差分，在进行整个模型的求算过程当中，都涉及到对误差的计算，那么就可以考虑在源头上对误差进行处理，所以广域差分与前面几种模型的差分定位原理都不一样。
广域差分的定位原理:只考虑误差，把误差进行模型化处理，那么发送给用户的就是源头的误差，在参与计算的过程当中，就把误差所造成的精度的差值尽可能缩小。广域差分相对于其它差分定位模型，可实现全球范围内的差分定位，而且相比于局域差分，造价低。
6.空间定位的误差
(1).与卫星有关的误差
星历误差
会造成卫星这个动态已知点的坐标有误差。
星历误差主要来源于广播星历和后处理星历。
怎么样减弱星历误差?
○建立自己的卫星跟踪网，对卫星进行测轨和定位
○轨道松弛法
○同步求差分，削弱星历误差
星钟误差
消除方法:
○根据主控站发来的一些多项式的系数，来进行计算。
○同步求差分。
相对论效应误差
不同的运动状态会导致时钟的变化，相对论效应误差是综合性的，既有广义相对论的影响(让卫星上的钟比地球上的同类钟快)，也有狭义相对论的影响(让卫星上的钟比地球上的同类钟慢)。综合变快了(即频率升高)。
为了补偿相对论效应的影响，在卫星出厂的时候，设置比标准频率小一点。
(2).与信号传播过程有关的误差
电离层折射误差
减弱电离层折射误差的方法:
利用双频观测(对于双频接收机)
利用电离层改正模型加以改正
利用同步观测求差分
码/载波相位扩散技术(CCD技术)
选择有利观测时段
对流层折射误差
减弱对流层折射误差的方法:
利用模型加以改正
利用同步观测求差分
多路径效应
不同来源的电磁波信号会同时进入接收机中。
减弱多路径效应的方法:
选择合适的站址(远离信号源和反射源)
对接收机天线的完善
设置抑径板
不接收小角度信号
适当延长观测时间，尽量减弱多路径效应中的周期性的影响。
(3).与接收机有关的误差
接收机时钟误差
削弱接收机时钟误差的方法:
○将每一观测时刻的接收机时钟误差设为未知数，与测站的位置坐标一起求解。
○将接收机时钟误差表示为时间多项式
△t＝a0＋a1(t－t0)＋a2(t－t0)²。
○利用卫星间求一次差分的方法来消除接收机时钟误差的影响。
天线相位中心位置的误差
天线的相位中心，它随着信号的输入或方向不一样，强度不一样，它都会有一个变化，在观测时的某一个瞬间，相位中心的位置可能和理论上要测定的相位中心的位置有差别。
削弱天线相位中心位置误差的方法:
同步观测求差分
各测站同时观测同一组卫星，并尽量使天线同方向，使各天线受影响相同，在差分中予以削弱。
观测误差
与操作人员的技术水平、经验有关，或与观测时人员的操作有关。属于偶然误差。
内延时误差
观测噪声的误差
(4).地球自转效应的误差
总体来说，消除或减弱误差的方法:
(1).建立误差模型
理论模型(电离层双频改正)
经验模型
综合模型(对流层改正模型)
(2).求差分
站际差分
星际差分
历元间差分
(3).选择较好的硬件和较好的观测条件
7.接收机和外业施测
(1).常见的接收机类型和厂家
接收机的结构和功能
接收机的组成
硬件:最主要的 天线
软件
(2).外业施测
导航
定位
组网测量(高精度静态定位)
主要的工作内容:
○设计
最主要 GPS网 (合适、稳定、能够获得高精度定位结果)
点连、边连等
过程
○实施
8.内业处理
计算，技术总结，上交
9.GNSS的应用