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1、第22卷 第6期兰州铁道学院学报(自然科学版)Vol.22No.62003年12月JOURNALOFLANZHOURAILWAYUNIVERSITY(NaturalSciences)Dec.2003 文章编号:1001-4373(2003)06-0059-06GPS相对定位原理与DGPS技术简介X关惠平(兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州 730070)摘 要:GPS相对定位原理是在SA和AS政策的条件下,为提高定位精度而产生和发展起来的.并在此基础上逐步完善了差分GPS技术(DGPS).这在很大程度上提高了GPS定位精度
2、.概要地介绍了相对定位原理和相位平滑伪距与准载波相位差分GPS技术,分析了产生误差的主要来源和全球定位系统的应用前景.关键词:GPS;相对定位;差分GPS中图分类号:P228.4文献标识码:Ai2i2i2i1GPS相对定位原理[1](ΔX2)+(ΔY2)+(ΔZ2)+cδtp2+σ2(2)其中,上标为卫星号,下标为观测站号.如果两个观由于伪距定位的精度和当时美国的SA(Selec2测站之间的距离不远,则同一卫星发出的信号到达tiveAvailability)政策,促进了GPS相对定位技术的长这两台接收机的路径基本一致,因此也
3、可以认为电足发展与进步.GPS相对定位原理的实质就是利用离层和对流层的延迟是相同的,若将式(1)与式(2)一个坐标精确已知的点,通过测定这个点和测点之相减,则有间的ΔX,ΔY,ΔZ坐标分量和边长B,从而根据求解iii(ΔN1-2+Δφ1-2)λ=ΔL1-2+cδtp,1-2(3)两点间的相对基线向量再计算出测点的精确坐标iii式中:ΔN1-2=N1-N2为两个接收机在t时刻观测(见图1).因此,在进行GPS相对定位时至少要用到iii同一颗卫星的相位整周数的差值;Δφ1-2=φ1-φ2两台精密测地型GPS接收机.为两个接收机在
4、t时刻观测同一颗卫星的相位小数ii2i2i2的差值;ΔL1=(ΔX1)+(ΔY1)+(ΔZ1)-i2i2i2(ΔX2)+(ΔY2)+(ΔZ2)为两个接收机在t时刻到同一颗卫星的距离的差值;δtp,1-2为两个接收机之间的绝对钟差,与观测时间和观测卫星无关.图1GPS相对定位1.1 单差观测方程通过对这两台接收机在同一时刻的观测量相减,则可得到单差(SD)观测方程.假定接收机有相位观测量,则(Niφi)λ=图2GPS相对定位单差定位1+1i2i2i2i1.2 双差观测方程(ΔX1)+(ΔY1)+(ΔZ1)+cδtp1+σ1(1
5、)ii从式(3)可以看出,如果两个接收机所观测的(N2+φ2)λ=卫星相同,则单差观测方程不但消除了电离层和对X收稿日期:2003-05-27作者简介:关惠平(1962-),男,辽宁丹东人,副教授.©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.60兰州铁道学院学报(自然科学版)第22卷流层延迟所带来的误差,同时还可以消除卫星钟差差分(准载波相位差分、载波相位差分)和广域差分和轨道误差(见图2).但由于GPS接收机的时钟都等四大类.而目前广泛采用的
6、是相位平滑伪距差分-6采用的是一般晶体振荡器,其稳定性仅为10.因此和准载波相位差分技术.伪距差分和准载波相位差仅靠单差也很难估计或消除接收机的绝对钟差.若分技术的实质就是根据其精确坐标已知的基准站和对同一时刻观测的两颗卫星的单差观测方程再次求卫星位置首先计算出基准站与所观测到的卫星之间差,可以得到双差(DD)观测方程(见图3),同时也准确距离,同时根据观测卫星的星历也可以计算出可以消除接收机的绝对钟差.观测卫星到基准站的伪距.再根据两者之间的差值,计算出伪距改正数及其变化率和相位改正数,以此修正观测数据,来提高定位精度.2
7、.1 相位平滑伪距差分在相位平滑伪距差分中,虽然相位观测值的整周模糊度Ni是未知的,但如果伪距是经过改正的,并假定可以忽略观测误差,可有如下关系:(Ni+φi)λ=ρi(5)在静态情况下,如果接收机对第i颗卫星连续跟踪j次历元,则有图3GPS相对定位双差定位ρ11i=(Ni+φi)λ22ρi=(Ni+φi)λρ3(Nφ3)λ(6)i=i+i… … jjρi=(Ni+φi)λ由式(6)可以求得近似整周数λNi:j1λNi=6(ρk-λφk)(7)jk=1将式(7)代入式(5)得到相位平滑后的伪距:j1同理,如果对相邻的双差
8、观测方程再求差,则可ρi=λφi+j6(ρk-λφk)(8)k=1以得到三差的观测方程.在双差观测中,如果不知两假定在接收机的观测量中相位观测误差为σφ,个观测站的概略坐标,可以使用三差观测.但由于观伪距观测误差为σρ,则测方程经过了三次差分后,其计算结果的精度会受12222σρi=σφ+
