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1、数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 第四章第四章 GPS静态定位原理静态定位原理 数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 主要内容主要内容:概述概述 GPS定位类型定位类型 伪距法定位伪距法定位 载波相位测量载波相位测量整周跳变的探测与修复整周跳变的探测与修复整周模糊度的
2、确定整周模糊度的确定第四章第四章 GPS静态定位原理静态定位原理 数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 概述概述4.1 4.1 概述概述GPS的定位原理的定位原理GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方方交会的方法，确定待法，确定待测点的位置测点的位置D1D2D3准确位置准确位置数字摄影测量数字摄影测量 辽
3、宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 概述概述4.1 4.1 概述概述GPS的定位过程的定位过程GPSGPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户用中含有卫星的位置信息。用户用GPSGPS接收机在接收机在某一时刻同时接收三颗以上的某一时刻同时接收三颗以上的GPSGPS卫星信号，卫星信号，测量出测站点测量出测站点P P至三颗以上至三颗以上GPSGPS卫星的距离并解卫星的距离并解算出该时刻算出该时刻GPS
4、GPS卫星的空间坐标，据此利用距卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站离交会法解算出测站P P的位置。的位置。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 概述概述4.1 4.1 概述概述GPS的定位过程的定位过程数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 概述概述4.1 4.1
5、 概述概述GPS定位的基本观测量（距离定位的基本观测量（距离测定方法）测定方法）l利用测距码测距（伪距测量）利用测距码测距（伪距测量）l利用载波测距（载波相位测量）利用载波测距（载波相位测量）l由积分多普勒计数得出的伪距差由积分多普勒计数得出的伪距差l由卫星射电干涉测量得出的伪距差由卫星射电干涉测量得出的伪距差数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 GPS定位类型定位类型4.2 4.2 GPS定位类型定位类型GPS定位分类定位分类根据
6、定位模式：根据定位模式：单点定位（绝单点定位（绝对定位）对定位）相对定位相对定位差分定位差分定位根据定位时接收根据定位时接收机天线的运动状机天线的运动状态：态：静态定位静态定位动态定位动态定位根据定位时效：根据定位时效：实时定位实时定位事后定位事后定位根据观测值类型：根据观测值类型：伪距测量伪距测量载波相位测量载波相位测量数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 GPS定位类型定位类型4.2 4.2 GPS定位类型定位类型静态定位和动态
7、定位静态定位和动态定位静态定位：静态定位：在定位过程中，接收机的位置是固定的，在定位过程中，接收机的位置是固定的，处于静止状态。处于静止状态。特点：特点：观测的时间较长，有大量的重复观测的时间较长，有大量的重复观测，其定位的可靠性强、精度高。主要应用于测定板观测，其定位的可靠性强、精度高。主要应用于测定板块运动、监测地壳形变、大地测量、精密工程测量、地块运动、监测地壳形变、大地测量、精密工程测量、地球动力学及地震监测等领域。球动力学及地震监测等领域。动态定位：动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。在定位过程中，接收机天线处于运动状态。特点：特点：可以实时地测得运动载体的位置，多余观测
8、量少，可以实时地测得运动载体的位置，多余观测量少，定位精度低。目前广泛应用于飞机、船舶、车辆的导航定位精度低。目前广泛应用于飞机、船舶、车辆的导航中。中。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 GPS定位类型定位类型4.2 4.2 GPS定位类型定位类型绝对定位与相对定位绝对定位与相对定位绝对定位（单点定位）绝对定位（单点定位）：是以地球质心为参照点，在是以地球质心为参照点，在一个测站上只需一台接收机，独立确定待定点在一个测站上只需一
9、台接收机，独立确定待定点在WGS-84坐标系中的绝对位置坐标系中的绝对位置。特点：特点：只需一台接收机作业，只需一台接收机作业，组织实施简单；但定位精度较低。组织实施简单；但定位精度较低。该定位模式在船舶、飞机的导航，地质矿产勘探，暗该定位模式在船舶、飞机的导航，地质矿产勘探，暗礁定位，建立浮标，海洋捕鱼及低精度测量领域应用广礁定位，建立浮标，海洋捕鱼及低精度测量领域应用广泛。泛。绝对定位又可分为绝对定位又可分为静态绝对定位静态绝对定位和和动态绝对定位动态绝对定位。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技
10、术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 GPS定位类型定位类型4.2 4.2 GPS定位类型定位类型绝对定位与相对定位绝对定位与相对定位相对定位：相对定位：以地面某固定点为参考点，利用两台以上以地面某固定点为参考点，利用两台以上接收机，同时观测同一组卫星，确定各观测站在接收机，同时观测同一组卫星，确定各观测站在WGS-84系中的相对位置或基线向量系中的相对位置或基线向量优点：优点：由于各站同步观测同一组卫星，误差对各站观由于各站同步观测同一组卫星，误差对各站观测量的影响相同或大体相同，对各站求差（线性组合）测量的影响相同或大体相同，对各站求差（线性组合）可以消除
11、或减弱这些误差的影响，从而提高了相对定位可以消除或减弱这些误差的影响，从而提高了相对定位的精度。的精度。缺点：缺点：内外业组织实施较复杂。内外业组织实施较复杂。应用：应用：大地测量、工程测量、地壳形变监测等领域大地测量、工程测量、地壳形变监测等领域 。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 GPS定位类型定位类型4.2 4.2 GPS定位类型定位类型相对定位相对定位未知站参考站数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学
12、 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 GPS定位类型定位类型4.2 4.2 GPS定位类型定位类型绝对定位与相对定位绝对定位与相对定位在绝对定位和相对定位中，又都分别包含静态定位和在绝对定位和相对定位中，又都分别包含静态定位和动态定位两种方式。为缩短观测时间，提供作业效率，动态定位两种方式。为缩短观测时间，提供作业效率，近年来发展了一些快速定位方法，如近年来发展了一些快速定位方法，如准动态相对定位法准动态相对定位法和和快速静态相对定位快速静态相对定位等。等。在动态相对定位中当前应用较广的有
13、：在动态相对定位中当前应用较广的有：差分差分GPSGPS（DGPSDGPS）:以测距码为根据的实时动态相对以测距码为根据的实时动态相对定位，精度低；定位，精度低；RTK:RTK:以载波为根据的实时动态相对定位，可获得厘以载波为根据的实时动态相对定位，可获得厘米级精度。米级精度。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位GPS定位定位w需解决的两个关键问题需解决的两个关键问题n如何确
14、定卫星的位置如何确定卫星的位置n如何测量出站星距离如何测量出站星距离数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位测距方法测距方法w双程测距用于电磁波测距仪w单程测距用于GPS数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位
15、伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距方法伪距方法定位原理定位原理w距离测定的基本思路w信号（测距码）传播时间的测定信号传播时间数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距方法伪距方法定位原理定位原理 卫星根据自己的星载时钟发出含有测距码卫星根据自己的星载时钟发出含有测距码的调制信号，经过的调制信号，经过 t t时间的传播后到达接收机，时间的传播后到达接收机，此时接收
16、机的伪随机噪声码发生器在本机时钟此时接收机的伪随机噪声码发生器在本机时钟的控制下，又产生一个与卫星发射的测距码结的控制下，又产生一个与卫星发射的测距码结构完全相同的构完全相同的“复制码复制码”。通过机内的可调延。通过机内的可调延时器将复制码延迟时间时器将复制码延迟时间 ，使得复制码与接收，使得复制码与接收到的测距码到的测距码“对齐对齐”。在理想情况下，时延。在理想情况下，时延 就等于卫星信号的传播时间就等于卫星信号的传播时间 t t ，将传播速度，将传播速度c c乘以时延乘以时延 ，就可以求得卫星至接收机的距离。，就可以求得卫星至接收机的距离。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程
17、技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距方法伪距方法定位原理定位原理数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位延延迟迟时时间间确确定定数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影
18、像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距方法伪距方法定位原理定位原理 上述上述码码相关法相关法测测量量伪伪距距时时，有一个基本假，有一个基本假设设，即，即卫卫星星钟钟和接收机和接收机钟钟是完全同步的。但是完全同步的。但实实际际上上这这两台两台钟钟之之间总间总是有差异的。因而求得的是有差异的。因而求得的时时延延就不就不严严格等于格等于卫卫星信号的星信号的传传播播时间时间 t t ，它包含了，它包含了两台两台钟钟不同步的影响不同步的影响；此外，由于；此外，
19、由于信号并不是完全在真空中信号并不是完全在真空中传传播，因而播，因而观测值观测值中也包含了中也包含了电电离离层层和和对对流流层层延延迟误迟误差差。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距伪距由卫星发射的测距码信号到达由卫星发射的测距码信号到达GPSGPS接收机的传接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。播时间乘以光速所得出的量测距离。伪距法定位伪距法定位由由GPSGPS接收
20、机在某一时刻测出的到四颗以上接收机在某一时刻测出的到四颗以上GPSGPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的观测方程伪距法定位的观测方程设在某一瞬间卫星发出一个信号，该瞬间卫星设在某一瞬间卫星发出一个信号，
21、该瞬间卫星钟的读数为钟的读数为 ，正确的标准时应为，正确的标准时应为 ，该信号，该信号在正确的标准时刻在正确的标准时刻 到达接收机，根据接收机到达接收机，根据接收机钟读得的时间为钟读得的时间为 。伪距测量中测得的时延。伪距测量中测得的时延=（1）设发射时刻卫星钟的改正数为设发射时刻卫星钟的改正数为 ，接收时刻接，接收时刻接收机钟的改正数为收机钟的改正数为 ，则有，则有 ，=（2）数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法
22、定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的观测方程伪距法定位的观测方程将（将（2 2）代入（）代入（1 1），得），得 则则 （3 3）式中：式中：为将时钟化为标准时间的为将时钟化为标准时间的站星间距离。但信号不是在真空中传播，而要经站星间距离。但信号不是在真空中传播，而要经过电离层和对流层，这样传播速度将要发生变化，过电离层和对流层，这样传播速度将要发生变化，故必须加上二者的折射改正，才能求得站星间真故必须加上二者的折射改正，才能求得站星间真正的几何距离，即：正的几何距离，即：（4 4）(4)(4)代入代入(3)(3)得：得：(5)(5)数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽
23、宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的观测方程伪距法定位的观测方程将将 写成站星坐标的函数：卫星坐标为（写成站星坐标的函数：卫星坐标为（x，y，z）,接收机坐标为（接收机坐标为（X,Y,Z）则则 (6)将（将（6）代入（）代入（5），得），得 （7）上式即为伪距定位法的数学模型（观测方程）。上式即为伪距定位法的数学模型（观测方程）。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影
24、像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的观测方程伪距法定位的观测方程 式中式中X X、Y Y、Z(Z(接收机天线位置接收机天线位置)为未知数为未知数,而接收机钟差而接收机钟差 也要作为未知数求解，这是也要作为未知数求解，这是因为数以万计的接收机只能安装石英钟（非原因为数以万计的接收机只能安装石英钟（非原子钟），其稳定度差，必须要求出任一瞬间的子钟），其稳定度差，必须要求出任一瞬间的时钟改正数。时钟改正数。这样，任一观测时刻，用户至少要测定这样，
25、任一观测时刻，用户至少要测定4 4颗卫星的距离，以解算出颗卫星的距离，以解算出4 4个未知数；当卫星个未知数；当卫星数数4 4时，用最小二乘求解未知数的最或然值。时，用最小二乘求解未知数的最或然值。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的计算伪距法定位的计算在公式（在公式（7）中：如令已知值部分为）中：如令已知值部分为 ；而令；而令 则（则（7）可写为）可写为 （8）
26、假定测站的未知数向量及改正数向量分别为假定测站的未知数向量及改正数向量分别为 ；将上式代入（将上式代入（8）式并用台劳级数展开）式并用台劳级数展开：数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的计算伪距法定位的计算将上式化简并移项：将上式化简并移项：式中：式中：如观测如观测4颗卫星（颗卫星（i1，2，3，4），将上式），将上式写成矩阵形式：写成矩阵形式：即即解得解得：数字摄
27、影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法定位的计算伪距法定位的计算如观测的卫星数如观测的卫星数4 4，则用最小二乘平差求解，则用最小二乘平差求解：，（迭代计算）（迭代计算）精度评定精度评定 测站未知数各分量中误差：测站未知数各分量中误差：式中式中 伪距测量中误差；伪距测量中误差；权系数阵权系数阵 中的主对角线元中的主对角线元素素:数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程
28、技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 伪距法定位伪距法定位4.3 4.3 伪距法定位伪距法定位伪距法伪距法定位的特点定位的特点必要条件必要条件必必须须了解了解测测距距码码的的结结构构优优点点无模糊度无模糊度缺点缺点精度低精度低用途：用途：用于导航（动态）及精度要求不高的测用于导航（动态）及精度要求不高的测量中；对大地测量（静态相对定位），个别点量中；对大地测量（静态相对定位），个别点需要较高的精度，可进行较长时间的静态定位。需要较高的精度，可进行较长时间的静态定位。数字摄影测量数字
29、摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的优缺点载波相位测量的优缺点信号信号码元宽码元宽量测精度量测精度测距测距
30、码码C/A码码293.1m3mP码码29.3m0.3m载波载波L119.03cm2mmL224.42cm2mm优点：可达到很高的精度；优点：可达到很高的精度；缺点：数据处理复杂缺点：数据处理复杂载波是一种周期性的正弦载波是一种周期性的正弦波，相位测量只能测量不波，相位测量只能测量不足一周的小数部分，存在足一周的小数部分，存在整周不确定性问题；同时整周不确定性问题；同时在观测过程中，由于某些在观测过程中，由于某些原因尚发生整周丢失（整原因尚发生整周丢失（整周跳变）现象。周跳变）现象。载波相位和测距码量测精度比较载波相位和测距码量测精度比较数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学
31、 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量关键技术重建载波关键技术重建载波n重建载波重建载波:将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。载波调制了电文之后载波调制了电文之后变成了非连续的波变成了非连续的波伪距测量与载波相位测量伪距测量与载波相位测量数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术
32、大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量关键技术重建载波关键技术重建载波w码相关法码相关法n方法方法l将所接收到的调制信号（卫星信号）将所接收到的调制信号（卫星信号）与接收机产生的复制码相乘。与接收机产生的复制码相乘。n技术要点技术要点l卫星信号（弱）与接收机信号（强）相乘。卫星信号（弱）与接收机信号（强）相乘。n特点特点l限制：需要了解码的结构。限制：需要了解码的结构。l优点：可获得导航电文，可获得全波长的载优点：可获得导航电文，可获得全波长的载波，信号质量好（信噪比高）波，信号质量好（信噪比高）码相关法数字摄影测
33、量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量关键技术重建载波关键技术重建载波w平方法平方法n方法方法l将所接收到的调制信号自乘。将所接收到的调制信号自乘。n技术要点技术要点l卫星信号（弱）自乘。卫星信号（弱）自乘。n特点特点l优点：无需了解码的结构优点：无需了解码的结构l缺点：无法获得导航电文，所获载缺点：无法获得导航电文，所获载波波长为原来波长的一半，信号质波波长为原来波长的一半，信
34、号质量较差（信噪比低，降低了量较差（信噪比低，降低了30dB）平方法数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量关键技术重建载波关键技术重建载波w互相关（交叉相关）互相关（交叉相关）n方法方法l在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个频率间的伪距差和相位差频率间的伪距差和相位差n技术要点技术要点l不同频率的卫
35、星信号（弱）进行相关。不同频率的卫星信号（弱）进行相关。n特点特点l优点：无需了优点：无需了Y解码的结构，可获得导航电文，可获得全波波长解码的结构，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好的载波，信号质量较平方法好数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量关键技术重建载波关键技术重建载波wZ跟踪跟踪n方法：将卫星信号在一个方法：将卫星信号在一个W码码元内与接
36、收机码码元内与接收机复制出的复制出的P码进行相关处理。码进行相关处理。n在一个在一个W码码元内进行卫星信号（弱）与复制码码元内进行卫星信号（弱）与复制信号（强）进行相关。信号（强）进行相关。n特点特点l优点：无需了解优点：无需了解Y码结构，可测定双频伪距观测值，码结构，可测定双频伪距观测值，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好。较平方法好。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态
37、定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波测距载波测距数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量GPS载波相位测量的基本原理载波相位测量的基本原理理想情况实际情况数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静
38、态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位观测值载波相位观测值w如果接收机的震荡器能产生一个频率与初相和卫星载波信号如果接收机的震荡器能产生一个频率与初相和卫星载波信号完全相同的基准信号，问题即可解决，完全相同的基准信号，问题即可解决，这样任何一时刻在接这样任何一时刻在接收机处的基准信号的相位就等于卫星处载波信号的相位。收机处的基准信号的相位就等于卫星处载波信号的相位。w故某一瞬间的载波相位测量值指的是该瞬间接收机故某一瞬间的载波相位测量值指的是该瞬间接收机所产生的基准信号的相位所产生的基准信号的相位 和接收到的来自卫星和接收到的来自卫星的
39、载波信号的相位的载波信号的相位 之差，即之差，即w因此，根据某一瞬间的载波相位测量值可求出该瞬因此，根据某一瞬间的载波相位测量值可求出该瞬间从卫星到接收机的距离。间从卫星到接收机的距离。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位观测值载波相位观测值w观测值观测值w整周未知数（整周模糊度）整周未知数（整周模糊度）w整周计数整周计数载波相位观测值数字摄影测量数字摄影测量
40、 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的特点载波相位测量的特点w优点优点n精度高，测距精度可达精度高，测距精度可达0.1mm量级量级w难点难点n整周未知数问题整周未知数问题n整周跳变问题整周跳变问题 如果由于某种原因，计数器无法连续计数，当信号如果由于某种原因，计数器无法连续计数，当信号被重新跟踪后，整周计数中将丢失某一量而变得不被重新跟踪后，整周计数中将丢失某一量而变得不正确。这
41、种现象称整周跳变（简称周跳）。正确。这种现象称整周跳变（简称周跳）。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的观测方程载波相位测量的观测方程设在标准时间为设在标准时间为 a，卫星钟读数为，卫星钟读数为ta的瞬间，卫星发出的瞬间，卫星发出的载波信号的相位为的载波信号的相位为 。该信号在标准时间。该信号在标准时间 b到到达接收机。根据波动方程，其相位应保持不变。即
42、在达接收机。根据波动方程，其相位应保持不变。即在标准时间标准时间 b接收机接收到的来自卫星的载波信号的相接收机接收到的来自卫星的载波信号的相位为位为 。设该瞬间接收机钟的读数为。设该瞬间接收机钟的读数为tb，由接收机，由接收机所产生的基准信号的相位为所产生的基准信号的相位为 。于是得：。于是得：（1）其中：其中：，数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的观测
43、方程载波相位测量的观测方程对于稳定度较好的震荡器，当时间有微小的增量对于稳定度较好的震荡器，当时间有微小的增量t，该震荡器产生的，该震荡器产生的信号的相位满足下列关系式：信号的相位满足下列关系式：(t+t)=(t)+f t 与上类似，则（与上类似，则（1）式中：）式中：（2）将（将（2）代（）代（1）：）：即即 （3）对上式考虑钟差及大气改正，则为：对上式考虑钟差及大气改正，则为：即即 （4）上式即为载波相位测量的基本观测方程。上式即为载波相位测量的基本观测方程。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术
44、大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的观测方程载波相位测量的观测方程如果将上式两边均乘上如果将上式两边均乘上=c/f，则有，则有进行比较可以看出，在载波相位测量的观测方程中，进行比较可以看出，在载波相位测量的观测方程中，除增加了整周未知数除增加了整周未知数N0外，和伪距测量方程是完全外，和伪距测量方程是完全相同的。相同的。数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘
45、学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的线性组合载波相位测量的线性组合差分观测值的定义差分观测值的定义将相同频率的将相同频率的GPS载波相位观测值依据某种方式求差所获载波相位观测值依据某种方式求差所获得的新的组合观测值（虚拟观测值）得的新的组合观测值（虚拟观测值）差分观测值的特点差分观测值的特点可以消去某些不重要的参数，或将某些对确定待定参数有可以消去某些不重要的参数，或将某些对确定待定参数有较大负面影响的因素消去或消弱其影响较大负面影响的因素消去或消弱其影响求差方式求差方式 差分次数：差分次数：站间求差站间求差 一次差
46、一次差卫星间求差卫星间求差 二次差二次差历元间求差历元间求差 三次差三次差数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量载波相位测量的线性组合载波相位测量的线性组合与卫星无关与接收机无关空间相关性强空间相关性强不随时间变化数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘
47、学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量站间求差（站间差分）站间求差（站间差分）w求差方式求差方式n同步观测值在接收机间求差同步观测值在接收机间求差w数学形式数学形式w特点特点n消除了卫星钟差影响消除了卫星钟差影响n削弱了电离层折射影响削弱了电离层折射影响n削弱了对流层折射影响削弱了对流层折射影响n削弱了卫星轨道误差的影响削弱了卫星轨道误差的影响数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位
48、原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量星间求差（星间差分）星间求差（星间差分）w求差方式求差方式n同步观测值在卫星间求差同步观测值在卫星间求差w数学形式数学形式w特点特点n消除了接收机钟差的影响消除了接收机钟差的影响数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量历元间求差（历元间差分）历元间求差（历元间差分）w差分方式差分方式 n观测
49、值在历元间求差观测值在历元间求差w数学形式数学形式w特点特点n消去了整周未知数参数消去了整周未知数参数数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量w单差：站间一次差分单差：站间一次差分w双差：站间、星间各求一次差（共两次差）双差：站间、星间各求一次差（共两次差）w三差：站间、星间和历元间各求一次差（三次差）三差：站间、星间和历元间各求一次差（三次差）单差双差三差单差、双差和三
50、差单差、双差和三差数字摄影测量数字摄影测量 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院影像影像采样采样GPS技术与应用技术与应用 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 测绘学院测绘学院GPS静态定位原理静态定位原理 载波相位测量载波相位测量4.4 4.4 载波相位测量载波相位测量采用差分观测值的缺陷采用差分观测值的缺陷w数据利用率低数据利用率低 -只有同步数据才能进行差分只有同步数据才能进行差分w引入基线矢量替代了位置矢量引入基线矢量替代了位置矢量w差分观测值间具有了相关性，使处理问题差分观测值间具有了相关性，使处理问题复杂化复杂化w某些参数无法求出某些参数无法求出 -某些信息在差分观测值