单差双差三差 2分解.docx

单差双差三差 2分解.docx

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单差双差三差2分解

1.  静态相对定位中，在卫星之间求一次差可有效消除或削弱的误差项为：

A

A.卫星钟差

B.电离层延迟误差

C.星历误差

D.接收机钟差

2.  什么是单差、双差和三差，它们各有什么特点？

答：

将直接观测值相减，所获得的结果被当做虚拟观测值，称为载波相位观测值的单差。

包括在卫星间求一次差，在接收机间求一次差，在不同历元间求一次差三种求差法。

在载波相位测量的一次求差基础上继续求差所获得的结果被当成虚拟观测值，称为双差。

常见的二次求差也有三种：

在接收机和卫星间求二次差；在接收机和历元间求二次差；在卫星和历元间求二次差。

二次差仍可继续求差，称为求三次差。

只有一种三次差，即在卫星、接收机和历元间求三次差。

   考虑到GPS定位的误差源，实际上广为采用的求差法有三种：

在接收机间求一次差，在接收机和卫星间求二次差，在卫星、接收机和历元间求三次差。

他们各自的特点分别是：

 1）在接收机间求一次差：

可以消除卫星钟差；接收机钟差参数数量减少，但并不能消除接收机钟差；卫星星历误差、电离层误差、对流层延迟等的影响也可得以减弱。

 2）在接收机和卫星间求二次差：

卫星钟差被消去；接收机相对钟差也被消去；在每个历元中双差观测方程的数量均比单差观测方程少一个；参数较少用一般的计算机就可胜任数据处理工作。

 3）在卫星、接收机和历元间求三次差：

在二次差的基础上进一步消去了整周模糊度参数，但这并没有多少实际意义；三差解是一种浮点解；三差方程的几何强度较差。

一般在GPS测量中广泛采用双差固定解而不采用三差解，通常仅被当做较好的初始值，或用于解决整周跳变的探测与修复、整周模糊度的确定等问题。

3.为什么在一般的GPS定位中广泛采用双差观测值？

答:

由于双差观测存在以下的优点:

消去了卫星钟差；接收机相对钟差也被消去；在每个历元中双差观测方程的数量均比单差观测方程少一个；参数大大减少,用一般的计算机就可胜任数据处理工作。

4.为什么在静态相对定位载波测量中广泛采用求差法？

答:

在载波测量中,多余参数的数量往往非常多，这样数据处理的工作量十分庞大，对计算机及作业人员的素质也会提出较高的要求。

此外，未知参数过多使得解的稳定性减弱。

而通过观测值相减即求差法可消除多余观测数，从而大大降低了工作量。

5.什么是宽巷观测值？

如何利用宽巷观测值？

答:

宽巷观测值

为两个不同频率的载波（L1,L2）相位观测值间的一种线性组合，即

。

其对应的频率为

，对应的波长为

，对应的整周模糊度为

。

由于宽巷观测值的波长达86cm，利用它可以很容易准确确定其整周模糊度，进而准确确定N1和N2。

GPS误差

GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传送来的信息，计算同一时刻地面接收设备到多颗卫星之间的伪距离，采用空间距离后方交会方法，来确定地面点的三维坐标。

因此，对于GPS卫星、卫星信号传播过程和地面接收设备都会对GPS测量产生误差。

主要误差来源可分为：

与GPS卫星有关的误差；与信号传播有关的误差；与接收设备有关的误差

与卫星有关的误差

（1）卫星星历误差

卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的,所以又称为卫星轨道误差。

它是一种起始数据误差,其大小取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。

星历误差是GPS测量的重要误差来源.

（2）卫星钟差

卫星钟差是指GPS卫星时钟与GPS标准时间的差别。

为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的原子钟，但它们与GPS标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms～0.1ms以内，由此引起的等效误差将达到300km～30km。

这是一个系统误差必须加于修正。

（3）SA干扰误差

SA误差是美国军方为了限制非特许用户利用GPS进行高精度点定位而采用的降低系统精度的政策，简称SA政策，它包括降低广播星历精度的ε技术和在卫星基本频率上附加一随机抖动的δ技术。

实施SA技术后，SA误差已经成为影响GPS定位误差的最主要因素。

虽然美国在2000年5月1日取消了SA，但是战时或必要时，美国可能恢复或采用类似的干扰技术。

（SA技术其主要内容是:

1.在广播星历中有意地加入误差,使定位中的已知点（卫星）的位置精度大为降低;2.有意地在卫星钟的钟频信号中加入误差,使钟的频率产生快慢变化,导致测距精度大为降低.）

（4）相对论效应的影响

这是由于卫星钟和接收机所处的状态（运动速度和重力位）不同引起的卫星钟和接收机钟之间的相对误差。

编辑本段与传播途径有关的误差

（1）电离层折射

在地球上空距地面50～100km之间的电离层中,气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离,形成大量的自由电子和正离子。

当GPS信号通过电离层时,与其他电磁波一样,信号的路径要发生弯曲,传播速度也会发生变化,从而使测量的距离发生偏差,这种影响称为电离层折射。

对于电离层折射可用3种方法来减弱它的影响:

①利用双频观测值,利用不同频率的观测值组合来对电离层的延尺进行改正。

②利用电离层模型加以改正。

③利用同步观测值求差,这种方法对于短基线的效果尤为明显。

（2）对流层折射

对流层的高度为40km以下的大气底层,其大气密度比电离层更大,大气状态也更复杂。

对流层与地面接触并从地面得到辐射热能,其温度随高度的增加而降低。

GPS信号通过对流层时,也使传播的路径发生弯曲,从而使测量距离产生偏差,这种现象称为对流层折射。

减弱对流层折射的影响主要有3种措施:

①采用对流层模型加以改正,其气象参数在测站直接测定。

②引入描述对流层影响的附加待估参数,在数据处理中一并求得。

③利用同步观测量求差。

（3）多路径效应

测站周围的反射物所反射的卫星信号（反射波）进入接收机天线,将和直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉,从而使观测值偏离,产生所谓的“多路径误差”。

这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。

减弱多路径误差的方法主要有:

①选择合适的站址。

测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中,应离开高层建筑物。

②选择较好的接收机天线,在天线中设置径板,抑制极化特性不同的反射信号

编辑本段与GPS接收机有关的误差

（1）接收机钟差

GPS接收机一般采用高精度的石英钟,接收机的钟面时与GPS标准时之间的差异称为接收机钟差。

把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数,并认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的,在数据处理中与观测站的位置参数一并求解，可减弱接收机钟差的影响。

（2）接收机的位置误差

接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差,叫接收机位置误差。

其中包括天线置平和对中误差,量取天线高误差。

在精密定位时,要仔细操作,来尽量减少这种误差影响。

在变形监测中,应采用有强制对中装置的观测墩。

相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化,这种差别叫天线相位中心的位置偏差。

这种偏差的影响可达数毫米至厘米。

而如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。

在实际工作中若使用同一类天线,在相距不远的两个或多个测站同步观测同一组卫星,可通过观测值求差来减弱相位偏移的影响。

但这时各测站的天线均应按天线附有的方位标进行定向,使之根据罗盘指向磁北极。

（3）接收机天线相位中心偏差

在GPS测量时,观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准的,而天线的相位中心与其几何中心,在理论上应保持一致。

但是观测时天线的相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化,这种差别叫天线相位中心的位置偏差。

这种偏差的影响可达数毫米至厘米。

而如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。

编辑本段差分GPS（DGPS）原理

根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类，即：

位置差分、伪距差分和相位差分。

这三类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。

所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。

编辑本段位置差分原理

这是一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。

安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。

由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在误差。

基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正。

最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、SA影响、大气影响等，提高了定位精度。

以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。

位置差分法适用于用户与基准站间距离在100km以内的情况。

编辑本段伪距差分原理

伪距差分是目前用途最广的一种技术。

几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。

国际海事无线电委员会推荐的RTCMSC-104也采用了这种技术。

在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较。

利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差。

然后将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。

最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置，就可消去公共误差，提高定位精度。

与位置差分相似，伪距差分能将两站公共误差抵消，但随着用户到基准站距离的增加又出现了系统误差，这种误差用任何差分法都是不能消除的。

用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。

编辑本段载波相位差分原理

测地型接收机利用GPS卫星载波相位进行的静态基线测量获得了很高的精度（10-6～10-8）。

但为了可靠地求解出相位模糊度，要求静止观测一两个小时或更长时间。

这样就限制了在工程作业中的应用。

于是探求快速测量的方法应运而生。

例如，采用整周模糊度快速逼近技术（FARA）使基线观测时间缩短到5分钟，采用准动态（stopandgo），往返重复设站（re-occupation）和动态（kinematic）来提高GPS作业效率。

这些技术的应用对推动精密GPS测量起了促进作用。

但是，上述这些作业方式都是事后进行数据处理，不能实时提交成果和实时评定成果质量，很难避免出现事后检查不合格造成的返工现象。

差分GPS的出现，能实时给定载体的位置，精度为米级，满足了引航、水下测量等工程的要求。

位置差分、伪距差分、伪距差分相位平滑等技术已成功地用于各种作业中。

随之而来的是更加精密的测量技术—载波相位差分技术。

载波相位差分技术又称为RTK技术（realtimekinematic），是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。

它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。

与伪距差分原理相同，由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。

用户站接收GPS卫星的载波相位与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理，能实时给出厘米级的定位结果。

实现载波相位差分GPS的方法分为两类：

修正法和差分法。

前者与伪距差分相同，基准站将载波相位修正量发送给用户站，以改正其载波相位，然后求解坐标。

后者将基准站采集的载波相位发送给用户台进行求差解算坐标。

前者为准RTK技术，后者为真正的RTK技术。

RTK和在此基础上发展的VRS在有效范围内都能达到厘米级的定位精度。

要确知卫星所处的准确位置。

首先，要通过深思熟虑，优化设计卫星运行轨道，而且，要由监测站通过各种手段，连续不断监测卫星的运行状态，适时发送控制指令，使卫星保持在正确的运行轨道。

将正确的运行轨迹编成星历，注入卫星，且经由卫星发送给GPS接收机。

正确接收每个卫星的星历，就可确知卫星的准确位置。

这个问题解决了，接下来就要解决准确测定地球上某用户至卫星的距离。

卫星是远在地球上层空间，又是处在运动之中，我们不可能象在地上量东西那样用尺子来量，那么又是如何来做的呢？

如何测定卫星至用户的距离

编辑本段GPS的6种误差

GPS导航定位包括下列六种误差:

　.

星历误差—予报的卫星位置的误差;　.

卫星钟差—予报的卫星钟差,包括SA;　

电离层误差—由于电离层效应引起的观测值的误差;　

对流层误差—由于对流层效应引起的观测值的误差;　

多径误差—由于反射信号进入接收机天线引起的观测值的误差;　

接收机误差—由于热噪声、软件和各通道之间的偏差引起的观测值误差。

1．目前正在运行的全球卫星导航定位系统有美国的（GPS）和俄罗斯的（GLONASS）。

我国的第一代卫星导航定位系统称为（北斗卫星导航定位系统），欧盟计划组建的卫星导航定位系统称为（GALILEO）。

2．GPS卫星系统由空间部分、（地面控制部分）和（用户部分）三部分组成。

3．按用途将GPS接收机分为（导航型接收机）、（测地型接收机）和（授时型接收机）三种。

4．根据测距的原理，可将GPS定位的方法分为（伪距法定位）、载波相位测量定位和（差分GPS定位）三种。

5．GPS卫星发送的信号是由载波、（测距码）和（导航电文）三部分组成的。

6．广域差分可纠正的误差种类包括（星历误差）、（大气延时误差）和（卫星钟差误差）。

7．单站差分GPS按基准站发送的信息方式来分，可分为（位置差分）、（伪距差分）和相位差分。

8．GPS测量中，减弱电离层影响的措施包括（利用双频观测）、（利用电离层改正模型）和利用同步观测求差。

9．GPS测量中，与卫星有关的误差包括（卫星星历误差）和（卫星钟的钟误差）和（相对论效应）。

10．多路径误差的大小取决于（间接波的强弱）和（用户接收天线抗御间接波的能力）。

1.GPS全球定位系统具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时功能。

能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。

2..在定位工作中，可能由于卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫整周跳变。

3.按照GPS系统的设计方案，GPS定位系统应包括空间卫星部分、地面监控部分和用户接收部分。

4..在接收机和卫星间求二次差，可消去两测站接收机的相对钟差改正。

在实践中应用甚广。

5..根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接四种基本方式。

选择什么方式组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。

6.我国目前常用的两个国家大地坐标系是（1954年北京坐标系）和（1980年国家大地坐标系）。

7.北斗导航定位系统的空间部分由（两颗地球静止同步卫星）和（颗在轨道备份卫星）组成。

8.GPS使用L波段的两种载波波长分别是（19cm）和（24cm）。

（只保留整数部分）

9..（基准）和（坐标系）两方面要素构成了完整的坐标参考系统

10.测距方法分为（双程测距）和（单程测距）。

11.（C/A）码目前只被调制在L1上。

12.回避法所针对的误差源（电磁波干扰）和（多路径效应）

13.卫星钟差消除方法（使用卫星钟差改正模型

14.GPS卫星位置采用（WGS-84）大地坐标系。

15.GPS卫星星历分为（预报星历）和（后处理星历）。

16.GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取（空间距离后方交会）的方法，确定待定点的空间位置。

17.GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取空间距离后方交会的方法，确定待定点的空间位置。

18.我国自行建立第一代卫星导航定位系统北斗导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统，它由两颗工作卫星和一颗备份星组成了完整的卫星导航定位系统。

3、由于地球内部和外部的动力学因素，地球极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象叫极移。

随时间而变化的极点叫瞬时极，某一时期瞬时极的平均位置叫平地级，简称平极。

4、动态定位是用GPS信号实时地测得运动载体的位置。

按照接收机载体的运行速度，又将动态定位分成低动态、中等动态、高动态三种形式。

5、单点定位就是独立确定待定点在坐标系统中的绝对位置，其定位结果属于WGS-84坐标系统。

6、在进行GPS测量时，观测量中存在着系统误差和偶然误差。

其中系统误差影响尤其显著。

7、利用双频技术可以消除或减弱电离层折射对观测量的影响，基线长度不受限制，所以定位精度和作业效率较高。

2、在使用GPS软件进行平差计算时，需要选择横轴墨卡托投影投影方式。

3、在定位工作中，可能由于卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象叫。

4、双频接收机可以同时接收L1和L2信号，利用双频技术可以消除或减弱对观测量的影响，所以定位精度较高，基线长度不受电离层折限制，所以作业效率较高。

5、PDOP代表空间位置图形强度因子。

6、从误差来源分析，GPS测量误差大体上可分为以下三类和与GPS卫星有关的误差、与卫星信号传播有关的误差，与接收机有关的误差）7、利用GPS进行定位有多种方式，如果就用户接收机天线所处的状态而言，定位方式分为定位和定位；若按参考点的不同位置，又可分为定位定位。

（静态，动态，单点，相对）8、GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取的方法，确定待定点的空间位置。

10、GPS外业实施包括GPS点的选埋，观测，数据传输，数据预处理等工作。

四、名词解释（每题4分，共20分）1．整周计数：

载波相位测量的实际观测值为，由两部分组成。

其中的值为接收机计数器自动记录的载波相位测量的整波段数，称为整周计数。

2．单点定位：

利用卫星星历及一台GPS接收机的观测值来独立确定该接收机在地球坐标系中绝对坐标的方法。

3．物理同步误差：

卫星钟钟面时与标准GPS时之间的差异。

4．相对论效应：

GPS测量中由于卫星钟和接收机钟在惯性空间钟的运动速度不同以及所处位置引力位的不同而引起的测量误差。

5．SA：

美国政府为了限制非特许用户利用GPS的定位精度的一种政策。

包括ε及δ技术。

前者是在广播星历中人为加入误差，以降低卫星星历的精度；后者是在卫星钟频中引入快速抖动。

6．卫星星历误差：

由卫星星历给出的卫星轨道与卫星实际轨道之差。

7、接收通道：

跟踪、量测、处理卫星信号的设备，由无线电元器件、数字电路等硬件和常用软件组成，一个接收通道在同一时间内只能接收一个卫星信号，据工作方式不同，可分为序贯通道、多路复用通道、多通道等。

8、导航电文：

由卫星向用户发送的有关卫星的位置、工作状态、卫星钟差及电离层延迟参数等信息的一组二进制代码，也称数据码。

9、重建载波：

由于载波上已用二进制相位调制法调制了测距码和导航电文，故接收到的卫星信号的相位也不连续，所以在进行载波相位测量前，必须设法将调制信号去掉，恢复载波，此项工作称重建载波，一般可采用码相关法、平方法等方法进行。

10、相对论效应：

由于卫星钟和接收机钟所处的重力位不同，运动速度不同而导致钟的误差，前者为广义相对论效应，后者为狭义相对论效应，对GPS卫星而言，其综合影响平均为4.45×10－10�6�1f，可在生产原子钟时调低其频率的方法来解决，其变化部分需用公式加以改正。

11、广域差分GPS：

在相当大的区域中均匀布设少量GPS基准站，各基准站均将观测值送往数据处理中心以便卫星星历误差、卫星钟将、电离层延迟模型等分离出来，并播发给用户的差分GPS系统称广域差分GPS。

12、天线平均相位中心偏差：

天线对中是以其几何中心为准的，而不以平均相位中心为准，两者之差称天线平均相位中心偏差，一般可采用归心改正法或相对定位时天线统一指北的方法等消除其影响。

13、GPS相对定位是至少用两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。

14、同步观测环三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。

15、后处理星历三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。

16、静态定位如果在定位时，接收机的天线在跟踪GPS卫星过程中，位置处于固定不动的静止状态，这种定位方式称为静态定位。

相对定位确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法，称为相对定位。

17、虚拟参考站系统VRS：

各基准站不直接向移动用户发送DGPS数据，而是将其发送到控制中心，后者依据用户的实时请求，经过选择和计算，向用户发送DGPS数据18、GPS网的图形设计：

根据对所布设的GPS网的精度要求和其它方面的要求，设计出由独立GPS边构成的多边形网（或称为环形网）19.GPS卫星的导航电文答：

GPS卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。

它主要包括：

卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕捉P码的信息。

20．极移答：

地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称极移21、Z计数：

Z计数实际上就是一个时间计数，它以从每星期起始时刻开始播发的D码子帧数为单位，给出了一个子帧开始瞬间的GPS时间。

22.GPS卫星的导航电文GPS卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。

它主要包括：

卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕捉P码的信息。

广播星历：

答：

卫星将地面监测站注入的有关卫星运行轨道的信息，通过发射导航电文传递给用户，用户接收到这些信号进行解码即可获得所需要的卫星星历，这种星历就是广播星历。

23.伪距就是由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量侧距离。

由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟，量侧距离的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，称量侧距离的伪距。

24周跳（整周跳变）在GPS定位工作中，由于某种原因，如卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象称为周跳。

25.GPS全球定位系统答：

GPS全球定位系统是一个空基全天候导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间获取一个通用参照系中的位置，速度和时间信息的要求。

26．星历误差答：

实际上就是卫星位置的确定误差。

星历误差是一种起始数据误差，其大小主要取决于卫星跟踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。

27．SA技术答：

其主要内容是：

（1）在广播星历中有意地加入误差，使定位中的已知点（卫星）的位置精度大为降低；

（2）有意地在卫星钟的钟频信号中加入误差，使钟的频率产生快慢变化，导致测距精度大为降低。

28．伪距答：

GPS定位采用的是被动式单程测距。

它的信号发射时刻是卫星钟确定的，收到时刻则是由接收机钟确定的，这就在测定的卫星至接收机的距离中，不可避免地包含着两台钟不同步的误差影响，所以称其为伪距。

三、问答题（40分）1．什么叫差分定位技术答：

将一台GPS接收机到安置在基准站上进行观测。

根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离的改正数，并有基准站实时的将这一个改正数发送出去。

用户接收机在进行GPS观测的同时也接收到基准站的该正数，并对其定位结