GPS定位方法

GPS定位方法按待定点的状态不同可分为静态定位和动态定位；按定位模式不同可分为绝对定位、相对定位和差分定位。 4.3.1静态定位和动态定位

所谓静态定位，就是在进行GPS定位时，认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是保持不变的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由几分钟、几小时甚至数十小时不等。

静态定位是待定点相对于周围固定点无相对运动的GPS定位方法，通过大量的重复观测，高精度测定GPS信号传播时间，根据已知GPS 卫星瞬间位置，准确确定接收机的三维坐标。静态定位多余观测量大、可靠性强、定位精度高，是测量工程中精密定位的基本方法。 所谓动态定位，就是在进行GPS定位时，认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是变化的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个随时间的改变而改变的量。动态定位又分为Kinematic和Dynamic两类。动态定位是待定点相对于周围固定点显著运动（相对于地球运动）的GPS定位方法，以车辆、舰船、飞机和航天器为载体，实时测定GPS信号接收机的瞬间位置。它发展速度最快，应用较广，尤其是实时动态（RTK）测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术相结合的一种新的定位方法。基本做法是在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将观测数据通过无线电传输设备，实时发送给动态用户观测站，从而可实时高精度地解算用户站的三维坐标。从动态定位的精度来看，可分20m左右的低精度，5m左右的中等精度，0.5m左右的高精度定位。

在测得运动载体的实时位置的同时，测得运动载体的速度、时间和方位等状态参数，进而引导运动载体驶向预定的后续位置，称之为导航。导航是一种广义的动态定位。 4.3.2绝对定位和相对定位

绝对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式，它所确定的是接收机天线的绝对坐标。 绝对定位又称单点定位，在一个待定点上，用一台接收机独立跟踪GPS卫星，测定待定点（天线）的绝对坐标。其优点是作业方式简单，可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。但由于受卫星星历误差、大气延迟误差等影响，定位精度较低，一般为25m~30m。单点定位一般用于船舶、飞机、勘探、海洋作业等方面。

图5—4 GPS单点定位

相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用用两台或两台以上的接收机，同步跟踪相

同的卫星信号，以确定接收机天线间的相对位置（三维坐标或基线向量）的方法。只要给出一个测点的坐标值，其余各测点的坐标即可求得。由于各台接收机同步观测相同卫星，这样卫星钟的钟误差、卫星星历误差、大气延迟误差几乎相同，解算各测点坐标时可有效消除或大幅度削弱，从而有较高的定位精度。相对定位一般采用载波相位测量，相对精度可达（5mm），一般在大地测量、精密工程测量等领域有广泛的应用。

图5-5 GPS相对定位

4.3.3差分定位

差分定位是在已知三维坐标的基准站上设置GPS接收机，求出观测值的校正值，并将校正值通过无线电通讯实时发送给各待测点上，对其接收机的观测值进行修正来提高实时定位精度的一种方法。它采用的是单点定位模型，但同时需要多台接受机，在基准站和流动站之间进行同步观测，利用误差的相关性来提高定位精度。所以差分定位同时具有单点定位和相对定位特性的定位模式。

GPS动态差分实时定位系统由三部分组成： 基准站：在已知三维坐标的测站点上安置GPS接收机，接收卫星定位信息，并实时提供差分修正信息。

流动站：GPS接收机随待测点流动，接收卫星定位信息，并实时接收基准站输来的修正信息进行实时定位。 无线电通讯链：将基准站差分修正信息传输到流动站。 GPS动态差分实时定位方法主要有三种： 1． 位置差分

将基准站上GPS接收机单点定位得到的坐标值，与已知坐标值求差作为差分修正值，要求基准站接收机收到的卫星完全与流动站接收机接收的卫星相一致，其定位精度可达5m~10m。 2． 伪距差分

利用基准站已知坐标值和卫星星历求得的伪距值，与GPS接收机测得的伪距值求差作为差分修正值。由于伪距差分修正值是分别对每颗卫星进行修正，因此基准站与流动站接收机接收的卫星不完全一致也可以进行差分修正，所以只要有四颗相同卫星即可，其定位精度取决于差分卫星个数和卫星空中分布状况，精度可达3m~10m。 3． 载波相位差分

将载波相位观测值（或星间相位差）通过数据链传到流动站，然后由流动站（GPS接收机）进行载波相位定位，其定位精度可达厘米级。

4.3.4 RTK实时定位技术

根据获取定位结果的时间分为实时定位和非实时定位。实时定位：实时定位是根据接收机观测到的数据，实时地解算出接收机天线所在的位置。非实时定位：非实时定位又称后处理定位，它是通过对接收机接收到的数据进行后处理以进行定位得方法。

RTK是英文Real Time Kinematics(实时动态)快速定位的缩写。其特点是以载波相位为观测值的实时动态差分GPS定位系统，其平面精度为±(1～10)cm，高程定位精度为±(10～30)cm。实现GPS RTK测量的关键技术之一是初始整周模糊度的快速解算。目前常用的方法有：

静态相对定位法，即按静态或快速静态相对定位法定位。静态相对定位法需要连续观测半小时以上，快速静态定位法需要连续观测5分钟左右，按三差法求得差分坐标，再根据双差法求得整周模糊度之差。

已知基线法，在精确已知WGS—84坐标系中坐标两已知点观测10个历元，依差分坐标按双差方程求得整周模糊度之差。

交换天线法，在处理方法进行改进，如加测天线之间距离，使初始解算增加一个约束条件，从而更加精确、快速、可靠地解算整周模糊度。

OTF法，即on the fly，即运动中解算整周模糊度，即在移动站运动状态通过观测至少5个历元，按一定算法求出整周模糊度之差。

以上四种方法中，前三种方法在运动过程中出现周跳时均需要返回原初始化地点，重新初始化以解求整周模糊度，第四种方法已有多种算法，是一种有前途方法，但对单频机而言，实现起来尚有许多困难。实际应用中，还可以利用以上方法组合，如交换天线与加测天线之距离组合快速解算整周模糊度，失锁后利用失锁前后一个未失锁前观测点解算整周模糊度之差，从而实现在失锁地附近重新初始化。