[科普中國(guó)]-靜態(tài)定位

簡(jiǎn)介

靜態(tài)定位包括三種類型：①絕對(duì)靜態(tài)定位，系以確定單點(diǎn)的三維地心坐標(biāo)為目的；②相對(duì)靜態(tài)定位，是將兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的GPS接收機(jī)安置在幾個(gè)固定測(cè)站上進(jìn)行同步觀測(cè)，以求取測(cè)站點(diǎn)間基線向量；③快速靜態(tài)定位，是基于整周模糊度快速逼近技術(shù)，依靠計(jì)算方法的改進(jìn)和相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)快速定位。通常用雙頻接收機(jī)只需同步觀測(cè)5～10分鐘，單頻接收機(jī)亦僅需15分鐘左右。

靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位如果待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于其周圍的固定點(diǎn)沒(méi)有位置變化，或者雖然有可察覺(jué)到的運(yùn)動(dòng)，但這種運(yùn)動(dòng)相當(dāng)緩慢，以致于在一次觀測(cè)期間(一般為數(shù)小時(shí)至若干天)無(wú)法被察覺(jué)到，而只有在兩次觀測(cè)之間(一般為幾個(gè)月至幾年)，這些相對(duì)運(yùn)動(dòng)才反映出來(lái)，從而使得在每次進(jìn)行GPS觀測(cè)資料的處理時(shí)，待測(cè)點(diǎn)在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的位量可以認(rèn)為是固定不變的(靜態(tài))。確定這些待測(cè)點(diǎn)的位量稱為靜態(tài)定位。

如果待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于其周圍的固定點(diǎn)，在一次觀測(cè)期間有可察覺(jué)到的運(yùn)動(dòng)或明顯的運(yùn)動(dòng)，確定這些動(dòng)態(tài)待測(cè)點(diǎn)的位置稱為動(dòng)態(tài)定位。

嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位的根本區(qū)別并不在于待測(cè)點(diǎn)是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而在于建立數(shù)學(xué)模型中待測(cè)點(diǎn)的位置是否可看成常數(shù)。也就是說(shuō)，在觀測(cè)期間待測(cè)點(diǎn)的位移量和允許的定位誤差相比是否顯著，能否忽略不計(jì)。由于進(jìn)行靜態(tài)定位時(shí)，待測(cè)點(diǎn)的位置可視為固定不動(dòng)，因而就有可能通過(guò)大量的重復(fù)觀測(cè)來(lái)提高定位精度。

靜態(tài)定位在大地測(cè)量、精密工積測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)及地震監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用。隨著解算整周模糊度的快速算法的出現(xiàn)，靜態(tài)定位的作業(yè)時(shí)間可大為縮短，因而在國(guó)防精密定位領(lǐng)域(比如飛機(jī)起飛前或火箭升空前的初始給定等)也有廣泛的應(yīng)用前景。

絕對(duì)靜態(tài)定位絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）是在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站相對(duì)地球質(zhì)心的位置。

絕對(duì)定位的基本原理是以GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線之間的距離（或距離差）觀測(cè)量為基礎(chǔ)，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，來(lái)確定接收機(jī)天線所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位，即觀測(cè)站的位置。GPS絕對(duì)定位方法的實(shí)質(zhì)是測(cè)量學(xué)中的空間距離后方交會(huì)。原則上觀測(cè)站位于以3顆衛(wèi)星為球心，相應(yīng)距離為半徑的球與觀測(cè)站所在平面交線的交點(diǎn)上。

絕對(duì)定位可根據(jù)天線所處的狀態(tài)分為動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位和靜態(tài)絕對(duì)定位。無(wú)論動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)，絕對(duì)定位所依據(jù)的觀測(cè)量都是所測(cè)的站星偽距。

絕對(duì)靜態(tài)定位是接收機(jī)保持靜止。因此，一個(gè)測(cè)站點(diǎn)上可以獲得連續(xù)多個(gè)歷元的觀測(cè)值。隨著觀測(cè)歷元的增加，每個(gè)歷元可是衛(wèi)星的數(shù)量可能發(fā)生變化，解算系數(shù)矩陣的構(gòu)成可以有所不同。靜態(tài)絕對(duì)定位可以根據(jù)偽距觀測(cè)量或載波相位觀測(cè)量來(lái)進(jìn)行。

相對(duì)靜態(tài)定位相對(duì)定位也可稱為差分GPS定位。這種定位方法．采用兩臺(tái)GPS接收機(jī)分別安置在基線兩端．同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，兩測(cè)站同步采集的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)．經(jīng)過(guò)處理，以確定基線兩瑞點(diǎn)在地球系中的相對(duì)位置或基線向量。相對(duì)定位方法一般可以推廣到多臺(tái)GPS接收機(jī)安置在若干條基線的端點(diǎn)，通過(guò)同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，以確定多條基線向量。

在單點(diǎn)(絕對(duì))定位的情況下，是用一臺(tái)GPS接收機(jī)觀測(cè)GPS衛(wèi)星以求得單個(gè)測(cè)站在協(xié)議地球系下對(duì)于地心的絕對(duì)坐標(biāo)；而相對(duì)定位則與絕對(duì)定位不同，不僅需要采用多臺(tái)GP5接收機(jī)，最根木的不同在于相對(duì)定位的結(jié)果是各同步跟蹤站之間的基線向量。因此，需要給出多個(gè)觀測(cè)站中至少一個(gè)觀測(cè)站的坐標(biāo)值作為基準(zhǔn)，去求解出其他各站點(diǎn)的坐標(biāo)值。

在相對(duì)定位中，兩個(gè)或多個(gè)觀測(cè)站，同步跟蹤同一組衛(wèi)星(共視衛(wèi)星)的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層的折射誤差，它們對(duì)于有關(guān)觀測(cè)值的影響相同或者相近，利用這種相關(guān)性，可按測(cè)站、衛(wèi)星、歷元3種要素來(lái)求差。從而可使在相位差分值中，大大地削弱有關(guān)誤差的影響。差分觀測(cè)值作為相位觀測(cè)位的線性函數(shù)，具有多種組合形式。按求差次數(shù)的多少，可分為單差、雙差和三次差。

GPS相對(duì)定位，是目前GPS定位中小精度最好的一種定位方法。靜態(tài)相對(duì)定位試驗(yàn)證明，靜態(tài)相對(duì)定價(jià)對(duì)于300km以內(nèi)的站間距離（l）能夠達(dá)到±（5mm+1*10-8l）的精度，三維位置精度能夠達(dá)到±3cm，它們的重復(fù)測(cè)量精度亦為1*10-8量級(jí)。因此，相對(duì)定位廣泛地應(yīng)用于大地測(cè)量，精密工程測(cè)量，地球動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)和精密導(dǎo)航。

靜態(tài)相對(duì)定位，般均采用載波相位觀測(cè)值(或測(cè)相偽距)為基本觀測(cè)量。在載波相位觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理中，為了可靠地確定載波相位的整周模糊度，靜態(tài)相對(duì)定位一般需要較長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間(例如1.0~3.0h)。因此，如何縮短觀測(cè)時(shí)間，以提高作業(yè)效率，便成為廣大GPS用戶普遍關(guān)注的問(wèn)題。與快速靜態(tài)相對(duì)定位法相對(duì)應(yīng)，上述方法一般被稱為經(jīng)典靜態(tài)定位法。

快速靜態(tài)定位定義對(duì)于相距不超過(guò)20km的兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行GPS相對(duì)定位，通常需要1小時(shí)左右的同步觀測(cè)，方可準(zhǔn)確確定載波相位的初始整周未知數(shù)，推算出站際坐標(biāo)差向量。這種經(jīng)典的GPS定位技術(shù)稱為靜態(tài)定位。借助于接收機(jī)技術(shù)或處二模型的改進(jìn)，如果能將獲得合格成果的連續(xù)同步觀測(cè)時(shí)間縮短到一二分鐘至若干分鐘，這時(shí)為了區(qū)分于經(jīng)典的靜態(tài)定位，稱為快速靜態(tài)定位?？焖凫o態(tài)定位的本質(zhì)仍為靜態(tài)定位，是靜態(tài)定位在特定條件下的作業(yè)模式。

作業(yè)方法以WILD 200 GPS 測(cè)量系統(tǒng)為例,這組條件為：①邊長(zhǎng)不超過(guò)20km；②同時(shí)能跟蹤觀測(cè)到5顆以上GPS衛(wèi)星；③衛(wèi)星的幾何圖形強(qiáng)度因子GDOP不大于8。

由于測(cè)定每一個(gè)未知點(diǎn)所需的時(shí)間大幅度縮短了，因而可使GPS定位技術(shù)廣泛應(yīng)用于建立局部地區(qū)的工程控制網(wǎng)或圖根控制網(wǎng)，井直接測(cè)定各種工程施工點(diǎn)的點(diǎn)位和從事各種線路測(cè)量，其成果精度和作業(yè)效率已明顯優(yōu)于傳統(tǒng)測(cè)量方法。因此，快速靜態(tài)定位的普及勢(shì)必加速傳統(tǒng)測(cè)繪產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造2。即使邊長(zhǎng)為幾百米的圖根測(cè)量，采用快速靜態(tài)定位時(shí)，遷站時(shí)間、設(shè)站時(shí)間將明顯超過(guò)觀測(cè)作業(yè)時(shí)間。如果沿用靜態(tài)定位所慣用的調(diào)度方式，難免出現(xiàn)窩工現(xiàn)象，并無(wú)法保證嚴(yán)格的同步觀測(cè)，影響生產(chǎn)效率的充分發(fā)揮。為此，我們必須采用新的作業(yè)方式；將一臺(tái)接收機(jī)安置在已知的固定點(diǎn)上進(jìn)行不間斷的觀測(cè)，在快速靜態(tài)定位中稱為臨時(shí)基準(zhǔn)站；讓另一臺(tái)接收機(jī)依次到各待定點(diǎn)上開(kāi)機(jī)觀測(cè)，每當(dāng)取得足夠的觀測(cè)數(shù)據(jù)后立即關(guān)機(jī)遷往新站作業(yè)，稱為流動(dòng)站。流動(dòng)站的作業(yè)順序和時(shí)間不受嚴(yán)格的調(diào)度命令的約束，但始終能與基準(zhǔn)站保持嚴(yán)格的同步觀測(cè)。

與此同時(shí)，200測(cè)量系統(tǒng)借助于動(dòng)態(tài)桿及簡(jiǎn)易支架來(lái)縮短設(shè)站的時(shí)間和減輕流動(dòng)站的外業(yè)裝備，從而使一個(gè)作業(yè)員操作便可進(jìn)行一個(gè)測(cè)區(qū)的快速靜態(tài)定位作業(yè)。當(dāng)測(cè)區(qū)較大時(shí)，前一個(gè)子區(qū)中任意一個(gè)用快速靜態(tài)定位方法測(cè)定的新點(diǎn)均可充當(dāng)下一個(gè)子區(qū)的基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)有限個(gè)子區(qū)的觀測(cè)作業(yè)和整體平差處理，便可取得整個(gè)測(cè)區(qū)的定位結(jié)果2。