[科普中国]-静态定位

简介

静态定位包括三种类型：①绝对静态定位，系以确定单点的三维地心坐标为目的；②相对静态定位，是将两台或两台以上的GPS接收机安置在几个固定测站上进行同步观测，以求取测站点间基线向量；③快速静态定位，是基于整周模糊度快速逼近技术，依靠计算方法的改进和相应的软件实现快速定位。通常用双频接收机只需同步观测5～10分钟，单频接收机亦仅需15分钟左右。

静态定位和动态定位如果待测点相对于其周围的固定点没有位置变化，或者虽然有可察觉到的运动，但这种运动相当缓慢，以致于在一次观测期间(一般为数小时至若干天)无法被察觉到，而只有在两次观测之间(一般为几个月至几年)，这些相对运动才反映出来，从而使得在每次进行GPS观测资料的处理时，待测点在协议地球坐标系中的位量可以认为是固定不变的(静态)。确定这些待测点的位量称为静态定位。

如果待测点相对于其周围的固定点，在一次观测期间有可察觉到的运动或明显的运动，确定这些动态待测点的位置称为动态定位。

严格说来，静态定位和动态定位的根本区别并不在于待测点是否处于运动状态，而在于建立数学模型中待测点的位置是否可看成常数。也就是说，在观测期间待测点的位移量和允许的定位误差相比是否显著，能否忽略不计。由于进行静态定位时，待测点的位置可视为固定不动，因而就有可能通过大量的重复观测来提高定位精度。

静态定位在大地测量、精密工积测量、地球动力学及地震监测等领域内有着广泛的应用。随着解算整周模糊度的快速算法的出现，静态定位的作业时间可大为缩短，因而在国防精密定位领域(比如飞机起飞前或火箭升空前的初始给定等)也有广泛的应用前景。

绝对静态定位绝对定位（单点定位）是在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置。

绝对定位的基本原理是以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离（或距离差）观测量为基础，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。GPS绝对定位方法的实质是测量学中的空间距离后方交会。原则上观测站位于以3颗卫星为球心，相应距离为半径的球与观测站所在平面交线的交点上。

绝对定位可根据天线所处的状态分为动态绝对定位和静态绝对定位。无论动态还是静态，绝对定位所依据的观测量都是所测的站星伪距。

绝对静态定位是接收机保持静止。因此，一个测站点上可以获得连续多个历元的观测值。随着观测历元的增加，每个历元可是卫星的数量可能发生变化，解算系数矩阵的构成可以有所不同。静态绝对定位可以根据伪距观测量或载波相位观测量来进行。

相对静态定位相对定位也可称为差分GPS定位。这种定位方法．采用两台GPS接收机分别安置在基线两端．同步观测相同的GPS卫星，两测站同步采集的GPS观测数据．经过处理，以确定基线两瑞点在地球系中的相对位置或基线向量。相对定位方法一般可以推广到多台GPS接收机安置在若干条基线的端点，通过同步观测相同的GPS卫星，以确定多条基线向量。

在单点(绝对)定位的情况下，是用一台GPS接收机观测GPS卫星以求得单个测站在协议地球系下对于地心的绝对坐标；而相对定位则与绝对定位不同，不仅需要采用多台GP5接收机，最根木的不同在于相对定位的结果是各同步跟踪站之间的基线向量。因此，需要给出多个观测站中至少一个观测站的坐标值作为基准，去求解出其他各站点的坐标值。

在相对定位中，两个或多个观测站，同步跟踪同一组卫星(共视卫星)的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差，它们对于有关观测值的影响相同或者相近，利用这种相关性，可按测站、卫星、历元3种要素来求差。从而可使在相位差分值中，大大地削弱有关误差的影响。差分观测值作为相位观测位的线性函数，具有多种组合形式。按求差次数的多少，可分为单差、双差和三次差。

GPS相对定位，是目前GPS定位中小精度最好的一种定位方法。静态相对定位试验证明，静态相对定价对于300km以内的站间距离（l）能够达到±（5mm+1*10-8l）的精度，三维位置精度能够达到±3cm，它们的重复测量精度亦为1*10-8量级。因此，相对定位广泛地应用于大地测量，精密工程测量，地球动力学系统和精密导航。

静态相对定位，般均采用载波相位观测值(或测相伪距)为基本观测量。在载波相位观测的数据处理中，为了可靠地确定载波相位的整周模糊度，静态相对定位一般需要较长的观测时间(例如1.0~3.0h)。因此，如何缩短观测时间，以提高作业效率，便成为广大GPS用户普遍关注的问题。与快速静态相对定位法相对应，上述方法一般被称为经典静态定位法。

快速静态定位定义对于相距不超过20km的两个点进行GPS相对定位，通常需要1小时左右的同步观测，方可准确确定载波相位的初始整周未知数，推算出站际坐标差向量。这种经典的GPS定位技术称为静态定位。借助于接收机技术或处二模型的改进，如果能将获得合格成果的连续同步观测时间缩短到一二分钟至若干分钟，这时为了区分于经典的静态定位，称为快速静态定位。快速静态定位的本质仍为静态定位，是静态定位在特定条件下的作业模式。

作业方法以WILD 200 GPS 测量系统为例,这组条件为：①边长不超过20km；②同时能跟踪观测到5颗以上GPS卫星；③卫星的几何图形强度因子GDOP不大于8。

由于测定每一个未知点所需的时间大幅度缩短了，因而可使GPS定位技术广泛应用于建立局部地区的工程控制网或图根控制网，井直接测定各种工程施工点的点位和从事各种线路测量，其成果精度和作业效率已明显优于传统测量方法。因此，快速静态定位的普及势必加速传统测绘产业的技术改造2。即使边长为几百米的图根测量，采用快速静态定位时，迁站时间、设站时间将明显超过观测作业时间。如果沿用静态定位所惯用的调度方式，难免出现窝工现象，并无法保证严格的同步观测，影响生产效率的充分发挥。为此，我们必须采用新的作业方式；将一台接收机安置在已知的固定点上进行不间断的观测，在快速静态定位中称为临时基准站；让另一台接收机依次到各待定点上开机观测，每当取得足够的观测数据后立即关机迁往新站作业，称为流动站。流动站的作业顺序和时间不受严格的调度命令的约束，但始终能与基准站保持严格的同步观测。

与此同时，200测量系统借助于动态杆及简易支架来缩短设站的时间和减轻流动站的外业装备，从而使一个作业员操作便可进行一个测区的快速静态定位作业。当测区较大时，前一个子区中任意一个用快速静态定位方法测定的新点均可充当下一个子区的基准点，通过有限个子区的观测作业和整体平差处理，便可取得整个测区的定位结果2。