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1、,GPS伪距单点定位,目录,CONTENTS,3,整体综述,RINEX文件读取（导航和观测文件）,坐标转换和时间转换,4,卫星数据,RINEX(Receiver Independent Exchange fromat，与接收机无关的交换格式)是一种GPS测量应用中普遍采用的数据格式。一般来说，GPS接收机传输到电脑上的数据是以二进制文件的形式进行存储，此方法有存储效率高，各类信息全的优点。但是，不同厂商或不同型号接收机数据格式不同，无法相互识别。RINEX格式文件就是这样的背景下，为方便进行各类GPS二进制数据间的转换和传输而产生的。RINEX从开始的1.0，到2.0，最新的版本是RINEX
2、3.01。下面介绍的内容主要介绍RINEX第二版,RINEX由来,5,卫星数据,在RINEX 格式的第2 版中定义了6 种不同类型的数据文件, 它们分别是： 1、观测值文件(O文件，存放GNSS观测值)； 2、导航电文文件(N文件， 存放GNSS卫星导航电文)； 3、气象数据文件(M文件，存放在测站处所测定的气象数据)； 4、GLONASS导航电文文件(G文件，存放GLONASS卫星导航电文)； 5、GEO 导航电文文件(H文件，存放在增强系统中搭载有类GPS信182号发生器的地球同步卫星(GEO)的导航电文)； 6、卫星和接收机钟文件(C文件，存放卫星和接收机时钟信息)；比较常见的是O、N、
3、M三种文件，O、N两种文件在进行数据处理分析时通常是必须的。,文件类型,6,卫星数据,RINEX文件有严格的文件结构和格式。分为两个部分，文件头（HEADER）和数据记录。每行不得超过80个字符，前60个字符为实际内容，后20个为内容标签。1.GPS导航电文文件（N文件） 接收机锁定卫星并解出C/A码后，就能取得广播星历，即卫星坐标计算参数，在实时GPS应用中，它是必不可少的，大部分的工程网观测数据的后处理也采用广播星历。 RINEX 2格式的广播星历文件如表1-1所示。2. 观测文件（O文件） 接收机测得的相位和伪距观测值均记录在观测文件中，如表1-3所示。,文件结构,7,卫星数据,图1-1
4、 RINEX 格式观测值文件的结构,8,卫星数据,表1-1 RINEX 2格式的广播星历文件,RINEX版本号,指本文件类型为广播星历,每8行表示一颗卫星的广播星历，第一行的第1个数字是卫星的PRN号码(伪随机编号)。对应量的含义如表1-2,表1-2 RINEX 2格式广播星历数据含义,9,导航数据,上表中的前几行为表头，表头中的第6080个字符是相应行的说明，如第一行的“2”是RINEX版本号，“NAVIGATION DATA”是指本文件类型为广播星历；第二行是生成该文件的单位、执行人、及文件形成日期。表头以“END OF HEADER”表示结束，表头结束有时也用空行表示。表头中注解为“IO
5、N ALPHA”和“ION BETA”的两行指相应的参数是电离层改正参数(采用差分模型相对定位时，该参数无用)，注解为“LEAP SECONDS”的行给出了GPST与UTC之间的跳秒数，在表头结束前可插入无限多的注解行，注解行的说明为“COMMENT”。 表头结束后，每8行表示一颗卫星的广播星历，第一行的第1个数字是卫星的PRN号码(伪随机编号)。,10,11,导航数据,12,导航数据,采用的是上海跟踪站（shao）2011年7月20号7：59的数据，其中有172个广播星历。,13,观测数据,表1-3 RINEX 2格式的观测数据文件,14,观测数据,15,观测数据,16,观测数据,采用的是上
6、海跟踪站（shao）2011年7月20号7：59的数据，有2880个历元的观测数据。,17,站心坐标系,站心坐标系是以测站为原点的坐标系，站心坐标系指用户所在位置点P为坐标原点，三个坐标轴分别指向相互垂直的东向、北向和天向，因而站心坐标系又称东北天（ENU）坐标系。 站心坐标系的一个重要应用在于计算卫星在用户处的观测矢量和仰角。如图，用户位置点P在地心地固坐标系中的坐标为（x,y,z），卫星坐标为。,18,站心坐标系,等效表达在以P点为原点的站心坐标系中的向量为：,有了在用户处的卫星观测矢量，就可以接着计算出卫星相对于用户的方位角和仰角：,19,站心坐标系,20,地心坐标系（大地坐标系）,空间
7、大地坐标系是采用大地经度（L）、大地纬度(B)和大地高(H)来描述空间位置的。1.纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角.2.经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角，3.大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离,21,地心坐标系,空间直角坐标系向空间大地坐标系的转换公式为：WGS84坐标系的参数： 已知量：a,f 可以求解出b与e 长半轴：a=6378137 WGS84椭球扁率：f=1/298.257223563 椭球扁率f=（a-b）/a 椭球第一曲率半径（或叫偏心率）：e*e=（a*a-b*b）/a*a第二曲率半径：e2*e2=（a*a-
8、b*b）/b*b,22,地心坐标系,23,GPS时与民用时间转换,GPST与UTC的关系：相同点: 都属于原子时.不同点: 协调时在年末可能通过跳秒来保持与世界时接近,而为了保持导航的连续性,GPST不能跳秒.,GPST的表述形式：GPS周+GPS周内秒GPS周: 从1980年1月6日0时起起算的星期数.GPS周内秒: 为周内累计的秒数,取值在0到604800之间.,24,JD与MJD,儒略日（JD）定义:从公元前4712年1月1日12时开始计算的天数.示例:1982年1月1日0时的儒略日为2444970.52007年10月26日9时30分的儒略日为2454399.896,MJD（简化儒略日）
9、是采用1958年11月17日平子夜(JD=2400000.5)作为计时起点的一种连续计时法.MJD=JD-2400000.5,25,UTC到GPST的转换,运行:,时间零点定义的为：1980年1月5日夜晚与1980年1月6日凌晨之间0点。,26,卡尔曼滤波,卡尔曼滤波的基本思想,27,卡尔曼滤波,例子：假设我们要研究一个房间的温度，以一分钟为时间单位。根据我们的经验判断，这个房间的温度是恒定的，但是对我们的经验不是完全相信，可能存在上下几度的偏差，我们把该偏差看做是高斯白噪声。另外，我们在房间里放一个温度计，温度计也不准确，测量值会与实际值存在偏差，我们也把这偏差看做是高斯白噪声。现在，我们要
10、根据我们的经验温度和温度计的测量值及它们各自的噪声来估算出房间的实际温度。,28,卡尔曼滤波,假如我们要估算 k 时刻的实际温度值。首先你要根据 k-1 时刻的温度值，来预测 k 时刻的温度（K时刻的经验温度）。因为你相信温度是恒定的，所以你会得到 k 时刻的温度预测值是跟 k-1 时刻一样的，假设是 23 度（*公式一），同时该值（预测值）的高斯噪声的偏差是 5 度（5 是这样得到的：如果 k-1 时刻估算出的最优温度值的偏差是 3，你对自己预测的不确定度是 4 度，他们平方相加再开方，就是 5（*公式二） 。然后，你从温度计那里得到了 k时刻的温度值，假设是25 度，同时该值的偏差是 4
11、度。,29,卡尔曼滤波,现在，我们用于估算K时刻房间的实际温度有两个温度值：估计值23度和测量值25度。究竟实际温度是多少呢？是相信自己还是相信温度计？究竟相信谁多一点？我们需要用他们的均方误差来判断。因为， （*公式三），所以我们可以估算出K时刻的最优温度值为： 度（*公式四）。得到了K时刻的最优温度，下一步就是对K+1时刻的温度值进行最优估算，需要得到K时刻的最优温度（24.56）的偏差，算法如下： （*公式五）就这样，卡尔曼滤波器就不断的把均方误差递归，从而估算出最优的温度值，运行速度快，且只保留上一时刻的协方差。,30,卡尔曼滤波,（1）状态的一步预测方程：,（2）均方误差的一步预测：,（3）滤波增益方程（权重）：,（4）滤波估计方程（K时刻的最优值）：,（5）均方误差更新矩阵（K时刻的最优均方误差）：,31,卡尔曼滤波,32,卡尔曼滤波,33,卡尔曼滤波,利用卡尔曼滤波算法对三差观测值进行粗差及周跳的修复。实验结果证明卡尔曼滤波可以对含噪信号进行有效的降噪，经降噪后的信号具有更好的分布。,THANKS,恳请老师点评,
