直角坐标系变为大地坐标系,可由下述方法求得
φ由叠代法获得
φ
c为地心纬度, e
p为椭圆率
可设初始值φ=φ
c 进行叠代,直到|φ
i=1-φ
i| 小于某一门限为止。
这两种坐标系在定位系统中经常交叉使用,必须熟悉两种坐标系之间的转换关系。
2 GPS定位中主要误差及消除算法
GPS定位中的主要误差有:星钟误差,相对论误差,地球自转误差,电离层和对流层误差。
1)星钟误差
星钟误差是由于星上时钟和GPS标准时之间的误差形成的,GPS测量以精密测时为依据,星钟误差时间上可达1ms,造成的距离偏差可达到300Km,必须加以消除。一般用二项式表示星钟误差。
(3)
GPS星历中通过发送二项式的系数来达到修正的目的。经此修正以后,星钟和GPS标准时之间的误差可以控制在20ns之内。
2)相对论误差
由相对论理论,在地面上具有频率 的时钟安装在以速度 运行的卫星上以后,时钟频率将会发生变化,改变量为:
即卫星上时钟比地面上要慢,要修正此误差,可采用系数改进的方法。GPS星历中广播了此系数用以消除相对论误差,可以将相对论误差控制在70ns以内。
3)地球自转误差
GPS定位采用的是与地球固连的协议地球坐标系,随地球一起绕z轴自转。卫星相对于协议地球系的位置(坐标值),是相对历元而言的。若发射信号的某一瞬间,卫星处于协议坐标系中的某个位置,当地面接收机接收到卫星信号时,由于地球的自转,卫星已不在发射瞬时的位置〔坐标值)处了。也就是说,为求解接收机接收卫星信号时刻在协议坐标系中的位置,必须以该时刻的坐标系作为求解的参考坐标系。而求解卫星位置时所使用的时刻为卫星发射信号的时刻。这样,必须把该时刻求解的卫星位置转化到参考坐标系中的位置。
设地球自转角速度为 w
e,发射信号瞬时到接收信号瞬时的信号传播延时为△t ,则在此时间过程中升交点经度调整为
则三维坐标调整为
(4)
地球自转引起的定位误差在米级,精密定位时必须考虑加以消除。
4)电离层和对流层误差
电离层是指地球上空距地面高度在50-1000km 之间的大气层。电离层中的气体分子由于受到太阳等天体各种射线辐射,产生强烈的电离,形成大量的自由电子和正离子。
电离层误差主要有电离层折射误差和电离层延迟误差组成。其引起的误差垂直方向可以达到50米左右,水平方向可以达到150米左右。目前,还无法用一个严格的数学模型来描述电子密度的大小和变化规律,因此,消除电离层误差采用电离层改正模型或双频观测加以修正。
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