《GPS衛(wèi)星定位原理》PPT課件

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1、第五章GPS衛(wèi)星定位的基本原理學(xué)習(xí)目標(biāo)：①了解GPS測速原理和定時原理。②理解主動式測距和被動式測距、偽距及測定與計算、動態(tài)定位的特點(diǎn)。③掌握GPS定位、靜態(tài)定位、動態(tài)定位、單點(diǎn)定位、相對定位等的基本概念和載波相位測量方法。主要內(nèi)容：第一節(jié)GPS定位概述第二節(jié)偽距法定位原理第三節(jié)載波相位的測量原理第四節(jié)GPS動態(tài)定位原理第一節(jié)GPS定位概述一、靜態(tài)定位與動態(tài)定位二、單點(diǎn)定位和相對定位三、主動式測距和被動式測距四、用GPS定位的基本方法GPS的定位實(shí)質(zhì)：把衛(wèi)星視為“動態(tài)”的控制點(diǎn)，在已知其瞬時坐標(biāo)的條件下，進(jìn)行空間距離后方交會，確定用

2、戶接收機(jī)天線所處的位置。GPS定位方法分類：按接收機(jī)天線所處的狀態(tài)不同（1）靜態(tài)定位（2）動態(tài)定位按參考點(diǎn)位置的不同（1）單點(diǎn)定位（2）相對定位。一、靜態(tài)定位與動態(tài)定位1.靜態(tài)定位GPS接收機(jī)在進(jìn)行定位時，待定點(diǎn)的位置相對其周圍的點(diǎn)位沒有發(fā)生變化，其天線位置處于固定不動的靜止?fàn)顟B(tài)。所謂固定點(diǎn)，就是說如果待定點(diǎn)相對于周圍的固定點(diǎn)沒有可覺察到的運(yùn)動，或者雖有可覺察到的運(yùn)動，但由于這種運(yùn)動是如此緩慢以致在一次觀測期間（一般為數(shù)小時至若干天）無法被覺察到，而只有在兩次觀測之間（一般為幾個月至幾年）這些運(yùn)動才能被反映出來，因而每次進(jìn)行GPS觀

3、測資料的處理時，待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中的位置都可以認(rèn)為是固定不動的。靜態(tài)定位的典型例子：測定板塊運(yùn)動以及監(jiān)測地殼形變。靜態(tài)定位在大地測量、精密工程測量、地球動力學(xué)及地震監(jiān)測等領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，是精密定位中的基本模式。隨著快速解算整周模糊度技術(shù)的出現(xiàn)，靜態(tài)定位的作業(yè)時間可大為減少，因而在普通測量和一般工程測量等領(lǐng)域內(nèi)也將得到廣泛應(yīng)用。2.動態(tài)定位在定位過程中，接收機(jī)位于運(yùn)動著的載體，天線也處于運(yùn)動狀態(tài)的定位。嚴(yán)格地說，靜態(tài)定位和動態(tài)定位的根本區(qū)別并不在于待定點(diǎn)本身是否在運(yùn)動，而在于建立數(shù)學(xué)模型中待定點(diǎn)的位置是否可看成常數(shù)。也就是說

4、，在觀測期間待定點(diǎn)的位置和允許的定位誤差相比是否顯著，能否忽略不計。由于進(jìn)行靜態(tài)定位時待定點(diǎn)的位置可視為固定不動，因而就有可能通過大量的重復(fù)觀測來提高定位精度。按照接收機(jī)載體的運(yùn)動速度（1）低動態(tài)（幾十米/秒）（2）中等動態(tài)（幾百米/秒）（3）高動態(tài)（幾千米/秒）靜態(tài)定位與動態(tài)定位的不同點(diǎn)靜態(tài)定位可靠性強(qiáng)，定位精度高，在大地測量、工程測量中得到了廣泛的應(yīng)用，是精密定位中的基本模式。動態(tài)定位可測定一個動點(diǎn)的實(shí)時位置、運(yùn)動載體的狀態(tài)參數(shù)。如速度、時間和方位等。二、單點(diǎn)定位與相對定位1.單點(diǎn)定位(絕對定位)獨(dú)立確定待定點(diǎn)在坐標(biāo)系中的絕對位

5、置的方法稱為單點(diǎn)定位或絕對定位。由于目前GPS系統(tǒng)采用WGS-84系統(tǒng)，因而單點(diǎn)定位的結(jié)果也屬于該坐標(biāo)系統(tǒng)。單點(diǎn)定位的優(yōu)點(diǎn)：①只需用一臺接收機(jī)即可獨(dú)立定位；②外業(yè)觀測的組織和實(shí)施較為自由方便；③數(shù)據(jù)處理也較為簡單。單點(diǎn)定位的缺點(diǎn)：單點(diǎn)定位的結(jié)果受衛(wèi)星星歷誤差和衛(wèi)星信號傳播過程中的大氣延遲誤差的影響比較顯著，所以定位精度較差。單點(diǎn)定位模式在船舶、飛機(jī)的導(dǎo)航、地質(zhì)礦產(chǎn)勘探、暗礁定位、建立浮標(biāo)、海洋捕魚及低精度測量等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景，在國防建設(shè)中也有重要的作用。確定同步跟蹤相同的GPS衛(wèi)星信號的若干臺接收機(jī)之間的相對位置的一種定位

6、方法。2.相對定位（差分定位）相對定位的優(yōu)點(diǎn)：精度很高。這是由于用同步觀測資料進(jìn)行相對定位時，對于步測站來講有許多誤差是相同的或大體相同的（如衛(wèi)星鐘的鐘誤差、衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星信號在大氣中的傳播誤差等）在相對定位的過程中這些誤差可得以消除或大幅度削弱，因而可獲得很高精度的相對位置。相對定位的缺點(diǎn)：①需用多臺（至少兩臺）接收機(jī)進(jìn)行同步觀測，若其中一臺接收機(jī)因故未能按預(yù)定計劃按時開機(jī)觀測或在觀測過程中出現(xiàn)故障，都將使得與該測站有關(guān)的相對定位工作無法進(jìn)行。所以，②相對定位中，外業(yè)觀測的組織和實(shí)施就較單點(diǎn)定位更為復(fù)雜；③數(shù)據(jù)處理更為麻煩。相

7、對定位的結(jié)果是各同步跟蹤站之間的基線向量（三維坐標(biāo)差）。因而至少需給出網(wǎng)中一個點(diǎn)的坐標(biāo)后才能求出其余各點(diǎn)的坐標(biāo)。相對定位不僅可用于靜態(tài)定位，也可用于動態(tài)定位。相對定位這種模式在大地測量、工程測量、地殼形變監(jiān)測等精密定位領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。在導(dǎo)航和動態(tài)定位中，為了提高精度經(jīng)常采用一種所謂“差分定位”的方法。其基本做法是：將一臺接收機(jī)安置在地面已知點(diǎn)上作為基準(zhǔn)點(diǎn)，其余接收機(jī)則分別安置在需要確定其位置的運(yùn)動載體上。安置在已知點(diǎn)上的靜止接收機(jī)最好能跟蹤視場中所有可見衛(wèi)星，以便與所有的流動接收機(jī)均能實(shí)現(xiàn)同步觀測。根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)的已知坐標(biāo)即可求

8、出定位結(jié)果的坐標(biāo)改正數(shù)（位置差分法）或距離觀測值的改正數(shù)（距離差分法）。通過基準(zhǔn)點(diǎn)和流動用戶之間的數(shù)據(jù)鏈把這些改正數(shù)實(shí)時傳送給流動用戶，以便用戶能對流動接收機(jī)的定位結(jié)果（測站坐標(biāo)）或距離觀測值進(jìn)行改正，提高定位的精度和可靠性。在差分定