《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(cè)速原理和定時(shí)原理。②理解主動(dòng)式測(cè)距和被動(dòng)式測(cè)距、偽距及測(cè)定與計(jì)算、動(dòng)態(tài)定位的特點(diǎn)。③掌握GPS定位、靜態(tài)定位、動(dòng)態(tài)定位、單點(diǎn)定位、相對(duì)定位等的基本概念和載波相位測(cè)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(cè)量原理第四節(jié)GPS動(dòng)態(tài)定位原理第一節(jié)GPS定位概述一、靜態(tài)定位與動(dòng)態(tài)定位二、單點(diǎn)定位和相對(duì)定位三、主動(dòng)式測(cè)距和被動(dòng)式測(cè)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(dòng)態(tài)”的控制點(diǎn)，在已知其瞬時(shí)坐標(biāo)的條件下，進(jìn)行空間距離后方交會(huì)，確定用

2、戶接收機(jī)天線所處的位置。GPS定位方法分類(lèi)：按接收機(jī)天線所處的狀態(tài)不同（1）靜態(tài)定位（2）動(dòng)態(tài)定位按參考點(diǎn)位置的不同（1）單點(diǎn)定位（2）相對(duì)定位。一、靜態(tài)定位與動(dòng)態(tài)定位1.靜態(tài)定位GPS接收機(jī)在進(jìn)行定位時(shí)，待定點(diǎn)的位置相對(duì)其周?chē)狞c(diǎn)位沒(méi)有發(fā)生變化，其天線位置處于固定不動(dòng)的靜止?fàn)顟B(tài)。所謂固定點(diǎn)，就是說(shuō)如果待定點(diǎn)相對(duì)于周?chē)墓潭c(diǎn)沒(méi)有可覺(jué)察到的運(yùn)動(dòng)，或者雖有可覺(jué)察到的運(yùn)動(dòng)，但由于這種運(yùn)動(dòng)是如此緩慢以致在一次觀測(cè)期間（一般為數(shù)小時(shí)至若干天）無(wú)法被覺(jué)察到，而只有在兩次觀測(cè)之間（一般為幾個(gè)月至幾年）這些運(yùn)動(dòng)才能被反映出來(lái)，因而每次進(jìn)行GPS觀

3、測(cè)資料的處理時(shí)，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(dòng)的。靜態(tài)定位的典型例子：測(cè)定板塊運(yùn)動(dòng)以及監(jiān)測(cè)地殼形變。靜態(tài)定位在大地測(cè)量、精密工程測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)及地震監(jiān)測(cè)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(shí)間可大為減少，因而在普通測(cè)量和一般工程測(cè)量等領(lǐng)域內(nèi)也將得到廣泛應(yīng)用。2.動(dòng)態(tài)定位在定位過(guò)程中，接收機(jī)位于運(yùn)動(dòng)著的載體，天線也處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的定位。嚴(yán)格地說(shuō)，靜態(tài)定位和動(dòng)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(dòng)，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(shuō)

4、，在觀測(cè)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(jì)。由于進(jìn)行靜態(tài)定位時(shí)待定點(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。按照接收機(jī)載體的運(yùn)動(dòng)速度（1）低動(dòng)態(tài)（幾十米/秒）（2）中等動(dòng)態(tài)（幾百米/秒）（3）高動(dòng)態(tài)（幾千米/秒）靜態(tài)定位與動(dòng)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(cè)量、工程測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用，是精密定位中的基本模式。動(dòng)態(tài)定位可測(cè)定一個(gè)動(dòng)點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置、運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)。如速度、時(shí)間和方位等。二、單點(diǎn)定位與相對(duì)定位1.單點(diǎn)定位(絕對(duì)定位)獨(dú)立確定待定點(diǎn)在坐標(biāo)系中的絕對(duì)位

5、置的方法稱(chēng)為單點(diǎn)定位或絕對(duì)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(tái)接收機(jī)即可獨(dú)立定位；②外業(yè)觀測(cè)的組織和實(shí)施較為自由方便；③數(shù)據(jù)處理也較為簡(jiǎn)單。單點(diǎn)定位的缺點(diǎn)：?jiǎn)吸c(diǎn)定位的結(jié)果受衛(wèi)星星歷誤差和衛(wèi)星信號(hào)傳播過(guò)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(yú)及低精度測(cè)量等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景，在國(guó)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(hào)的若干臺(tái)接收機(jī)之間的相對(duì)位置的一種定位

6、方法。2.相對(duì)定位（差分定位）相對(duì)定位的優(yōu)點(diǎn)：精度很高。這是由于用同步觀測(cè)資料進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)，對(duì)于步測(cè)站來(lái)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(hào)在大氣中的傳播誤差等）在相對(duì)定位的過(guò)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(duì)位置。相對(duì)定位的缺點(diǎn)：①需用多臺(tái)（至少兩臺(tái)）接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)，若其中一臺(tái)接收機(jī)因故未能按預(yù)定計(jì)劃按時(shí)開(kāi)機(jī)觀測(cè)或在觀測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)故障，都將使得與該測(cè)站有關(guān)的相對(duì)定位工作無(wú)法進(jìn)行。所以，②相對(duì)定位中，外業(yè)觀測(cè)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(duì)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(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)后才能求出其余各點(diǎn)的坐標(biāo)。相對(duì)定位不僅可用于靜態(tài)定位，也可用于動(dòng)態(tài)定位。相對(duì)定位這種模式在大地測(cè)量、工程測(cè)量、地殼形變監(jiān)測(cè)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(dòng)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(tái)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(dòng)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(chǎng)中所有可見(jiàn)衛(wèi)星，以便與所有的流動(dòng)接收機(jī)均能實(shí)現(xiàn)同步觀測(cè)。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(cè)值的改正數(shù)（距離差分法）。通過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)和流動(dòng)用戶之間的數(shù)據(jù)鏈把這些改正數(shù)實(shí)時(shí)傳送給流動(dòng)用戶，以便用戶能對(duì)流動(dòng)接收機(jī)的定位結(jié)果（測(cè)站坐標(biāo)）或距離觀測(cè)值進(jìn)行改正，提高定位的精度和可靠性。在差分定