GPS原理-第五章 GPS衛(wèi)星定位基本原理.ppt

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1、第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理GPS定位的方法與觀測量1GPS的基本定位原理：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動速度和時間信息。2GPS定位的方法絕對定位（單點(diǎn)定位）在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測站相對地球質(zhì)心的位置（認(rèn)為參考點(diǎn)與地球質(zhì)心相重合）相對定位在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測站與某一地面參考點(diǎn)之間的相對位置按參考點(diǎn)的位置不同分類3GPS定位的方法按接收機(jī)在作業(yè)中所處的狀態(tài)靜態(tài)定位在定位的過程中，接收機(jī)的位置是固定不動的。動態(tài)定位在定位的過程中天線處于運(yùn)動狀態(tài)4GPS定

2、位的方法獲得定位結(jié)果的時效事后定位實(shí)時定位觀測值類型偽距測量載波相位測量5GPS觀測量根據(jù)碼相位觀測得出的偽距根據(jù)載波相位觀測得出的偽距由積分多普勒計算得出的偽距差由干涉法測量得出的時間延遲。6GPS定位的基本原理需解決的兩個關(guān)鍵問題如何確定衛(wèi)星的位置如何測量出站星距離75.2偽距測量雙程測距用于電磁波測距儀單程測距用于GPS測距方法8碼相位觀測和載波相位測量碼相位觀測：測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號（C/A碼或P碼），到達(dá)用戶接收天線的傳播時間，因此這種方法，也稱為時間延遲測量。載波相位測量：是測量接收機(jī)接收到的，具有多普勒頻移的載波信號，與

3、接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差。是目前最精確的觀測方法。9為什么叫偽距全球定位系統(tǒng)采用單程測距原理，必須使衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步。在實(shí)踐中，不可避免的含有衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘非同步的影響，為了與幾何距離相區(qū)別，把這種含有鐘差影響的距離，通常稱為“偽距”。為簡述方便，碼相位觀測確定的距離，稱為測碼偽距；由載波相位觀測的偽距，稱為測相偽距。10測距碼C/A碼（測距時有模糊度）P碼11信號傳播時間測距碼測距原理①距離測定的基本思路信號（測距碼）傳播時間的測定信號傳播時間的測定12測距碼測距原理②利用測距碼測距的必要條件必須了解測距碼的結(jié)構(gòu)利用

4、測距碼進(jìn)行測距的優(yōu)點(diǎn)采用的是CDMA（碼分多址）技術(shù)易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號可提高測距精度便于對系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理（如AS）每顆GPS衛(wèi)星都采用特定的偽隨機(jī)噪聲碼微弱信號的捕獲13偽距測量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)無模糊度缺點(diǎn)精度低145.3載波相位測量載波相位測量155.3載波相位測量的基本原理理想情況實(shí)際情況16載波相位觀測值觀測值整周計數(shù)整周未知數(shù)（整周模糊度）載波相位觀測值17載波相位測量的關(guān)鍵技術(shù)--重建載波將非連續(xù)的載波信號恢復(fù)成連續(xù)的載波信號。載波調(diào)制了電文之后變成了非連續(xù)的波載波相位測量5.3載波相位測量18載波相位測量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)精度高，測距精度

5、可達(dá)0.1mm量級難點(diǎn)整周未知數(shù)問題整周跳變問題19載波相位測量的主要問題無法直接進(jìn)行測量衛(wèi)星載波信號在傳播路線上相位變化的整周數(shù)，因存在整周不確定性的問題。GPS衛(wèi)星測量受到阻擋、外界噪聲的干擾，還可能產(chǎn)生整周跳變現(xiàn)象。205.4絕對定位（單點(diǎn)定位）215.4絕對定位（單點(diǎn)定位）絕對定位：利用GPS確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84中的絕對位置?；驹恚菏且訥PS衛(wèi)星和用戶天線之間的距離（或距離差）觀測量為基礎(chǔ)，并根據(jù)已知衛(wèi)星的瞬時坐標(biāo)，來確定用戶接收機(jī)天線所對應(yīng)的點(diǎn)位。衛(wèi)星鐘差：可由導(dǎo)航電文給出。接收機(jī)鐘差：不能確定。因此在一個觀測站上，為

6、了實(shí)時求解四個位置參數(shù)（3個點(diǎn)坐標(biāo)分量和1個鐘差參數(shù)），至少需要四個同步偽距觀測值。225.4絕對定位（單點(diǎn)定位）特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：一臺接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測簡單，可瞬時定位缺點(diǎn)：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低應(yīng)用領(lǐng)域低精度導(dǎo)航、資源普查、軍事、...23單點(diǎn)定位的誤差源及應(yīng)對方法衛(wèi)星星歷精密星歷衛(wèi)星鐘差精密鐘差、地面跟蹤電離層延遲雙頻改正對流層延遲模型改正24精密單點(diǎn)定位精密單點(diǎn)定位PPP–PrecisePointPositioning特點(diǎn)主要觀測值為載波相位采用精密的衛(wèi)星軌道和鐘數(shù)據(jù)采用復(fù)雜的模型定位精度亞分米級用途全球高精度測量衛(wèi)星定軌25

7、觀測衛(wèi)星的幾何分布及其對絕對定位精度的影響單點(diǎn)定位的精度取決于：所測衛(wèi)星在空間的幾何分布，通常稱為衛(wèi)星分布的幾何圖形；觀測量的精度絕對定位的精度評價采用有關(guān)精度因子DOP（DilutionofPrecision).根據(jù)不同的要求，采用不同的精度評價模型和相應(yīng)的精度因子。通常有：平面位置精度因子HDOP（HorizontalDOP).高程精度因子VDOP（VerticalDOP)空間位置精度因子PDOP（PositionDOP)幾何精度因子GDOP（GeometricDOP)接收機(jī)鐘差精度因子TGOP（TimeDOP)2627美國政府的GPS政策

8、SPS與PPSSPS–標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)使用C/A碼，民用2DRMS水平=100m2DRMS垂直=150-170m2DRMS時間=340nsPPS–精密定位