GPS伪距定位原理

1、GPSGPS原理与应用原理与应用第九次课第九次课The Principle of Pseudo Range PositioningThe Principle of Pseudo Range PositioningGPS主要内容主要内容相关知识的回顾相关知识的回顾ReviewReviewGPS定位的基本原理定位的基本原理( (理解理解) )Basic Principles of GPSBasic Principles of GPS PositioningPositioning伪距观测方程伪距观测方程( (重点重点) )The Pseudo Range Observation EquationsT

2、he Pseudo Range Observation Equations伪距观测方程的解伪距观测方程的解( (难点难点) )The Solution of Observation Equations The Solution of Observation Equations 卫星位置卫星位置卫星到测站的距离卫星到测站的距离一、相关知识的回顾一、相关知识的回顾( Review )（站星距离）（站星距离）开普勒轨道参数开普勒轨道参数卫星轨道形状卫星轨道形状ab远地点远地点p近地点近地点psVM222)(abae轨道的方位轨道的方位真近点角真近点角true anomaly 卫星轨道大小卫星轨道大小

3、椭圆长半径椭圆长半径a椭圆偏心率椭圆偏心率e真近点角真近点角V卫星在轨位置卫星在轨位置一、相关知识的回顾一、相关知识的回顾( Review )M春分点春分点升交点升交点S轨道面倾角轨道面倾角近地点角距近地点角距注：描述卫星无摄运注：描述卫星无摄运动的参数并非唯一动的参数并非唯一？升交点赤经升交点赤经方向方向和和位置位置轨道轨道一、相关知识的回顾一、相关知识的回顾( Review )近地点近地点MVV一、相关知识的回顾一、相关知识的回顾( Review )GPSGPS广播星历参数广播星历参数, ,X Y Z卫星位置主要内容主要内容相关知识的回顾相关知识的回顾ReviewReviewGPS定位的基

4、本原理定位的基本原理Basic Principles of GPSBasic Principles of GPS PositioningPositioning伪距定位观测方程伪距定位观测方程The Observation EquationsThe Observation Equations伪距定位观测方程的解伪距定位观测方程的解The Solution of Observation Equations The Solution of Observation Equations 二、二、GPS定位的基本原理定位的基本原理 Basic Principles of GPSBasic Principl

5、es of GPS PositioningPositioning 阈值阈值隐含条件：隐含条件：2221111SSSXXYYZZ2222222SSSXXYYZZ2223333SSSXXYYZZ222earthXYZRS1S2S3实质实质：空间距离后方交会空间距离后方交会 主要内容主要内容相关知识的回顾相关知识的回顾ReviewReviewGPS定位的基本原理定位的基本原理Basic Principles of GPSBasic Principles of GPS PositioningPositioning伪距定位观测方程伪距定位观测方程The Observation EquationsThe

6、Observation Equations伪距定位观测方程的解伪距定位观测方程的解The Solution of Observation Equations The Solution of Observation Equations Slide 10)(ta( )a tt时刻tt +t时刻)(ta)(tta三、伪距观测方程三、伪距观测方程 The Pseudo Range Observation EquationsThe Pseudo Range Observation Equationstc SSSTtttc 改正为标准改正为标准GPS时时RRRTtt(2)()()SRSRttTTc()SR

7、SRttTTccc ionV伪距：伪距：是真正的站星距离吗？是真正的站星距离吗？(3)(1)三、伪距观测方程三、伪距观测方程 The Pseudo Range Observation EquationsThe Pseudo Range Observation Equations改正为标准改正为标准GPS时时()SRTTc(4)接收机钟的钟面时接收机钟的钟面时卫星钟的钟面时卫星钟的钟面时电离层延迟改正电离层延迟改正tropV对流层延迟改正对流层延迟改正()SRttcGPSGPS卫星轨道卫星轨道电离层对流层501000 2000020000kmkmkmkmGPSGPS卫星与大气层的卫星与大气层的位

8、置关系位置关系三、伪距观测方程三、伪距观测方程 The Pseudo Range Observation EquationsThe Pseudo Range Observation EquationsionV几何距离：几何距离：()SRTTctropV说明说明影响影响GPSGPS信号传播信号传播的大气层主要是从的大气层主要是从地表向上地表向上10001000公里公里的部分的部分(5)(6)(7)SRtiontroptccVV 222()()()RiiiiiSSStXXYYZZcS 伪距观测方程：伪距观测方程：已知量已知量已知量已知量已知量已知量未知量未知量222()()()SSSXXYYZZS

9、RiontropttccVV 三、伪距观测方程三、伪距观测方程 The Pseudo Range Observation EquationsThe Pseudo Range Observation Equations已知量已知量已知量已知量已知量已知量未知量未知量222()()()SSSXXYYZZSRiontropttccVV 三、伪距观测方程三、伪距观测方程 The Pseudo Range Observation EquationsThe Pseudo Range Observation Equations利用利用GPS进行伪距定位，为什么必须进行伪距定位，为什么必须同步同步观测观测至少

10、4颗颗卫星？卫星？采用采用1颗卫星颗卫星4个历元或者两颗卫星各两个个历元或者两颗卫星各两个 历元的数据也可以列出历元的数据也可以列出4个方程，这样个方程，这样 能正确解算出测站的位置吗？能正确解算出测站的位置吗？ 几点说明几点说明 1 1、若要精确测定信号的传播延迟量，必须考虑钟差的影响。、若要精确测定信号的传播延迟量，必须考虑钟差的影响。 配备石英钟配备石英钟 配备原子钟配备原子钟2 2、参考信号与接收信号的对齐精度直接影响时间延迟测量的、参考信号与接收信号的对齐精度直接影响时间延迟测量的 准确程度。准确程度。对齐精度对齐精度三、伪距观测方程三、伪距观测方程 The Pseudo Range

11、 Observation EquationsThe Pseudo Range Observation Equations主要内容主要内容相关知识的回顾相关知识的回顾ReviewReviewGPS定位的基本原理定位的基本原理Basic Principles of GPSBasic Principles of GPS PositioningPositioning伪距定位观测方程伪距定位观测方程The Observation EquationsThe Observation Equations伪距定位观测方程的解伪距定位观测方程的解The Solution of Observation Equati

12、ons The Solution of Observation Equations 四、伪距观测方程的解四、伪距观测方程的解 The Solution of Observation Equations The Solution of Observation Equations 0000000RiiiiiissstiiiXXYYZZxyzcS (8)0222000()()()iiiisssXXYYZZ(9)0Riiiiiitl xm yn zcS (10)111111022222200111RnnnnnntxlmnSylmnSzclmnSilimin222()()()RiiiiiSSStXXYY

13、ZZcS (7)11111110222222200111RnnnnnntnxVlmnSyVlmnSzcVlmnSVBXL000()()()TTTXYZXYZxyz(11)(12)1TTXB PBB PL(13)TTB PBXB PL四、伪距观测方程的解四、伪距观测方程的解 The Solution of Observation Equations The Solution of Observation Equations 1、首次线性化时测站的近似坐标的确定、首次线性化时测站的近似坐标的确定强调的问题：强调的问题：2、迭代计算、迭代计算021XX032XX01kkXX 阈值阈值 1kkXX四、

14、伪距观测方程的解四、伪距观测方程的解 The Solution of Observation Equations The Solution of Observation Equations 伪距定位原理是伪距定位原理是GPSGPS原理与应用原理与应用的核心内容，主要介绍了的核心内容，主要介绍了GPSGPS定位的基定位的基本原理、伪距定位观测方程的建立和伪本原理、伪距定位观测方程的建立和伪距定位观测方程的解。距定位观测方程的解。小结小结SummaryGPS 定位的基本原理定位的基本原理空间距离后方交会空间距离后方交会 伪距观测方程的建立与解算伪距观测方程的建立与解算必须同步观测至少必须同步观测至少4