GIS及GPS导论_第六章

1、第六章第六章 GPSGPS定位原理及方法定位原理及方法6.1 GPS的兴起及特点1957年10月，第一颗人造卫星上天，空间科学开辟新纪元。1964年美国“海军导航卫星系统(NNSS)”建成，初露锋芒。1973年美国“授时与测距导航系统/全球定位系统(Global Positioning SystemGPS)始建GPS:高精度的、连续、实时、三维的卫星导航系统。系统特征 NNSS GPS 载波频率(GHz) 0.15 0.45 1.23 1.56卫星平均高度(Km) 约 1000 约20200卫星数目(颗) 5-6 24(21+3) 卫星运行周期(min) 107 718 卫星钟稳定度 10-1

2、1 10-12GPS相对于其他导航系统的特点全球地面覆盖，NUM=4功能多，精度高。三维位置，三位速度，时间信息。实时定位。应用广泛。采用的测距码 P码(精码) C/A码(粗码)单点定位(m) 510 2040差分定位(m) 1 35测 速(m/s) 0.1 0.3测 时(ns) 100 500GPS相对于经典测量的技术特点观测点之间不需要通视(净空)定位精度高，基线越长，定位精度越高观测时间短，长基线1-3小时，短基线数分钟提供三维坐标操作简便，携带方便全天候作业6.2 GPS的组成概况：6条轨道，夹角60度，同一轨道4颗； 同轨相邻卫星位相差90度，不同轨 相邻卫星位相差30度。 卫星：高

3、度20200Km,倾角55度； 原子钟，微机，电文存贮，信号设备； 太阳能。卫星载波卫星载波：原始波fL1=1575.42MHz,BL1=19cm fL2=1227.60MHz,BL2=24cm 扩频，加密 伪随机码伪随机码：10.230MHz(29.3m)(P码，精码）30米 1.023MHz(293m)(C/A码,粗码）300米 GPS的组成：空间星座地面监控站1.用户接收设备GPS的组成： 空间星座 地面监控站 用户接收设备一个主控站（美国科罗拉多州） 三个注入站（大西洋、印度洋、太平洋） 五个监测站（+夏威夷群岛）监测站的作用：无人监守的GPS卫星跟踪站，站坐标精确定位。 双频GPS接

4、收机伪距测量 气象元素传感器温度、气压、湿度大气延迟主控站：处理观测数据 计算卫星轨道及卫星钟改正参数 推出未来26小时的卫星轨道和卫星钟参数 编制导航电文注入站：向卫星发送导航电文卫星：向用户发送导航电波和导航电文：接收导航电文。天线，原子钟，微芯，软件距离交会法6.3 GPS定位原理获取定位信号计算距离D=V*T建立方程组求知三维坐标用第四颗卫星校正6.4 GPS的限制性政策及用户措施一、针对不同用户提供不同的服务方式 精密定位服务(Precise Positioning Service-PPS) （1）提供P码，C/A码，消除SA的密钥。 ( 2) 利用两种载波测距，消除电离层的折射。

5、( 3) 单点精度510m 仅供美国军方使用 标准定位服务(Standard Positioning Service-SPS) (1) 仅能利用L1载波，无法利用双频技术。 (2) 只能利用L1上的C/A码 (3) 单点精度20m40m 民用 二、实施可选择性政策(Selective Availability-SA) (1) epsla 技术：干扰卫星星历数据 (2) delta 技术：对定位信号用高频抖动信号干扰 单点精度：100m(H) 150m(V)非特许非特许GPS用户对美国限制性政策的措施用户对美国限制性政策的措施1、建立独立的GPS测轨系统，精度可达分米级2、建立独立的卫星定位系统

6、u 俄罗斯的全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System-GLONASS）:平面精度100m, 速度精度 15cm/s,时间1um。u 欧洲空间局（ESA）的欧洲导航卫星系统（European Satellite System,ENSS),伽利略计划。u 中国的“北斗一号”，二维，有源定位系统，定位精度 20100m,双向定位精度100ns.3、开发GPS和GLONASS兼容机增加卫星数目，改善卫星分布结构。4、 研究和开发差分GPS技术（Differential GPS） 应用测距码进行实施相对定位的技术。 广域差分网根据差分GPS基准站发送的信息方

7、式可将差分GPS定位分为三类:位置差分伪距差分 相位差分这3类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站基准站发送改正数，由用户站用户站接收并对其测量结果进行改正测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。差分GPS定位原理 差分GPS定位原理. 位置差分原理位置差分原理 -伪距差分伪距差分这是一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。 安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标

8、是不一样的， 存在误差。基准站利用数据链将此改正数发送出去，由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正。 最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、 SA影响、大气影响等，提高了定位精度。以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。 位置差分法适用于用户与基准站间距离在100km以内的情况。是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。 与伪距差分原理相同，由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。用户站接收GPS卫星的载波相位 与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进

9、行实时处理，能实时给出厘米级的定位结果。 实现载波相位差分GPS的方法分为两类：修正法和差分法。前者与伪距差分相同，基准站将载波相位修正量发送给用户站，以改正其载波相位，然后求解坐标。后者将基准站采集的载波相位发送给 用户台进行求差解算坐标。前者为准RTK技术，后者为真正的RTK技术。 差分GPS定位原理 . 载波相位差分技术又称为载波相位差分技术又称为RTK技术（技术（real time kinematic导航型GPS15m-5m测量型GPS10mm相对定位静态相对测量：将几台GPS接收机放置在基线端点上，固定不动，同时观测4个以上卫星。 观测数个时段，每时段10几分钟到一小时。最后将结果在计算机中解算。用途：精度最高的作业模式。主要用于大地测量、变形观测、工程测量。精度：3mm+1ppm动态相对测量：先建立一个基准站，放置一个GPS,连续观测可见卫星。 另一个GPS接收机则在其他地方观测数据，数秒后即可记录数据，最后输入计算机中解算数据。要求：距离15km以内；用途：精度不好的碎部测量。精度：10mm+1ppm相对定位RTK(real-time kinematic)原理与动态定位方法相同，但是增加了通信设备和计