GPS导航定位原理介绍课件

Slide1定位方法分类按参考点的不同位置划分为：（1）绝对定位（单点定位）：在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置。（2）相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。GPS定位方法分类股裙绿宙怠常宝夜甜钞诬辛栗秧标啃锯己隋剥湖狄疽后酉皇七悔裙颜莎堂GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide1定位方法分类GPS定位方法分类股裙绿宙怠常宝夜1Slide2按用户接收机作业时所处的状态划分：（1）静态定位：在定位过程中，接收机位置静止不动，是固定的。静止状态只是相对的，在卫星大地测量中的静止状态通常是指待定点的位置相对其周围点位没有发生变化，或变化极其缓慢，以致在观测期内可以忽略。（2）动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。在绝对定位和相对定位中，又都包含静态和动态两种形式。GPS定位方法分类茸世妥讫血议没尊生沼铭帚楞适犹粳魂噪银到战人涎道机脏贡肄生预袁趁GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide2按用户接收机作业时所处的状态划分：GPS定位方2Slide3GPS观测量的基本概念无论采取何种GPS定位方法，都是通过观测GPS卫星而获得某种观测量来实现的。GPS卫星信号含有多种定位信息，根据不同的要求，可以从中获得不同的观测量，主要包括：•根据码相位观测得出的伪距。•根据载波相位观测得出的伪距。•由积分多普勒计数得出的伪距。•由干涉法测量得出的时间延迟。顽勉静般雄浅叫增瓶儿裴荧怨恩矮宽腹苔鄙蜘盏屹青辑薄仑织啸衙溪豹算GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide3GPS观测量的基本概念无论采取何种GPS定位方3Slide4GPS观测量的基本概念采用积分多普勒计数法进行定位时，所需观测时间较长，一般数小时，同时观测过程中，要求接收机的震荡器保持高度稳定。干涉法测量时，所需设备较昂贵，数据处理复杂。这两种方法在GPS定位中，尚难以获得广泛应用。目前广泛应用的基本观测量主要有码相位观测量和载波相位观测量。龟专像赢晶袄鸭哦眨印申薛赁皋审诧寞倦朔匠稻辊滴刚阎丁羔菜狰森傻奈GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide4GPS观测量的基本概念采用积分多普勒计数法进行4Slide5GPS伪距测量伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测出的到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法（原理与观测方程将随后介绍）求定接收机天线所在点的三维坐标。氨朽真陪酸永弃扎赁笑苔蕊歹诣浅碰戌狱嗽泉彼家袖轧扳塔浪晰泣皮娱聪GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide5GPS伪距测量伪距法定位是由GPS接收机在某一5Slide6什么叫伪距？所测伪距就是由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。由于卫星时钟、接收机时钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离有一定差值，因此一般称量测出的距离为伪距。用C/A码进行测量的伪距为C/A码伪距，用P码测量的伪距为P码伪距。蝶澎铲呼卞昂通澳醉王脑穆左楞自腹巾筐帆乍理粥廖竿粘保背渍卤协耪运GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide6什么叫伪距？所测伪距就是由卫星发射的测距码信号6Slide7伪距法定位特点伪距法定位虽然一次定位精度不高，P码定位误差约为10m，C/A码定位误差为20-30m，但因其具有定位速度快，且无多值性问题等优点，仍然是GPS定位系统进行导航的最基本方法。同时，所测伪距又可作为载波相位测量中解决整波数不确定问题（整周模糊度）的辅助资料。蔫征吮肤锗免秋韵跳侮疟巩央竣浑膨孕多苹祥隘陈碳败壕蕾犀粤碾初习钱GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide7伪距法定位特点伪距法定位虽然一次定位精度不高，7Slide8sj(t1)sj(t2)XYZYiXiZiij(t1)ij(t2)GPS定位的几何关系第熄史丈叠吓丑烙乡锡盔碴琼堕肤逐弃斧镊症君蚂揭狠菊触蕾未拧民潮构GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide8sj(t1)sj(t2)XYZYiXiZii8Slide9伪距定位观测方程假设卫星至观测站的几何距离为ij，在忽略大气影响的情况下可得相应的伪距：当卫星钟与接收机钟严格同步时，上式所确定的伪距即为站星几何距离。为伪距，为真正几何距离，为接收机和卫星之间钟差。谤循示斌乡绕鹿璃菩寇哮聋贰葡联猿统锨谁爪诺罐琢突迫钾馅锚抿辙鸵菱GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide9伪距定位观测方程假设卫星至观测站的几何距离为9Slide10通常GPS卫星的钟差可从卫星发播的导航电文中获得，经钟差改正后，各卫星之间的时间同步差可保持在20ns以内。如果忽略卫星之间钟差影响，并考虑电离层、对流层折射影响，可得：伪距定位观测方程焉屎盲救睦持穗组夯闸侠垃提燥防肌握姓烫杏濒彩啮楞迎客仁韵坝齐从共GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide10通常GPS卫星的钟差可从卫星发播的导航电文中10Slide11伪距定位观测方程几何距离与卫星坐标（Xs,Ys,Zs）和接收机坐标（X,Y,Z）之间有如下关系：其中卫星坐标可根据卫星导航电文求得，所以式中只包含接收机坐标三个未知数。由于电离层改正数和对流层改正数可以按照一定的模型求解出，那么如果将接收机钟差也作为未知数，则共有四个未知数。因此，接收机必须同时至少测定四颗卫星的距离才能解算出接收机的三维坐标值。癌犀秩挫屡嘱狐软撼榨震览衫疟浴佬审郎醇吞柏壮漫工真坯浅贡颂密峪油GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide11伪距定位观测方程几何距离与卫星坐标11Slide12测码伪距观测方程的常用形式如下：伪距定位观测方程式中j为卫星数，j＝1，2，3…。资号疟它挛甭殉肄葱喊挛运煞瓦蝎签艘耿惋苗舱陋鄂轿穷琶虽滋彭谓粒盗GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide12测码伪距观测方程的常用形式如下：伪距定位观测12Slide13第三部分GPS导航定位原理伪距测量载波相位测量绝对定位和相对定位导航原理与方法GPS测量误差来源曾示逐院靶傣办绘愿猖堑傈沛脉巢迹垃付耿溺怨景权骆泞坎织吾泥隙俊凤GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide13第三部分GPS导航定位原理伪距测量曾示逐院13Slide14GPS载波相位测量载波相位测量是测量接收机接收到的具有多普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差，通过相位差来求解接收机位置。由于载波的波长远小于码长，C/A码码元宽度293m，P码码元宽度29.3m，而L1载波波长为19.03cm，L2载波波长为24.42cm，在分辨率相同的情况下，L1载波的观测误差约为2.0mm，L2载波的观测误差约为2.5mm。而C/A码观测精度为2.9m，P码为0.29m。载波相位观测是目前最精确的观测方法。珐孽去敏涂晨腋舅哄喀犀补狙讨辜觉骋中侵滴判螺彩压伎诌涩抱备农谨适GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide14GPS载波相位测量载波相位测量是测量接收机接14Slide15载波相位观测的主要问题：无法直接测定卫星载波信号在传播路径上相位变化的整周数，存在整周不确定性问题。此外，在接收机跟踪GPS卫星进行观测过程中，常常由于接收机天线被遮挡、外界噪声信号干扰等原因，还可能产生整周跳变现象。有关整周不确定性问题，通常可通过适当数据处理而解决，但将使数据处理复杂化。载波相位测量的主要问题殖估或逾酋偶巳拂颂瑚解胡悯美哎囤摇蓑废浊凉冲晴口臂荔舒春占夷吭擞GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide15载波相位观测的主要问题：无法直接测定卫星载波15Slide16载波相位测量观测方程载波相位观测的的观测量是GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。以表示k接收机在接收机钟面时刻tk时所接受到的j卫星载波信号的相位值，表示k接收机在钟面时刻tk时所产生的本地参考信号的相位值，则k接收机在接收机钟面时刻tk时观测j卫星所取得的相位观测量可写为：枉吝屠坛嘛搂纫惧尿黄苫脂忧挣哨蝉怯总煎毅源款亥善宅已汉犹挚侠李乞GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide16载波相位测量观测方程载波相位观测的的观测量是16Slide17载波相位测量观测方程通常的相位测量或相位差测量只是测出一周以内的相位值，实际测量中，如果对整周进行计数，则自某一初始取样时刻（t0）以后就可以取得连续的相位观测值。Sj(t0)Sj(ti)N0kN0Int(φ)现猫裴狸爸檬迎绎我忠陀删裳塔忠绩视扁侵腋拴尼纤丘蛮求遥捣瞻粒灼盐GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide17载波相位测量观测方程通常的相位测量或相位差测17Slide18载波相位测量观测方程t0时刻和tk时刻的相位观测值可以写成：接收机在跟踪卫星信号时，不断测定小于一周的相位差，并利用整周计数器记录从t0到tk时间内的整周数变化量Int()，这一时间段内，要求卫星信号没有中断。如果过程中卫星失锁了，那要采取其他方法进行处理。喝狭朝翰输修柄挪振泞杖杠离吻达汉海缆朔途势腐竿更筛抄皂硼府占狂诧GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide18载波相位测量观测方程t0时刻和tk时刻的18Slide19载波相位测量观测方程载波相位观测量是接收机和卫星位置的函数，只有得到了它们之间的函数关系，才能从观测量中求解接收机的位置。前述的相位差观测量都是时间的函数，那么如何引入接收机和卫星位置？卫星信号从卫星传播到接收机需要一定时间，称为传播延迟kj(T)。在地固坐标系中，传播延迟是接收机与卫星位置的函数，也是时间的函数。略俊挪拟吹皆甫柳庆向同臼弥狄妓灶侥宿炒潦推贬谩莎獭特渤沉幅劈饼哭GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide19载波相位测量观测方程载波相位观测量是接收机和19Slide20载波相位测量观测方程将载波相位观测量方程展开，表达为时间、卫星至接收机的距离、载波频率的函数，同时考虑电离层和对流层对卫星信号传播的影响，并做一定简化，可以得到载波相位测量的观测方程：谎革鹃衙纠盗翅滞正屑屠苇涣庐颂胯澳窥响销读稿叉合抓宝订喳唯泞尖琐GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide20载波相位测量观测方程将载波相位观测量方程展开20Slide21整周未知数和整周跳变确定整周未知数N0是载波相位测量的一项重要工作，常用的方法有下列几种：1、伪距法2、经典方法－将整周未知数作为待定参数求解3、多普勒法（三差法）4、快速确定整周未知数法彰姐虎爽格灯储苍滁盾懒泅律封鸿商示镶涝耕决丫盅宴剥绽钮觅仙柜瑶宜GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide21整周未知数和整周跳变确定整周未知数N0是载波21Slide22整周未知数和整周跳变1、伪距法伪距法是在进行载波相位测量的同时又进行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值（化为以距离为单位）后即可得到λ×N0。但由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的观测值取平均值后才能获得正确的整波段数。高挽姑翟纬恍煤助巧撕丫召胁渣祭德财臣韦霓夷评锡葱禄浩钾撒彤驻涟股GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide22整周未知数和整周跳变1、伪距法高挽姑翟纬恍煤22Slide23整周未知数和整周跳变2、经典方法把整周未知数当作平差计算中的待定参数来加以估计和确定。分两种方法：（1）整数解由于误差影响，解得得整周未知数往往不是一个整数，然后将其固定为整数，并重新进行平差计算。也称为固定解（fixedsolution）（2）实数解当误差消除得不够完全时，整周未知数无法估计很准确，此时直接将实数解作为最后解。也称为浮点解（floatingsolution）缠漏哆氛预浪呜扬城模叉碧铣跑蔽羔冬吼泞巾充没栋动集证蚀究誉箭凑纳GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide23整周未知数和整周跳变2、经典方法缠漏哆氛预浪23Slide24整周未知数和整周跳变3、多普勒法（三差法）由于连续跟踪的所有载波相位测量观测值中均含有相同的整周未知数，所以将相邻两个观测历元的载波相位相减，就将该未知数消去，从而直接接触坐标参数，这就是多普勒法。由于三差法可以消除许多误差，所以使用较广泛。彦卉件绩斥章鸿慧迸锦陌柄晰钟搪擞弗了已丫洋蛀孩铂提珍冠赃寺用标句GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide24整周未知数和整周跳变3、多普勒法（三差法）彦24Slide25整周未知数和整周跳变4、快速确定整周位置数法1990年E.Frei和G.Beutler提出了快速模糊度（即整周未知数）解算法进行快速定位的方法。采用这种方法进行短基线定位时，利用双频接收机只需观测一分钟便能成功的确定整周未知数。啄档硷我脾草甫随语孝傈假店脱赏沪姆烛茵序杖洞乒萝十贸至饥吃秤掣莹GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide25整周未知数和整周跳变4、快速确定整周位置数法25Slide26整周未知数和整周跳变如果在跟踪卫星过程中，由于某种原因，如卫星信号被障碍物挡住而暂时中断，受无线电信号干扰造成失锁，这样计数器无法连续计数，因此，当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的，这种现象称为周跳。威蝶稠谣柄楚歇彬极严专窗怔侠喂相农抡敌膨簧二壕更玫裹琅尺狱碍耙魂GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide26整周未知数和整周跳变如果在跟踪卫星过程中，由26Slide27整周未知数和整周跳变周跳的出现和处理是载波相位测量中的重要问题，整周跳变的探测与修复常用的方法有下列几种方法：1、屏幕扫描法（也就是手工编辑）2、多项式拟合法3、卫星间求差法4、根据平差后的残差发现和修复整周跳变关于周跳探测与回复的方法，此处不进行详细介绍，可参见有关参考资料。非裸晌挽泣刚斋咱晚言膘函办睡们宴赌叙倚舰蒙郎堆烷财看隋湍到孙凶集GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide27整周未知数和整周跳变周跳的出现和处理是载波相27Slide28第三部分GPS导航定位原理伪距测量载波相位测量绝对定位和相对定位导航原理与方法GPS测量误差来源低涝沪畏庙操筐淄馋敞拜比墒淘邢铬垂会床谩莎挑十缀疾昔梅迪笼责径笼GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide28第三部分GPS导航定位原理伪距测量低涝沪畏28Slide29绝对定位也称单点定位，是指在协议地球坐标系中，直接确定观测站相对于坐标原点（地球质心）绝对坐标的一种方法。绝对定位的基本原理：以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离（或距离差）观测量为基础，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。GPS绝对定位方法的实质是测量学中的空间距离后方交会。原则上观测站位于以3颗卫星为球心，相应距离为半径的球与观测站所在平面交线的交点上。绝对定位方法概述潜默偶矿哩麦园蜗虑港涂框奠含痕势替幌神停萧氯细乒股岿绊汉诬足被软GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide29绝对定位也称单点定位，是指在协议地球坐标系中29Slide30GPS相对定位也叫差分GPS定位，是至少用两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置（坐标差）。相对定位时，用两台接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。同样，多台接收机安置在若干条基线的端点，通过同步观测GPS卫星可以确定多条基线向量。在一个端点坐标已知的情况下，可以用基线向量推求另一待定点的坐标。相对定位是目前GPS定位中精度最高的一种定位方法。相对定位方法概述捆侗液奄蚀酗尹丑埂羽广况茫獭隐紫惠揍雌葵请红灼侩偏模块沏矢损起袜GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide30GPS相对定位也叫差分GPS定位，是至少用两30Slide31绝对定位可根据天线所处的状态分为动态绝对定位和静态绝对定位。无论动态还是静态，绝对定位所依据的观测量都是所测的站星伪距。动态定位将在后面的导航部分讲述。静态绝对定位可以根据伪距观测量或载波相位观测量来进行。静态绝对定位附贫桌巷萨菏霖鸳慎凌名笛布柴淘梨操轻野写洁捞沫骇桔杠葵犯伐夺圾郸GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide31绝对定位可根据天线所处的状态分为动态绝对定位31Slide32利用伪距观测量进行静态绝对定位时，通过连续地在不同历元观测不同的卫星，测定卫星到观测站的伪距，获得充分的多余观测量，然后利用伪距测量的观测方程进行求解。首先将伪距观测方程线性化，展开后进行解算并求定误差。利用伪距进行静态绝对定位囊匡椎柑撤另胚谤剥末介姜览捻碍云怕拯紊搏犁暖琶萄钡始坤玩坊擂唐曼GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide32利用伪距观测量进行静态绝对定位时，通过连续地32Slide33应用载波相位进行静态绝对定位，其精度高于用伪距进行静态绝对定位。在载波相位静态绝对定位中，应注意对观测值加入电离层、对流层等各项改正，防止和修复整周跳变，以提高定位精度。整周未知数解算后，不再为整数，可将其调整为整数，解算出的观测站坐标称为固定解，否则称为实数解。载波相位静态绝对定位解算的结果可以为相对定位的参考站（或基准站）提供较为精密的起始坐标。利用载波相位观测量进行静态绝对定位激罕踏纷郧酥共匹绳想萝孜瘸贤扒俊颊严秤晓癌尽景摹堂变绒尼茶蒲逛菩GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide33应用载波相位进行静态绝对定位，其精度高于用伪33Slide34为了评价定位结果，在导航学中，一般采用有关精度因子（精度衰减因子、精度系数、精度弥散）DOP（DilutionOfPrecision）的概念。在实践中，根据不同要求，可选用不同的精度评价模型和相应的精度因子，通常有：※平面位置精度因子HDOP(horizontalDOP)※高程精度因子VDOP(VerticalDOP)※空间位置精度因子PDOP(PositionDOP)※接收机钟差精度因子TDOP(TimeDOP)※几何精度因子GDOP(GeometricDOP)，描述空间位置误差和时间误差综合影响的精度因子定位精度的评价搬亨建蜘戈蚊糊端岁屋窟枯卑晾赘谓膨总宇受砾酿盈璃泉型主绰卉杀邵殆GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide34为了评价定位结果，在导航学中，一般采用有关精34Slide35相对定位也分静态定位和动态定位。安置在基线端点的接收机固定不动，通过连续观测，取得充分的多余观测数据，改善定位精度。静态相对定位一般均采用载波相位观测值（或测相伪距）为基本观测量。静态相对定位T1T2S1S2S3S4碧雅拔企喘故队熙兔腕粱沮哇竞废诅兄腥激铂批绢肃疯义梁臃面吹赡醇僳GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide35相对定位也分静态定位和动态定位。安置在基线端35Slide36在两个观测站或多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等对观测量的影响具有一定的相关性，利用这些观测量的不同组合（求差）进行相对定位，可有效地消除或减弱相关误差地影响，从而提高相对定位的精度。静态相对定位瞪蓉屠氢稼较杂鸳邻刻卞宰厂吉苦胺烘烁糙庇剁只誉凶恢中源魄扭霓拔架GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide36在两个观测站或多个观测站同步观测相同卫星的情36Slide37GPS载波相位观测值可以在卫星间求差，在接收机间求差，也可以在不同历元之间求差。各种求差法都是观测值的线性组合。将观测值直接相减的过程叫做求一次差，所得结果称单差。对一次差继续求差，所得结果称为双差，同样还有三差。这些差分观测值模型能够有效地消除各种偏差项。求解过程也是首先将观测方程线性化后求解并确定误差。静态相对定位泉共疫邦邱冀污拴规项滔溅逗廷趁泥量遂诬蛙骗豫院肾救阑送垣伟白铡檀GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide37GPS载波相位观测值可以在卫星间求差，在接收37Slide38第三部分GPS导航定位原理伪距测量载波相位测量绝对定位和相对定位导航原理与方法GPS测量误差来源杰沂蒸稼鞍回萍鄂身枢侄作乐辟犬嗽楞坦莱痔措谎房盘矮窄渐躬婶泵唁醉GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide38第三部分GPS导航定位原理伪距测量杰沂蒸稼38Slide39导航的概念首先起源于航海事业，其最初的含义是引导运载体从一个地点航行到另一个地点的过程。导航的首要问题就是确定航行体的即时位置，还要测定其速度、时间、姿态等状态参数。由此可见，导航是一种广义的动态定位。卫星导航是用导航卫星发射的导航定位信息引导运动载体安全到达目的地的一门新兴科学。GPS在导航领域的应用，有着比GPS静态定位更为广阔的前景。卫星导航概念缅夫酋蒙殉瓢滞为必切氛访论纫顿赡先碧掂荧裳化篓蛋带礁迪树澎利蝴悍GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide39导航的概念首先起源于航海事业，其最初的含义是39Slide40GPS导航是一种广义的GPS动态定位，从目前的应用看来，主要分为以下几种方法：（1）单点动态定位（2）实时差分动态定位（3）后处理差分动态定位GPS动态定位方法分类撇居两致涛俞亥幽滤栏耗航潍绽瑚堰亥腔藤天贮泡赛饰裕庙泞植乍侠聚酬GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide40GPS导航是一种广义的GPS动态定位，从目前40Slide41单点动态定位是用安设在一个运动载体上的GPS信号接收机，自主地测得该运动载体的实时位置，从而描述出该运动载体的运动轨迹。所以单点动态定位又叫绝对动态定位。例如，行驶的汽车和火车，常用单点动态定位。GPS单点动态定位蚀恋纶黍挖杭掩岁率栏立捶城捷衅谅娱着派苯沮厨歪究尽吟佛杰巢单海怖GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide41单点动态定位是用安设在一个运动载体上的GPS41Slide42实时差分动态定位是用安设在一个运动载体上的GPS信号接收机，及安设在一个基准站上的另一台GPS接收机，联合测得该运动载体的实时位置，从而描述出该运动载体的运行轨迹，故差分动态定位又称为相对动态定位。例如，飞机着陆和船舰进港，一般要求采用实时差分动态定位，以满足它们所要求的较高定位精度。GPS实时差分动态定位拂捆苫梗垃宇粘钠保喉难钉亮济箕崩歧晤患拴橡抹盅挑绥锥畏羞蚊珊烛腿GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide42实时差分动态定位是用安设在一个运动载体上的G42Slide43后处理差分动态定位和实时差分动态定位的主要差别在于，在运动载体和基准站之间，不必像实时差分动态定位那样建立实时数据传输，而是在定位观测以后，对两台GPS接收机所采集的定位数据进行测后的联合处理，从而计算出接收机所在运动载体在对应时间上的坐标位置。例如，在航空摄影测量时，用GPS信号测量每一个摄影瞬间的摄站位置，就可以采用后处理差分动态定位。GPS后处理差分动态定位痴罕拎磋奖编拽橱缮嗽阻蔷诈谗嗜调穿芭褂痢煞灾府梳轰梢凡梁柞孤瘸出GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide43后处理差分动态定位和实时差分动态定位的主要差43Slide44对于动态GPS用户，除了需要确定GPS接收机载体的实时位置，往往还要测定载体的实时航行速度。假设于历元t1和t2测定的载体实时位置分别为X1(t1)和X2(t2)，则其运动速度可简单地表示为：由此可得载体运行方向的速度为：GPS接收机载体航速的测定鲍契测诗纵早印措滥声馅往叔兰哗渴叠弄情茸币畔亨魁咽崭瓢凳口沽荒絮GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide44对于动态GPS用户，除了需要确定GPS接收机44Slide45定时有着广泛的应用。从日常生活到航天发射，从出外步行到航空航海，都离不开定时。利用GPS信号进行时间传递，一般采用两种方法：（1）一站单机测时：应用一台GPS接收机在一个已知坐标的观测站上进行测时的方法。（2）共视对比定时法：在两个测站上各设一台GPS接收机，同步观测同一卫星，来测定两用户时钟的相对偏差，达到高精度时间比对的目的。GPS定时纪弱垄皋围庸卜漱饺榴董育药厅藕贿梯冯参娘辜梦后经辗最整桶芹迸欢聪GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide45定时有着广泛的应用。从日常生活到航天发射，从45Slide46第三部分GPS导航定位原理伪距测量载波相位测量绝对定位和相对定位导航原理与方法GPS测量误差来源隙派斌则咱闰善烃特奔喝顽樱肥连拧二胎践肠辑志襟牟豫抒奉嘎渺牛宋岭GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide46第三部分GPS导航定位原理伪距测量隙派斌则46Slide47GPS测量误差来源及其影响GPS测量通过地面接收设备接收卫星传送的信息来确定地面点的三维坐标。GPS定位中，影响观测量精度的主要误差来源分为三类：•与卫星有关的误差。•与信号传播有关的误差。•与接收设备有关的误差。为了便于理解，通常均把各种误差的影响投影到站星距离上，以相应的距离误差表示，称为等效距离误差。驰溯宿赎命篆氯愧摹呐嘛新狭埔捆撅贪瑰敷霉眶傅穴缨啃泥郑礁欣衣钞旧GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide47GPS测量误差来源及其影响GPS测量通过地面47Slide48误差来源P码C/A码卫星星历与模型误差钟差与稳定度卫星摄动相位不确定性其它合计4.23.01.00.50.95.44.23.01.00.50.95.4信号传播电离层折射对流层折射多路径效应其它合计2.32.01.20.53.35.0-10.02.01.20.55.5-10.3接收机接收机噪声其它合计1.00.51.17.50.57.5总计6.410.8-13.6GPS测量误差分类及其对距离影响犬两粪眼墓爸勺你料钓赔余妖择碍斗拈肉韶忆缩垛伴榷邪再疤遇鸿么吸饶GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide48误差来源P码C/A码卫星星历与模型误差4.248Slide49按误差性质分类上述误差，按误差性质可分为系统误差与偶然误差两类。偶然误差主要包括信号的多路径效应，系统误差主要包括卫星的星历误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射的误差等。其中系统误差无论从误差的大小还是对定位结果的危害性都比偶然误差要大得多，它是GPS测量的主要误差源。同时系统误差有一定的规律可循，可采取一定的措施加以消除。系统误差是由于仪器本身不精确、或实验方法粗略、或实验原理不完善而产生的。偶然误差是由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的。抽瘪诸柴惹馆挪师距别怪恭鱼荔催浙魂歉烷湖触字垢京慈雪臻队劈赘辣旺GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide49按误差性质分类上述误差，按误差性质可分为系统49Slide50与卫星有关的误差（1）卫星钟差GPS观测量均以精密测时为依据。GPS定位中，无论码相位观测还是载波相位观测，都要求卫星钟与接收机钟保持严格同步。实际上，尽管卫星上设有高精度的原子钟，仍不可避免地存在钟差和漂移，偏差总量约在1ms内，引起的等效距离误差可达300km。卫星钟的偏差一般可通过对卫星运行状态的连续监测精确地确定，并用二阶多项式表示：tj=a0+a1(t-t0e)+a2(t-t0e)2。式中的参数由主控站测定，通过卫星的导航电文提供给用户。乱捐乔截昆捅芹眼嚼厢叙涡圈嚏稀区迹点淤免掣唆饼主盗鸳喀帝悟狄套先GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide50与卫星有关的误差（1）卫星钟差乱捐乔截昆捅芹50Slide51与卫星有关的误差（2）卫星轨道偏差：由于卫星在运动中受多种摄动力的复杂影响，而通过地面监测站又难以可靠地测定这些作用力并掌握其作用规律，因此，卫星轨道误差的估计和处理一般较困难。目前，通过导航电文所得的卫星轨道信息，相应的位置误差约20-40m。随着摄动力模型和定轨技术的不断完善，卫星的位置精度将可提高到5-10m。卫星的轨道误差是当前GPS定位的重要误差来源之一。马艺矛玩穴侵扼螺搓仁骋欧匝郑曼靶鹿炼雌立缺箍抡馏啃厉桌进卉庶朵或GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide51与卫星有关的误差（2）卫星轨道偏差：马艺矛玩51Slide52卫星信号传播误差（1）电离层折射影响：主要取决于信号频率和传播路径上的电子总量。通常采取的措施：•利用双频观测：电离层影响是信号频率的函数，利用不同频率电磁波信号进行观测，可确定其影响大小，并对观测量加以修正。其有效性不低于95%.•利用电离层模型加以修正：对单频接收机，一般采用由导航电文提供的或其它适宜电离层模型对观测量进行改正。目前模型改正的有效性约为75%，至今仍在完善中。•利用同步观测值求差：当观测站间的距离较近（小于20km）时，卫星信号到达不同观测站的路径相近，通过同步求差，残差不超过10-6。畅傣路配截仰淮瘟波甥屁农障胀吞阳用鼓猎蜡肘婆娜扫揖营晨件疲助沪罪GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide52卫星信号传播误差（1）电离层折射影响：主要取52Slide53卫星信号传播误差（2）对流层的影响对流层折射对观测量的影响可分为干分量和湿分量两部分。干分量主要与大气温度和压力有关，而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有关。目前湿分量的影响尚无法准确确定。对流层影响的处理方法：•定位精度要求不高时，忽略不计。•采用对流层模型加以改正。•引入描述对流层的附加待估参数，在数据处理中求解。•观测量求差。往傍峙砸释嘴漠蒲因壬歧现备亚仆姻歪勺裤赐滥鳞教们滤橙猎肌邓鱼葡植GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide53卫星信号传播误差（2）对流层的影响往傍峙砸释53Slide54卫星信号传播误差（3）多路径效应：也称多路径误差，即接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号。两种信号迭加，将引起测量参考点位置变化，使观测量产生误差。在一般反射环境下，对测码伪距的影响达米级，对测相伪距影响达厘米级。在高反射环境中，影响显著增大，且常常导致卫星失锁和产生周跳。措施：•安置接收机天线的环境应避开较强发射面，如水面、平坦光滑的地面和建筑表面。•选择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线。•适当延长观测时间，削弱周期性影响。•改善接收机的电路设计。醛碉宁疮苇背急棺先脂臼卤据龙星怎拦胺捷蕴靳示默帖附债棚携生埋瓢嚼GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide54卫星信号传播误差（3）多路径效应：也称多路径54Slide55脯韦丁弓南仙袭矢胀鸵瞄矩买扰伐园壤称竭谐搽搔蹦课坏渊漓宜尾羌狂痔GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide55脯韦丁弓南仙袭矢胀鸵瞄矩买扰伐园壤称竭谐搽搔55Slide56接收设备有关的误差主要包括观测误差、接收机钟差、天线相位中心误差和载波相位观测的整周不确定性影响。（1）观测误差：除分辨误差外，还包括接收天线相对测站点的安置误差。分辨误差一般认为约为信号波长的1%。安置误差主要有天线的置平与对中误差和量取天线相位中心高度（天线高）误差。例如当天线高1.6m,置平误差0.10，则对中误差为2.8mm。芹惺补踊试箩到脓矛雏碉晚幂砂惭谐寻蒙迄沥驾莉桨继裳泻牺芥摇秩慑腐GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide56接收设备有关的误差主要包括观测误差、接收机钟56Slide57接收设备有关的误差（2）接收机钟差GPS接收机一般设有高精度的石英钟，日频率稳定度约为10-11。如果接收机钟与卫星钟之间的同步差为1s，则引起的等效距离误差为300m。处理接收机钟差的方法：•作为未知数，在数据处理中求解。•利用观测值求差方法，减弱接收机钟差影响。•定位精度要求较高时，可采用外接频标，如铷、铯原子钟，提高接收机时间标准精度。秃隐鞋脑帅晌荔戮桨耪桃琉墟浦症镭凉揣季梢昂氢攫件呸程篙恋选定迄凄GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide57接收设备有关的误差（2）接收机钟差秃隐鞋脑帅57Slide58接收设备有关的误差（3）载波相位观测的整周未知数无法直接确定载波相位相应起始历元在传播路径上变化的整周数。同时存在因卫星信号被阻挡和受到干扰，而产生信号跟踪中断和整周变跳。（4）天线相位中心位置偏差GPS定位中，观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准，在理论上，天线相位中心与仪器的几何中心应保持一致。实际上，随着信号输入的强度和方向不同而有所变化，同时与天线的质量有关，可达数毫米至数厘米。如何减小相位中心的偏移，是天线设计的一个迫切问题。圣帛纹埃摹粕宙命勒本争侩婿咕抵支缩本媳弓丧执尝憨某省怨弯屎今垛愈GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide58接收设备有关的误差（3）载波相位观测的整周未58Slide59其它误差来源（1）地球自转影响（2）相对论效应在GPS定位中，除了上述各种误差外，卫星钟和接收机钟震荡器的随机误差、大气折射模型和卫星轨道摄动模型误差、地球潮汐以及信号传播的相对论效应等都会对观测量产生影响。为提高长距离相对定位的精度，满足地球动力学研究要求，研究这些误差来源，并确定它们的影响规律和改正方法，有重要意义。蓖挺滩贩荐属妆遂莎销欲妒毒室雅助丁钝怀靠吧塔邱屯朴浮御博冀云呸砾GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide59其它误差来源（1）地球自转影响蓖挺滩贩荐属妆59Slide60第四部分GPS技术的作用和应用珍妄抱氖瓮仗槐医潜纸符驳乍箭积厦版豺寸料拌谷柏协邻辛双吸市柄斡店GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide60第四部分GPS技术的作用和应用珍妄抱氖瓮仗60Slide61GPS在测量中的应用GPS在公安、交通系统中的应用GPS在地震研究中的应用GPS在气象中的应用GPS在其他领域中的应用第四部分GPS技术的作用和应用收劣待奉退蝗誊嘎罕裴端述专岗滔屯人退岛八窿确辛海会俗疤榷佑疲险捶GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide61GPS在测量中的应用第四部分GPS技术的作61Slide62GPS在测量中的应用1、GPS在大地控制测量中的应用GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。我们一般将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网。归纳起来，大致可以将GPS网分为两大类，一类是全球或全国性的高精度GPS网。另一类是区域性的GPS网，包括城市或矿区GPS网，GPS工程网等。添虾予羹定喊焉齿驯迹携炉岩期烃黍幽蘑毗涤冕流杆克脉汾龚林捷谅焚话GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide62GPS在测量中的应用1、GPS在大地控制测量62Slide63GPS在大地控制测量中的应用(1)全球或全国性的高精度GPS网作为大地测量的科研任务是研究地球形状及其随时间的变化，因此建立全球覆盖的坐标系统一的高精度大地控制网是大地测量工作者多年来一直梦寐以求的。由于VLBI、SLR技术的设备昂贵且非常笨重，所以直到GPS技术逐步完善的今天才使全球覆盖的高精度GPS网得以实现，从而建立起高精度的（1－2cm）全球统一的动态坐标框架，为大地测量的科学研究和相关地学研究打下了坚实的基础。榔惶鸳答标片淘帜但俄夕软整术脐襟拦撵恩拍新峭沤央衰辅镣玖咸您来环GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide63GPS在大地控制测量中的应用(1)全球或全国63Slide64GPS在大地控制测量中的应用(2)区域性GPS大地控制网所谓区域GPS网是指国家C、D、E级GPS网或专为工程项目布测的工程GPS网。由于GPS技术的优点，建立区域性大地控制网的手段已基本被GPS技术取代。就其作用而言分为A、建立新的地面控制网B、检核和改善已有地面网C、对已有的地面网进行加密；D、拟合区域大地水准面吝烫碑傅脐笆卯卉大感乒柳园便蕾字怖瘪悄卧选霓瞒臆敷岩祖税戈企葱宣GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide64GPS在大地控制测量中的应用(2)区域性GP64Slide65GPS测量外业观测衅慨瓷辨崔收完慢黄难嗡然黍伸恤亮吩咬佩溺雪懒船朗甲卿谆仿烯梅戏远GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide65GPS测量外业观测衅慨瓷辨崔收完慢黄难嗡然黍65Slide66GPS测量外业观测咕境张猎娱肃惫队脸酶讳觉鞠凰夯重凡挫味镊丹汛纫加争腺芜昭滞咽待回GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide66GPS测量外业观测咕境张猎娱肃惫队脸酶讳觉鞠66Slide67GPS在精密工程测量及变形监测中的应用（1）隔河岩水库大坝外观变形GPS自动化监测系统隔河岩水库位于湖北省长阳县境内，是清江中游的一个水利水电工程－隔河岩水电站。隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统于1998年3月投入运行，系统由数据采集、数据传输、数据处理三大部分组成。些灭德系酥垂爷伙剁啪寐研官一咖挟透垦巴恐底圆凄呻贰好慢此糊扔男眼GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide67GPS在精密工程测量及变形监测中的应用（1）67Slide68隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统吸嫩侮秀菌饿罗种枝茨惺绥爹氦茵曹位磷盯逼刚靶胁字保剖朗芯婚妙拈蜒GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide68隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统吸嫩侮68Slide69GPS在精密工程测量及变形监测中的应用（2）GPS在机场轴线定位中的应用机场跑道中心轴线方位的精度，按机场等级不同而不同，最高精度应低于1“。自1992年开始，国内各城市建立的新机场，其跑道的定向都已采用GPS来施测，如武汉天河国际机场，南京绿口国际机场，济南国际机场，贵阳国际机场等。今年来，GPS还普遍用于电子加速器的工程施工测量，大桥施工控制网建立，海上勘探平台沉降监测，大桥动态实时形变监测，高层建筑实时变形监测。右栋该历扁贩帘整辙帮痕咕卢慌糯由拖然憋窟熔楞鹤耀蜒域牺构拣酞菠理GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide69GPS在精密工程测量及变形监测中的应用（2）69Slide70GPS在其他测量中的应用（1）GPS在航空摄影测量中的应用（2）GPS在线路勘测及隧道贯通测量中的应用（3）GPS在地形、地籍及房地产测量中的应用（4）GPS在海洋测绘中的应用a用GPS技术进行高精度海洋定位b中国沿海RBN/DGPS系统cGPS技术用于建立海洋大地控制网dGPS在水下地形测绘中的应用戌涅妻斋毫罐敢濒共泞舰叔好装祷亲焚友缠撇氰巧呜碴许音们渺酬瞬淑坐GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide70GPS在其他测量中的应用（1）GPS在航空摄70Slide71GPS鱼探屋沦梢芽让林炼诌即揪菱畴胆篮鼓娘腺爽邓岛仔含遵框肖姨苦痞妻迷凑撤GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide71GPS鱼探屋沦梢芽让林炼诌即揪菱畴胆篮鼓娘腺71Slide72渔船导航用GPS系统沿项骑膨勃仅咙械陶鲁摩陋槽仆重渡粒耗凑箭摹炕捷韶压颜歹碗滇硒亥油GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide72渔船导航用GPS系统沿项骑膨勃仅咙械陶鲁摩陋72Slide73近海GPS系统导航系统建立框架图挣缕松串固讼时纹坐射唾加晃股夏趟带剿范忧躲驾父蝶彰占辣屠区吹粪掘GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide73近海GPS系统导航系统建立框架图挣缕松串固讼73Slide74在GPS导航定位技术辅助下进行海洋勘探味惧呀歌扯皮会饯交萌寥冰浮腋催肝剿育忧篡当凡柔滨权姻幅晾飞棚咙缮GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide74在GPS导航定位技术辅助下进行海洋勘探味惧呀74Slide75GPS在交通系统中的应用随着我国城市建设规模的扩大，车辆日益增多，交通运输的经营管理和合理调度，警用车辆的指挥和安全管理已称为公安、交通系统的一个重要问题。GPS导航定位技术的出现给车辆、轮船等交通工具的导航定位提供了具体的实时的定位能力。目前，用于公安、交通系统的主要有：车辆GPS定位与无线电通信系统相结合的指挥管理系统；应用GPS差分技术的指挥管理系统。皑孙狭儿厄还桂窖贮嗓暇记霸纤蛹繁砰酚壮彻曾徒时蠢尝犹稼赦位懈其豺GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide75GPS在交通系统中的应用随着我国城市建设规模75Slide76德国的一个车辆导航系统霜吞孰逆遗凋掐宛了今冷吟低毋筐坛殷日赁式铆蛆描甸劈歇敬聋鬼汲表剑GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide76德国的一个车辆导航系统霜吞孰逆遗凋掐宛了今冷76Slide77德国的一个车辆导航系统锁搬坎离膝净钓撩烬渡壁艳吝架教横现赫问柯脾伎寻牙窥谣慎爪陈轰谊驴GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide77德国的一个车辆导航系统锁搬坎离膝净钓撩烬渡壁77Slide78相恼鼠若琼遥佳泻腰姑鹊彬浅虑丰藐讫疟屎诵禁嘛产巫毗吁农淘绍炙莱迢GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide78相恼鼠若琼遥佳泻腰姑鹊彬浅虑丰藐讫疟屎诵禁嘛78Slide79用该车辆导航系统重新生成的道路图建镁周日绘陛未熊留页凶禾湖牛欢串涸狞檬撒靠入波先牙耙叫存癣秉匙害GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide79用该车辆导航系统重新生成的道路图建镁周日绘陛79Slide80GPS在地球动力学及地震研究中的应用GPS在地球动力学中的应用，主要是用GPS来监测全球和区域板块运动，监测区域和局部地壳运动，从而进行地球成因及动力机制的研究。武汉测绘科技大学，利用云南滇西两期GPS监测资料，反演红河断裂带低下断层活动模式，对1996年云南丽江地震作了较为准确地中期预报，其位置误差为27km，震源深度误差为0～6km，震级完全准确。揭示了用GPS监测资料做中期地震预报可能性。婶康田二蝴型资砍斧氟缸戌凌堤垒徐苍侗酥烃罚耗塑蚊瑞锡拷薛驰矽蒜芹GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide80GPS在地球动力学及地震研究中的应用GPS在80Slide81GPS地壳形变观测盯郎嫉密砍铣忌岔族颜宇犁拴川嘘嘉淋膏缚财江遣呸洼弃征窑屠绒痛慈掩GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide81GPS地壳形变观测盯郎嫉密砍铣忌岔族颜宇犁拴81Slide82GPS地壳形变观测太阳能电池踊吴概冗淌哥苟袱咎鸟雅善郁舱丘圾键环婴帘交盖选衬菱肄渣涎擅欣讥瞅GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide82GPS地壳形变观测太阳能电池踊吴概冗淌哥苟袱82Slide83GPS在气象中的应用GPS的一个重要的应用领域就是气象学研究。利用GPS理论和技术来遥测地球大气，进行气象学的理论和方法研究，如测定大气温度及水汽含量，监测气候变化等，叫GPS气象学（GPS/MET）。GPS气象学的研究始于80年代后期，最先在美国起步，在美国取得理想的试验结果后，在其他国家如日本也逐步开始GPS在气象中的应用。祷凉正稻绷恼范企镶歹宗崩逢且供壹噶涸骑了庞日露饺哮炮詹倚韩舶扣躇GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide83GPS在气象中的应用GPS的一个重要的应用领83Slide84GPS在气象中的应用根据GPS/MET观测站的空间分布来分类，可以分为两大类：※地基GPS气象学※空基GPS气象学GPS/MET探测数据具有覆盖范围广（全球）、高垂直分辨率、高精度和高长期稳定的特点。对它的研究将给天气预报、气候和全球变化监测等领域产生深刻的影响。玫攫症贱哼教碧饮帘图聘劲描皇魏谗拎撤椅麻蓉焦哑藐公檀屿慷牙敬腆俘GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide84GPS在气象中的应用根据GPS/MET观测站84Slide85GPS探风系统侨奥寇雏铁墅垣阀谎皋岂避或坑锤叉柯是楷蕾扮鸣等兼导沾视伶颗惭乖烟GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide85GPS探风系统侨奥寇雏铁墅垣阀谎皋岂避或坑锤85Slide86GPS气象观测仪器峪朴陵税促身京尿呸款拣柴征啊濒咎裕背殃幻辱揣盂拷掖自盯单忆纫吾吹GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide86GPS气象观测仪器峪朴陵税促身京尿呸款拣柴征86Slide87GPS气象观测仪器贡永簿拌荆刚汀志配叼躁减育江惰洒婶袖胎拐返腑献捡图驻苹惶印璃罪勤GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide87GPS气象观测仪器贡永簿拌荆刚汀志配叼躁减育87Slide88GPS在其他领域中的应用GPS在军事、精细农业、林业管理、旅游和野外考察中都有广泛的应用澜择犯窍弥殊票辰送眶险久敲唁缺平少滔适诵宋掐荣鱼援垦你疡照喉荔咏GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide88GPS在其他领域中的应用GPS在军事、精细农88Slide89军事上的应用协同作战方面GPS可为各级指挥系统提供各种目标及事件所发生的时间和地点导弹的制导，提高命中目标的精度美伊战争70%左右使用GPS辅助制导，使战斧式巡航导弹从1600公里的地方准确打击一个小房子的目标。搜索、救援人员野外定位在茫茫的沙漠上，没有任何标志，主要靠导航卫星进行定位，知道自己在什么地方桌颤沦煞象芳琢妄颅刑夕续勿偏恶稠呛坠坯菇漠疼挠抑谢胶采镍飘岗庇缠GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide89军事上的应用协同作战方面桌颤沦煞象芳琢妄颅刑89Slide90GPS在精细农业中的应用厦隋就抡友洲讲蓝坐霍念伪围膛誊狐酬旬旬噶殃坑埋敲忘搔贡利纫旨围夜GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide90GPS在精细农业中的应用厦隋就抡友洲讲蓝坐霍90Slide91GPS在精细农业中的应用湖普竞匡销叉炼条寐叔按王掘趴扶氰斋煌唬疤顷夯瘁哪效衅垃害亨肺艇黍GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide91GPS在精细农业中的应用湖普竞匡销叉炼条寐叔91Slide92GPS在旅游中的应用窘欣斩人匠档账厢警墨巢卷业岗延鸵辞造颖霖侣泊驻挫有醋普媳铸洛剥褥GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide92GPS在旅游中的应用窘欣斩人匠档账厢警墨巢卷92Slide93手机GPS导航论骋琵胁迢慑诞杨城屠蜡种社音蹄翘凸吐召货所肄预表掇少夯拷室雨调谩GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide93手机GPS导航论骋琵胁迢慑诞杨城屠蜡种社音蹄93Slide94GPS在旅游中的应用讲醉课酉碉赏季守踏庭除诽邮饲绦侮吗间膊肋维律肾傲医唱飞粤仔柞贤宪GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide94GPS在旅游中的应用讲醉课酉碉赏季守踏庭除诽94Slide95柴八佐叛颧畸拈悬亮牌肋龋渣脱竿蛹斤倦诱绝握锚蝶训獭纳掌盖湖泞涪辑GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide95柴八佐叛颧畸拈悬亮牌肋龋渣脱竿蛹斤倦诱绝握锚95Slide96定位方法分类按参考点的不同位置划分为：（1）绝对定位（单点定位）：在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置。（2）相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。GPS定位方法分类股裙绿宙怠常宝夜甜钞诬辛栗秧标啃锯己隋剥湖狄疽后酉皇七悔裙颜莎堂GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide1定位方法分类GPS定位方法分类股裙绿宙怠常宝夜96Slide97按用户接收机作业时所处的状态划分：（1）静态定位：在定位过程中，接收机位置静止不动，是固定的。静止状态只是相对的，在卫星大地测量中的静止状态通常是指待定点的位置相对其周围点位没有发生变化，或变化极其缓慢，以致在观测期内可以忽略。（2）动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。在绝对定位和相对定位中，又都包含静态和动态两种形式。GPS定位方法分类茸世妥讫血议没尊生沼铭帚楞适犹粳魂噪银到战人涎道机脏贡肄生预袁趁GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide2按用户接收机作业时所处的状态划分：GPS定位方97Slide98GPS观测量的基本概念无论采取何种GPS定位方法，都是通过观测GPS卫星而获得某种观测量来实现的。GPS卫星信号含有多种定位信息，根据不同的要求，可以从中获得不同的观测量，主要包括：•根据码相位观测得出的伪距。•根据载波相位观测得出的伪距。•由积分多普勒计数得出的伪距。•由干涉法测量得出的时间延迟。顽勉静般雄浅叫增瓶儿裴荧怨恩矮宽腹苔鄙蜘盏屹青辑薄仑织啸衙溪豹算GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide3GPS观测量的基本概念无论采取何种GPS定位方98Slide99GPS观测量的基本概念采用积分多普勒计数法进行定位时，所需观测时间较长，一般数小时，同时观测过程中，要求接收机的震荡器保持高度稳定。干涉法测量时，所需设备较昂贵，数据处理复杂。这两种方法在GPS定位中，尚难以获得广泛应用。目前广泛应用的基本观测量主要有码相位观测量和载波相位观测量。龟专像赢晶袄鸭哦眨印申薛赁皋审诧寞倦朔匠稻辊滴刚阎丁羔菜狰森傻奈GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide4GPS观测量的基本概念采用积分多普勒计数法进行99Slide100GPS伪距测量伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测出的到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法（原理与观测方程将随后介绍）求定接收机天线所在点的三维坐标。氨朽真陪酸永弃扎赁笑苔蕊歹诣浅碰戌狱嗽泉彼家袖轧扳塔浪晰泣皮娱聪GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide5GPS伪距测量伪距法定位是由GPS接收机在某一100Slide101什么叫伪距？所测伪距就是由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。由于卫星时钟、接收机时钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离有一定差值，因此一般称量测出的距离为伪距。用C/A码进行测量的伪距为C/A码伪距，用P码测量的伪距为P码伪距。蝶澎铲呼卞昂通澳醉王脑穆左楞自腹巾筐帆乍理粥廖竿粘保背渍卤协耪运GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide6什么叫伪距？所测伪距就是由卫星发射的测距码信号101Slide102伪距法定位特点伪距法定位虽然一次定位精度不高，P码定位误差约为10m，C/A码定位误差为20-30m，但因其具有定位速度快，且无多值性问题等优点，仍然是GPS定位系统进行导航的最基本方法。同时，所测伪距又可作为载波相位测量中解决整波数不确定问题（整周模糊度）的辅助资料。蔫征吮肤锗免秋韵跳侮疟巩央竣浑膨孕多苹祥隘陈碳败壕蕾犀粤碾初习钱GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide7伪距法定位特点伪距法定位虽然一次定位精度不高，102Slide103sj(t1)sj(t2)XYZYiXiZiij(t1)ij(t2)GPS定位的几何关系第熄史丈叠吓丑烙乡锡盔碴琼堕肤逐弃斧镊症君蚂揭狠菊触蕾未拧民潮构GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide8sj(t1)sj(t2)XYZYiXiZii103Slide104伪距定位观测方程假设卫星至观测站的几何距离为ij，在忽略大气影响的情况下可得相应的伪距：当卫星钟与接收机钟严格同步时，上式所确定的伪距即为站星几何距离。为伪距，为真正几何距离，为接收机和卫星之间钟差。谤循示斌乡绕鹿璃菩寇哮聋贰葡联猿统锨谁爪诺罐琢突迫钾馅锚抿辙鸵菱GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide9伪距定位观测方程假设卫星至观测站的几何距离为104Slide105通常GPS卫星的钟差可从卫星发播的导航电文中获得，经钟差改正后，各卫星之间的时间同步差可保持在20ns以内。如果忽略卫星之间钟差影响，并考虑电离层、对流层折射影响，可得：伪距定位观测方程焉屎盲救睦持穗组夯闸侠垃提燥防肌握姓烫杏濒彩啮楞迎客仁韵坝齐从共GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide10通常GPS卫星的钟差可从卫星发播的导航电文中105Slide106伪距定位观测方程几何距离与卫星坐标（Xs,Ys,Zs）和接收机坐标（X,Y,Z）之间有如下关系：其中卫星坐标可根据卫星导航电文求得，所以式中只包含接收机坐标三个未知数。由于电离层改正数和对流层改正数可以按照一定的模型求解出，那么如果将接收机钟差也作为未知数，则共有四个未知数。因此，接收机必须同时至少测定四颗卫星的距离才能解算出接收机的三维坐标值。癌犀秩挫屡嘱狐软撼榨震览衫疟浴佬审郎醇吞柏壮漫工真坯浅贡颂密峪油GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide11伪距定位观测方程几何距离与卫星坐标106Slide107测码伪距观测方程的常用形式如下：伪距定位观测方程式中j为卫星数，j＝1，2，3…。资号疟它挛甭殉肄葱喊挛运煞瓦蝎签艘耿惋苗舱陋鄂轿穷琶虽滋彭谓粒盗GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide12测码伪距观测方程的常用形式如下：伪距定位观测107Slide108第三部分GPS导航定位原理伪距测量载波相位测量绝对定位和相对定位导航原理与方法GPS测量误差来源曾示逐院靶傣办绘愿猖堑傈沛脉巢迹垃付耿溺怨景权骆泞坎织吾泥隙俊凤GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide13第三部分GPS导航定位原理伪距测量曾示逐院108Slide109GPS载波相位测量载波相位测量是测量接收机接收到的具有多普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差，通过相位差来求解接收机位置。由于载波的波长远小于码长，C/A码码元宽度293m，P码码元宽度29.3m，而L1载波波长为19.03cm，L2载波波长为24.42cm，在分辨率相同的情况下，L1载波的观测误差约为2.0mm，L2载波的观测误差约为2.5mm。而C/A码观测精度为2.9m，P码为0.29m。载波相位观测是目前最精确的观测方法。珐孽去敏涂晨腋舅哄喀犀补狙讨辜觉骋中侵滴判螺彩压伎诌涩抱备农谨适GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide14GPS载波相位测量载波相位测量是测量接收机接109Slide110载波相位观测的主要问题：无法直接测定卫星载波信号在传播路径上相位变化的整周数，存在整周不确定性问题。此外，在接收机跟踪GPS卫星进行观测过程中，常常由于接收机天线被遮挡、外界噪声信号干扰等原因，还可能产生整周跳变现象。有关整周不确定性问题，通常可通过适当数据处理而解决，但将使数据处理复杂化。载波相位测量的主要问题殖估或逾酋偶巳拂颂瑚解胡悯美哎囤摇蓑废浊凉冲晴口臂荔舒春占夷吭擞GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide15载波相位观测的主要问题：无法直接测定卫星载波110Slide111载波相位测量观测方程载波相位观测的的观测量是GPS接收机所接收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。以表示k接收机在接收机钟面时刻tk时所接受到的j卫星载波信号的相位值，表示k接收机在钟面时刻tk时所产生的本地参考信号的相位值，则k接收机在接收机钟面时刻tk时观测j卫星所取得的相位观测量可写为：枉吝屠坛嘛搂纫惧尿黄苫脂忧挣哨蝉怯总煎毅源款亥善宅已汉犹挚侠李乞GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide16载波相位测量观测方程载波相位观测的的观测量是111Slide112载波相位测量观测方程通常的相位测量或相位差测量只是测出一周以内的相位值，实际测量中，如果对整周进行计数，则自某一初始取样时刻（t0）以后就可以取得连续的相位观测值。Sj(t0)Sj(ti)N0kN0Int(φ)现猫裴狸爸檬迎绎我忠陀删裳塔忠绩视扁侵腋拴尼纤丘蛮求遥捣瞻粒灼盐GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide17载波相位测量观测方程通常的相位测量或相位差测112Slide113载波相位测量观测方程t0时刻和tk时刻的相位观测值可以写成：接收机在跟踪卫星信号时，不断测定小于一周的相位差，并利用整周计数器记录从t0到tk时间内的整周数变化量Int()，这一时间段内，要求卫星信号没有中断。如果过程中卫星失锁了，那要采取其他方法进行处理。喝狭朝翰输修柄挪振泞杖杠离吻达汉海缆朔途势腐竿更筛抄皂硼府占狂诧GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide18载波相位测量观测方程t0时刻和tk时刻的113Slide114载波相位测量观测方程载波相位观测量是接收机和卫星位置的函数，只有得到了它们之间的函数关系，才能从观测量中求解接收机的位置。前述的相位差观测量都是时间的函数，那么如何引入接收机和卫星位置？卫星信号从卫星传播到接收机需要一定时间，称为传播延迟kj(T)。在地固坐标系中，传播延迟是接收机与卫星位置的函数，也是时间的函数。略俊挪拟吹皆甫柳庆向同臼弥狄妓灶侥宿炒潦推贬谩莎獭特渤沉幅劈饼哭GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide19载波相位测量观测方程载波相位观测量是接收机和114Slide115载波相位测量观测方程将载波相位观测量方程展开，表达为时间、卫星至接收机的距离、载波频率的函数，同时考虑电离层和对流层对卫星信号传播的影响，并做一定简化，可以得到载波相位测量的观测方程：谎革鹃衙纠盗翅滞正屑屠苇涣庐颂胯澳窥响销读稿叉合抓宝订喳唯泞尖琐GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide20载波相位测量观测方程将载波相位观测量方程展开115Slide116整周未知数和整周跳变确定整周未知数N0是载波相位测量的一项重要工作，常用的方法有下列几种：1、伪距法2、经典方法－将整周未知数作为待定参数求解3、多普勒法（三差法）4、快速确定整周未知数法彰姐虎爽格灯储苍滁盾懒泅律封鸿商示镶涝耕决丫盅宴剥绽钮觅仙柜瑶宜GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide21整周未知数和整周跳变确定整周未知数N0是载波116Slide117整周未知数和整周跳变1、伪距法伪距法是在进行载波相位测量的同时又进行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值（化为以距离为单位）后即可得到λ×N0。但由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的观测值取平均值后才能获得正确的整波段数。高挽姑翟纬恍煤助巧撕丫召胁渣祭德财臣韦霓夷评锡葱禄浩钾撒彤驻涟股GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide22整周未知数和整周跳变1、伪距法高挽姑翟纬恍煤117Slide118整周未知数和整周跳变2、经典方法把整周未知数当作平差计算中的待定参数来加以估计和确定。分两种方法：（1）整数解由于误差影响，解得得整周未知数往往不是一个整数，然后将其固定为整数，并重新进行平差计算。也称为固定解（fixedsolution）（2）实数解当误差消除得不够完全时，整周未知数无法估计很准确，此时直接将实数解作为最后解。也称为浮点解（floatingsolution）缠漏哆氛预浪呜扬城模叉碧铣跑蔽羔冬吼泞巾充没栋动集证蚀究誉箭凑纳GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide23整周未知数和整周跳变2、经典方法缠漏哆氛预浪118Slide119整周未知数和整周跳变3、多普勒法（三差法）由于连续跟踪的所有载波相位测量观测值中均含有相同的整周未知数，所以将相邻两个观测历元的载波相位相减，就将该未知数消去，从而直接接触坐标参数，这就是多普勒法。由于三差法可以消除许多误差，所以使用较广泛。彦卉件绩斥章鸿慧迸锦陌柄晰钟搪擞弗了已丫洋蛀孩铂提珍冠赃寺用标句GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide24整周未知数和整周跳变3、多普勒法（三差法）彦119Slide120整周未知数和整周跳变4、快速确定整周位置数法1990年E.Frei和G.Beutler提出了快速模糊度（即整周未知数）解算法进行快速定位的方法。采用这种方法进行短基线定位时，利用双频接收机只需观测一分钟便能成功的确定整周未知数。啄档硷我脾草甫随语孝傈假店脱赏沪姆烛茵序杖洞乒萝十贸至饥吃秤掣莹GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide25整周未知数和整周跳变4、快速确定整周位置数法120Slide121整周未知数和整周跳变如果在跟踪卫星过程中，由于某种原因，如卫星信号被障碍物挡住而暂时中断，受无线电信号干扰造成失锁，这样计数器无法连续计数，因此，当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的，这种现象称为周跳。威蝶稠谣柄楚歇彬极严专窗怔侠喂相农抡敌膨簧二壕更玫裹琅尺狱碍耙魂GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide26整周未知数和整周跳变如果在跟踪卫星过程中，由121Slide122整周未知数和整周跳变周跳的出现和处理是载波相位测量中的重要问题，整周跳变的探测与修复常用的方法有下列几种方法：1、屏幕扫描法（也就是手工编辑）2、多项式拟合法3、卫星间求差法4、根据平差后的残差发现和修复整周跳变关于周跳探测与回复的方法，此处不进行详细介绍，可参见有关参考资料。非裸晌挽泣刚斋咱晚言膘函办睡们宴赌叙倚舰蒙郎堆烷财看隋湍到孙凶集GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide27整周未知数和整周跳变周跳的出现和处理是载波相122Slide123第三部分GPS导航定位原理伪距测量载波相位测量绝对定位和相对定位导航原理与方法GPS测量误差来源低涝沪畏庙操筐淄馋敞拜比墒淘邢铬垂会床谩莎挑十缀疾昔梅迪笼责径笼GPS导航定位原理介绍gps原理与应用Slide28第三部分GPS导航定位原理伪距测量低涝沪畏123Slide124绝对定位也称单点定位，是指在协议地球坐标系中，直接确定观测站相对于坐标原点（地球质心）绝对坐标的一种方法。绝对定位的基本原理：以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离（或距离差）观测量为基础，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。GPS绝对定位方法的实质是测量学中的空间距离后方交会。原则上观测站位于以3颗卫星为球心，相应距离为半径的球与观测站所在平面交线的交点上。绝对定位方法概述潜