《GPS定位原理》PPT课件

1、第四章 GPS卫星定位的基本原理,第四讲 GPS卫星定位的基本原理,掌握GPS静态绝对定位原理； 掌握GPS动态绝对定位原理，了解绝对定位的精度评价； 掌握GPS相对定位基本原理，差分GPS的概念及差分定位原理。,学习目标,第四讲 GPS卫星定位的基本原理,第一节 绝对定位原理,第四讲 GPS卫星定位的基本原理,掌握GPS静态绝对定位原理； 掌握GPS动态绝对定位原理，了解绝对定位的精度评价； 掌握GPS相对定位基本原理，差分GPS的概念及差分定位原理。,学习目标,一、静态绝对定位原理,令:,1.测码伪距绝对定位,一、静态绝对定位原理,再变形得： 当观测四颗以上的卫星时：,误差方程为： 当增加

2、历元时：,一、静态绝对定位原理,最小二乘解为： 注意：当历元不同时，观测的卫星数量也不同。GPS钟差的变化也应考虑到。一般可用多项式表示钟差，将其系数作为未知数，参与平差。或者引入不同的钟差未知数。,一、静态绝对定位原理,2.测相伪距绝对定位,一、静态绝对定位原理,以上为一个历元的误差方程，试分析nt个历元的情况下： 1.未知数的个数； 2.可以建立的方程个数； 3.观测4颗卫星，至少需要几个历元才能完成定位。,一、静态绝对定位原理,1.测码伪距动态绝对定位 某一历元同时观测4颗以上卫星，即可 解算坐标。（测站运动，观测量将减少。） 2.测相伪距动态绝对定位 测相伪距定位观测4颗卫星有几个方程

3、，几个未知数？ 怎么处理？ 初始化每颗卫星与测站的整周未知数。即未知数变为4个。,二、动态绝对定位原理,什么是动态 绝对定位？,三、绝对定位精度评价,DOP(Dilution of Precision） 几何精度衰减因子 空间位置精度衰减因子 接收机钟差精度衰减因子 平面位置精度衰减因子 高程精度衰减因子,第四讲 GPS卫星定位的基本原理,第二节 相对定位原理,第二节 相对定位原理,定义：确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法，称为相对定位。 诱因：绝对定位精度不能满足精密定位的要求。 优点：轨道、钟差、大气层延迟误差等具有相关性。用观测方程的不同组合即求差可以大大提高精度。 缺点：多

4、台接收共同作业，作业复杂；数据处理复杂；不能直接获取绝对坐标,静态相对定位定义：设在基线两端的GPS接收机静止不动，通过连续观测以确定其相对位置关系的定位方法。 原理：通过长时间的观测以便精确的确定整周未知数，当整周未知数确定的情况下，增加观测时间对精度的影响不大。 快速静态定位：一台接收机作为基站，另一台在附件流动，可快速定位。但是流动站接收机需要对卫星保持连续跟踪。一旦失锁，需要初始化。,一、静态相对对定位原理,1.观测值的线性组合 常用的差分法有三种形式： （一）同步观测同颗卫星在接收机间求一次差（单差） （二）不同观测站同步观测同组卫星的单差之差（双差） （三）不同历元的双差之差（三差

5、）,一、静态相对对定位原理,将观测值直接相减的过程 叫做求一次差。所获得的 结果被当做虚拟观测值， 也叫做载波相位观测值的 一次差或单差。,（一）单差,单差可消去卫星钟差参数,观测方程：,（一）单差,平差模型：T1为基站，坐标已知。,忽略大气折射延迟，误差方程：,多个历元（nt）：,对载波相位观测值的一次 差分观测值继续求差，所 得的结果仍可作为虚拟观 测值，叫做载波相位观测 值的二次差或双差。,双差可消去两测站接收机的相对钟差改正,（二）双差,单差方程： 双差方程： 大气折射延迟的二次差略去不计。 线性化：,（二）双差,试列出误差方程式？,（二）双差,（三）三差,对二次差继续求差称为 求三次

6、差。引入三差的 目的，主要是为了协助 解决整周未知数的问题。,三差消除了初始整周未知数项 N0。,双差方程式： 三差方程为：,（三）三差,一、动态定位的特点 二、单点动态定位 三、伪距差分动态定位 四、位置差分动态定位 五、载波相位差分,二 GPS 动态相对定位原理,动态相对定位又称为差分定位。 差分GPS定位分类： 实时差分与后处理差分； 单基准站差分与多基准站差分；,二 GPS 动态相对定位原理,一台在运动载体上,两台接收机,一台在基站上静止不动,同步观测,实时位置,（1）单基准站差分,a.位置差分 基站已知坐标 求差 基站测量坐标 流动站测量坐标 加上 基站求得的改正数 b.伪距差分 基

7、站计算 伪距改正值和伪距变化率 改正数据通过无线电传送给流动站，改正伪距。 完成定位。,两者可提供米级定位精度。 c.载波相位差分 测相伪距修正法 将基站的伪距改正值，传送给流动站 载波相位求差法 将载波相位观测值，实时传送给流动站，由流动站根据差分原理完成定位。,（1）单基准站差分,课堂作业！ a.多基准站差分的分类 b.多基准站差分的各自特点及原理,（2）多基准站差分,本章小结,把卫星视为“动态”的控制点，在已 知其瞬时坐标的条件下，以GPS卫 星和用户接收机天线之间的距离 （或距离差）为观测量，进行空间 距离后方交会，从而确定用户接收 机天线相位中心所处的位置。,1GPS定位的实质,本章小结,卫星射电干涉测量 多普勒定位法 伪距定位法 载波相位测量,2GPS的定位方法,本章小结,3伪距,在测定的卫星至接收机的距离中， 不可避免地包含着两台钟不同步的 误差和电离层、对流层延迟误差影 响，它并不是卫星与接收机之间的 实际距离，所以称之为伪距。,在某一瞬间利用GPS接收机同时测定 至少四颗卫星的伪距，根据已知的卫 星位置和伪距观测值，采用距离交会 法求出接收机的三维坐标和时钟改正 数。,4伪距法定位的基本原理,本章小结,本章小结,接收机在某一时刻跟踪卫星信号， 并对恢复后的载