gps導(dǎo)航定位原理ppt課件(已修改)
2025-05-17 12:15 本頁面
【正文】 Slide 1 GPS導(dǎo)航定位原理 ?偽距測量 ?載波相位測量 ?絕對定位和相對定位 ?導(dǎo)航原理與方法 ?GPS測量誤差來源 Slide 2 定位方法分類 按參考點的不同位置劃分為： （ 1）絕對定位（單點定位）：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。 （ 2）相對定位：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測站與地面某一參考點之間的相對位置。 GPS定位方法分類 Slide 3 按用戶接收機作業(yè)時所處的狀態(tài)劃分： （ 1）靜態(tài)定位：在定位過程中，接收機位置靜止不動，是固定的。靜止?fàn)顟B(tài)只是相對的，在衛(wèi)星大地測量中的靜止?fàn)顟B(tài)通常是指待定點的位置相對其周圍點位沒有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測期內(nèi)可以忽略。 （ 2）動態(tài)定位：在定位過程中，接收機天線處于運動狀態(tài)。 在絕對定位和相對定位中，又都包含靜態(tài)和動態(tài)兩種形式。 GPS定位方法分類 Slide 4 GPS觀測量的基本概念 無論采取何種 GPS定位方法，都是通過觀測 GPS衛(wèi)星而獲得某種觀測量來實現(xiàn)的。 GPS衛(wèi)星信號含有多種定位信息，根據(jù)不同的要求，可以從中獲得不同的觀測量，主要包括： ?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。 ?由積分多普勒計數(shù)得出的偽距。 ?由干涉法測量得出的時間延遲。 Slide 5 GPS觀測量的基本概念 采用積分多普勒計數(shù)法進行定位時，所需觀測時間較長，一般數(shù)小時，同時觀測過程中，要求接收機的震蕩器保持高度穩(wěn)定。干涉法測量時，所需設(shè)備較昂貴，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。 這兩種方法在 GPS定位中，尚難以獲得廣泛應(yīng)用。 目前廣泛應(yīng)用的基本觀測量主要有碼相位觀測量和載波相位觀測量。 Slide 6 GPS偽距測量 偽距法定位是由 GPS接收機在某一時刻測出的到四顆以上 GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會的方法（原理與觀測方程將隨后介紹）求定接收機天線所在點的三維坐標(biāo)。 Slide 7 什么叫偽距？ 所測偽距就是由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達 GPS接收機的傳播時間乘以光速所得出的量測距離。由于衛(wèi)星時鐘、接收機時鐘的誤差以及無線電信號經(jīng)過電離層和對流層中的延遲，實際測出的距離與衛(wèi)星到接收機的幾何距離有一定差值，因此一般稱量測出的距離為偽距。 用 C/A碼進行測量的偽距為 C/A碼偽距，用 P碼測量的偽距為 P碼偽距。 Slide 8 偽距法定位特點 偽距法定位雖然一次定位精度不高， P碼定位誤差約為 10m， C/A碼定位誤差為2030m， 但因其具有定位速度快，且無多值性問題等優(yōu)點，仍然是 GPS定位系統(tǒng)進行導(dǎo)航的最基本方法。同時，所測偽距又可作為載波相位測量中解決整波數(shù)不確定問題（整周模糊度）的輔助資料。 Slide 9 sj(t1) sj(t2) X Y Z Yi Xi Zi ?ij(t1) ?ij(t2) GPS定位的幾何關(guān)系 Slide 10 偽距定位觀測方程 假設(shè)衛(wèi)星至觀測站的幾何距離為 ?ij， 在忽略大氣影響的情況下可得相應(yīng)的偽距： jijijijijiji tctccct ????? ???????~當(dāng)衛(wèi)星鐘與接收機鐘嚴格同步時，上式所確定的偽距即為站星幾何距離。 為偽距， 為真正幾何距離， 為接收機和衛(wèi)星之間鐘差。 ji?~ ji?jit?Slide 11 通常 GPS衛(wèi)星的鐘差可從衛(wèi)星發(fā)播的導(dǎo)航電文中獲得，經(jīng)鐘差改正后，各衛(wèi)星之間的時間同步差可保持在 20ns以內(nèi)。如果忽略衛(wèi)星之間鐘差影響，并考慮電離層、對流層折射影響，可得： 偽距定位觀測方程 )()()(~ tTtIttc jigjiijiji ?????? ???Slide 12 偽距定位觀測方程 幾何距離 與衛(wèi)星坐標(biāo)（ Xs, Ys, Zs） 和接收機坐標(biāo)（ X,Y,Z） 之間有如下關(guān)系： ?? ? ? ? ? ? 2222 ZZYYXX sss ???????其中衛(wèi)星坐標(biāo)可根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得，所以式中只包含接收機坐標(biāo)三個未知數(shù)。由于電離層改正數(shù)和對流層改正數(shù)可以按照一定的模型求解出，那么如果將接收機鐘差 也作為未知數(shù)，則共有四個未知數(shù)。因此，接收機必須同時至少測定四顆衛(wèi)星的距離才能解算出接收機的三維坐標(biāo)值。 kt?Slide 13 測碼偽距觀測方程的常用形式如下： 偽距定位觀測方程 式中 j為衛(wèi)星數(shù)， j＝ 1， 2， 3… 。 ? ? ? ? ? ?? ?)()(~2/1222tTtItcZZYYXXjigjijisss?????????????Slide 14 第三部分 GPS導(dǎo)航定位原理 ?偽距測量 ?載波相位測量 ?絕對定位和相對定位 ?導(dǎo)航原理與方法 ?GPS測量誤差來源 Slide 15 GPS載波相位測量 載波相位測量是測量接收機接收到的具有多普勒頻移的載波信號，與接收機產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差，通過相位差來求解接收機位置。 由于載波的波長遠小于碼長， C/A碼碼元寬度 293m， P 碼碼元寬度 ， 而 L1載波波長為 ， L2載波波長為 ，在分辨率相同的情況下， L1載波的觀測誤差約為 ， L2載波的觀測誤差約為。 而 C/A碼觀測精度為 ， P碼為 。 載波相位觀測是目前最精確的觀測方法。 Slide 16 載波相位觀測的主要問題：無法直接測定衛(wèi)星載波信號在傳播路徑上相位變化的整周數(shù)，存在整周不確定性問題。此外，在接收機跟蹤 GPS衛(wèi)星進行觀測過程中，常常由于接收機天線被遮擋、外界噪聲信號干擾等原因，還可能產(chǎn)生整周跳變現(xiàn)象。有關(guān)整周不確定性問題，通常可通過適當(dāng)數(shù)據(jù)處理而解決，但將使數(shù)據(jù)處理復(fù)雜化。 載波相位測量的主要問題 Slide 17 載波相位測量觀測方程 載波相位觀測的的觀測量是 GPS接收機所接收的衛(wèi)星載波信號與接收機本振參考信號的相位差。以 表示 k接收機在接收機鐘面時刻 tk時所接受到的 j衛(wèi)星載波信號的相位值， 表示 k接收機在鐘面時刻 tk時所產(chǎn)生的本地參考信號的相位值，則 k接收機在接收機鐘面時刻 tk時觀測 j衛(wèi)星所取得的相位觀測量可寫為： ? ?kjk t?? ?kk t?? ? ? ? ? ?kkkjkkjk ttt ?? ???Slide 18 載波相位測量觀測方程 通常的相位測量或相位差測量只
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