【正文】 第五章 GPS衛(wèi)星定位基本原理* 1? 概述? 偽距測(cè)量（ 重點(diǎn) ）? 載波相位測(cè)量（ 重點(diǎn) 和 難點(diǎn) ）? 整周跳變的修復(fù)? GPS絕對(duì)定位與相對(duì)定位? 美國(guó)的 GPS政策? 差分 GPS定位原理（ 重點(diǎn) 和 難點(diǎn) ）Date 2 概述Date 3測(cè)距交會(huì)? 如圖所示， A、 B為坐標(biāo)已知的控制點(diǎn)， P為待求點(diǎn)，在 A、 B兩點(diǎn)已分別利用全站儀測(cè)了距離 Sa和 Sb。 Date 4無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)? 設(shè)想在地面上有三個(gè)無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，其坐標(biāo)為已知，用戶接收機(jī)在某一時(shí)刻采用無(wú)線電測(cè)距的方法分別測(cè)得了接收機(jī)至三個(gè)發(fā)射臺(tái)的距離 d dd3。只需以三個(gè)發(fā)射臺(tái)為球心，以 d d d3為半徑作出三個(gè)定位球面，即可交會(huì)出用戶接收機(jī)的空間位置。Date 5無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)? 如果只有兩個(gè)無(wú)線電發(fā)射臺(tái)，則可根據(jù)用戶接收機(jī)的概略位置交會(huì)出接收機(jī)的平面位置。Date 6衛(wèi)星激光測(cè)距系統(tǒng)? 近代衛(wèi)星大地測(cè)量中的衛(wèi)星激光測(cè)距定位也是應(yīng)用了測(cè)距交會(huì)定位的原理與方法。雖然用于激光測(cè)距的衛(wèi)星是在不停地運(yùn)動(dòng)中，但總可以利用固定于地面上的三個(gè)已知點(diǎn)上的衛(wèi)星激光測(cè)距儀同時(shí)測(cè)定某一時(shí)刻至衛(wèi)星的空間距離，應(yīng)用測(cè)距交會(huì)的原理便可確定該時(shí)刻衛(wèi)星的空間位置。Date 7GPS定位基本原理? 將無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)從地面電搬到衛(wèi)星上，組成一顆衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，應(yīng)用無(wú)線電測(cè)距交會(huì)原理，便可由三個(gè)以上地面已知點(diǎn)交會(huì)出衛(wèi)星的位置，反之利用三顆以上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會(huì)出地面未知點(diǎn)的位置。這便是GPS衛(wèi)星定位的基本原理。 演示動(dòng)畫Date 8GPS定位基本原理? GPS衛(wèi)星發(fā)射測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航電文，導(dǎo)航電文含有衛(wèi)星的位置信息。用戶用 GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻同時(shí)接收三顆以上的衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量出測(cè)站點(diǎn) (接收機(jī)的天線中心 )P到三顆以上衛(wèi)星的距離并解算出該時(shí)刻衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，據(jù)此利用距離交會(huì)法解算出測(cè)站點(diǎn) P的位置。Date 9GPS定位基本原理? 如圖所示，設(shè)在時(shí)刻 t在測(cè)站點(diǎn) P用 GPS接收機(jī)同時(shí)測(cè)得 P點(diǎn)至三顆 GPS衛(wèi)星的距離，通過GPS電文解譯出該時(shí)刻三顆 GPS衛(wèi)星的三維坐標(biāo)，用距離交會(huì)的方法求得 P點(diǎn)的三維坐標(biāo)。Date 10GPS定位方法? GPS定位的方法是多種多樣的，用戶可以根據(jù)不同的用途采用不同的定位方法。 GPS定位方法可依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，作如下劃分 :Date 11根據(jù)定位所采用的觀測(cè)值? 1)偽距定位? 2)載波相位定位Date 12根據(jù)定位時(shí)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)? 靜態(tài)定位? 對(duì)于固定不動(dòng)的待定點(diǎn)，將 GPS接收機(jī)安裝在上面，觀測(cè)數(shù)分鐘乃至更長(zhǎng)的時(shí)間，以確定該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。Date 13根據(jù)定位時(shí)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)? 動(dòng)態(tài)定位? 至少有一臺(tái)接收機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，測(cè)定的是各觀測(cè)時(shí)刻運(yùn)動(dòng)中的接收機(jī)的點(diǎn)位。Date 14? 絕對(duì)定位? 獨(dú)立確定待定點(diǎn)在坐標(biāo)系統(tǒng)中的絕對(duì)位置的方法稱為絕對(duì)定位或單點(diǎn)定位。Date 15? 相對(duì)定位? 相對(duì)定位是確定同步跟蹤相同的 GPS衛(wèi)星信號(hào)的若干臺(tái)接收機(jī)之間的相對(duì)位置的一種定位方法。Date 16? 差分定位? 在基準(zhǔn)點(diǎn)上觀測(cè)求得大氣折射等改正，并及時(shí)發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站用收到的改正數(shù)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，得精確點(diǎn)位。Date 17? 實(shí)時(shí)定位? 實(shí)時(shí)定位是根據(jù)接收機(jī)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地解算出接收機(jī)天線所在的位置。Date 18? 非實(shí)時(shí)定位? 非實(shí)時(shí)定位又稱后處理定位，它是通過對(duì)接收機(jī)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理以進(jìn)行定位的方法。Date 19小結(jié)Date 20 偽距測(cè)量Date 21 偽距測(cè)量? 定義? 偽距法定位是由 GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)出得到 四 顆以上 GPS衛(wèi)星的偽距以及己知的衛(wèi)星位置，采用距離交會(huì)的方法求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。Date 22 偽距測(cè)量? 所測(cè)偽距就是由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá) GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得出的量測(cè)距離。演示動(dòng)畫Date 23 偽距測(cè)量? 由于衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘的誤差以及無(wú)線電信號(hào)經(jīng)過電離層和對(duì)流層的延遲，實(shí)際測(cè)出的距離 ρ’ 與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離ρ 有一定差值，因此稱量測(cè)出的距離為偽距。Date 24偽距測(cè)量原理Date 25偽距測(cè)量原理方程ρ’—— 偽距測(cè)量值 。ρ—— 衛(wèi)星至接收機(jī)的幾何距離 。c—— 為信號(hào)傳播速度，即光速 。 —— 接收機(jī)鐘差，下標(biāo) k表示接收機(jī)號(hào) 。 —— 衛(wèi)星鐘差，上標(biāo) j表示衛(wèi)星號(hào) 。 —分別為電離層、對(duì)流層改正項(xiàng) 。Date 26偽距定位觀測(cè)方程? 在上式中，電離層和對(duì)流層改正可以按照一定的模型進(jìn)行計(jì)算，衛(wèi)星鐘差可以自導(dǎo)航電文中取得。而幾何距離 ρ 與衛(wèi)星坐標(biāo) (Xs,Ys,Zs )與接收機(jī)坐標(biāo)(X,Y,Z)之間有如下關(guān)系 :Date 27偽距定位觀測(cè)方程? 式中衛(wèi)星坐標(biāo)可根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航電文求出，所以式中只有接收機(jī)坐標(biāo)三個(gè)未知數(shù)。? 如果將接收機(jī)鐘差也作為未知數(shù)，則共有四個(gè)未知數(shù)，接收機(jī)必須同時(shí)至少測(cè)定四顆衛(wèi)星的距離才能解算出接收機(jī)的三維坐標(biāo)值 .因此上兩式可寫成 :Date 28 載波相位測(cè)量Date 29為什么采用載波相位測(cè)量? 載波相位測(cè)量是利用 GPS衛(wèi)星發(fā)射的載波為測(cè)距信號(hào)。? 由于載波的波長(zhǎng) (λ L1＝ 19cm， λ L2＝ 24cm) 比測(cè)距碼波長(zhǎng) (λ C/A=293m,λ p=)要短得多，因此對(duì)載波進(jìn)行相位測(cè)量，就可能得到較高的測(cè)量定位精度。Date 30重建載波? 碼相關(guān)法? 平方法Date 31 載波相位測(cè)量原理Date 32 載波相位測(cè)量原理? 測(cè)站對(duì)某一衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值由三部分組成：(1)初始整周未知數(shù) N0；(2)t0至 ti時(shí)刻的整周記數(shù) Int（ φ ） ；(3)小于一周的 相位差 Δφ(t )如果信號(hào)沒有失鎖，則每一個(gè)觀測(cè)值包含同一個(gè)初始整周未知數(shù) N0 ，為了利用載波相位進(jìn)行定位，必須設(shè)法先解算出初始整周未知數(shù)，取得總觀測(cè)值Date 33 載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程Date 34 整周未知數(shù) N0的確定? 整周未知數(shù) N0的確定是載波相位測(cè)量中特有的問題，也是進(jìn)一步提高 GPS定位精度、提高作業(yè)速度的關(guān)鍵所在。? 目前，確定整周未知數(shù)的方法主要有四種：偽距法、 N0作為未知數(shù)參與平差法、三差法和快速確定整周未知數(shù)法。 Date 3