gps導(dǎo)航定位原理ppt課件-wenkub
2023-05-20 12:15:50 本頁(yè)面
【正文】 航定位原理 ?偽距測(cè)量 ?載波相位測(cè)量 ?絕對(duì)定位和相對(duì)定位 ?導(dǎo)航原理與方法 ?GPS測(cè)量誤差來(lái)源 Slide 30 絕對(duì)定位也稱(chēng)單點(diǎn)定位，是指在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，直接確定觀測(cè)站相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)（地球質(zhì)心）絕對(duì)坐標(biāo)的一種方法。 Slide 26 整周未知數(shù)和整周跳變 快速確定整周位置數(shù)法 1990年 （即整周未知數(shù)）解算法進(jìn)行快速定位的方法。分兩種方法： （ 1）整數(shù)解 由于誤差影響，解得得整周未知數(shù)往往不是一個(gè)整數(shù)，然后將其固定為整數(shù)，并重新進(jìn)行平差計(jì)算。 在地固坐標(biāo)系中，傳播延遲是接收機(jī)與衛(wèi)星位置的函數(shù)，也是時(shí)間的函數(shù)。 Sj(t0) Sj(ti) 0??N0 k N0 Int(φ ) i??Slide 19 載波相位測(cè)量觀測(cè)方程 t0 時(shí)刻和 tk 時(shí)刻的相位觀測(cè)值可以寫(xiě)成： ? ? ? ? ? ? jkjkjk Nttt 0000 ???? ??? ? ? ? ? ? ? ??????? I n tNttt jikijkijk 0??接收機(jī)在跟蹤衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，不斷測(cè)定小于一周的相位差，并利用整周計(jì)數(shù)器記錄從t0 到 tk 時(shí)間內(nèi)的整周數(shù)變化量 Int(?)， 這一時(shí)間段內(nèi)，要求衛(wèi)星信號(hào)沒(méi)有中斷。此外，在接收機(jī)跟蹤 GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)過(guò)程中，常常由于接收機(jī)天線被遮擋、外界噪聲信號(hào)干擾等原因，還可能產(chǎn)生整周跳變現(xiàn)象。 由于載波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于碼長(zhǎng)， C/A碼碼元寬度 293m， P 碼碼元寬度 ， 而 L1載波波長(zhǎng)為 ， L2載波波長(zhǎng)為 ，在分辨率相同的情況下， L1載波的觀測(cè)誤差約為 ， L2載波的觀測(cè)誤差約為。由于電離層改正數(shù)和對(duì)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(jī)鐘差 也作為未知數(shù)，則共有四個(gè)未知數(shù)。 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(cè)方程 假設(shè)衛(wèi)星至觀測(cè)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(jī)鐘嚴(yán)格同步時(shí)，上式所確定的偽距即為站星幾何距離。由于衛(wèi)星時(shí)鐘、接收機(jī)時(shí)鐘的誤差以及無(wú)線電信號(hào)經(jīng)過(guò)電離層和對(duì)流層中的延遲，實(shí)際測(cè)出的距離與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離有一定差值，因此一般稱(chēng)量測(cè)出的距離為偽距。 這兩種方法在 GPS定位中，尚難以獲得廣泛應(yīng)用。 ?由積分多普勒計(jì)數(shù)得出的偽距。 在絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，又都包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種形式。 （ 2）相對(duì)定位：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站與地面某一參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。 GPS定位方法分類(lèi) Slide 3 按用戶接收機(jī)作業(yè)時(shí)所處的狀態(tài)劃分： （ 1）靜態(tài)定位：在定位過(guò)程中，接收機(jī)位置靜止不動(dòng)，是固定的。 GPS定位方法分類(lèi) Slide 4 GPS觀測(cè)量的基本概念 無(wú)論采取何種 GPS定位方法，都是通過(guò)觀測(cè) GPS衛(wèi)星而獲得某種觀測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 ?由干涉法測(cè)量得出的時(shí)間延遲。 目前廣泛應(yīng)用的基本觀測(cè)量主要有碼相位觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量。 用 C/A碼進(jìn)行測(cè)量的偽距為 C/A碼偽距，用 P碼測(cè)量的偽距為 P碼偽距。 為偽距， 為真正幾何距離， 為接收機(jī)和衛(wèi)星之間鐘差。因此，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。 而 C/A碼觀測(cè)精度為 ， P碼為 。有關(guān)整周不確定性問(wèn)題，通?？赏ㄟ^(guò)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。如果過(guò)程中衛(wèi)星失鎖了，那要采取其他方法進(jìn)行處理。 ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ?TttcTttT jkkkjkjkkkjkjk ??????? ?????? /1Slide 21 載波相位測(cè)量觀測(cè)方程 將載波相位觀測(cè)量方程展開(kāi)，表達(dá)為時(shí)間、衛(wèi)星至接收機(jī)的距離、載波頻率的函數(shù)，同時(shí)考慮電離層和對(duì)流層對(duì)衛(wèi)星信號(hào)傳播的影響，并做一定簡(jiǎn)化，可以得到載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程： )()]()([)()()](11[)](11)[()(0tNtTtIcfttftttcftctcftjkjkpjkjkjkjkjkijk?????????? ?????? ??Slide 22 整周未知數(shù)和整周跳變 確定整周未知數(shù) N0是載波相位測(cè)量的一項(xiàng)重要工作，常用的方法有下列幾種： 偽距法 經(jīng)典方法－將整周未知數(shù)作為待定參數(shù)求解 多普勒法（三差法） 快速確定整周未知數(shù)法 Slide 23 整周未知數(shù)和整周跳變 偽距法 偽距法是在進(jìn)行載波相位測(cè)量的同時(shí)又進(jìn)行了偽距測(cè)量，將偽距觀測(cè)值減去載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值（化為以距離為單位）后即可得到 λ N0。也稱(chēng)為固定解（ fixed solution） （ 2）實(shí)數(shù)解 當(dāng)誤差消除得不夠完全時(shí)，整周未知數(shù)無(wú)法估計(jì)很準(zhǔn)確，此時(shí)直接將實(shí)數(shù)解作為最后解。采用這種方法進(jìn)行短基線定位時(shí)，利用雙頻接收機(jī)只需觀測(cè)一分鐘便能成功的確定整周未知數(shù)。 絕對(duì)定位的基本原理：以 GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線之間的距離（或距離差）觀測(cè)量為基礎(chǔ)，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，來(lái)確定接收機(jī)天線所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位，即觀測(cè)站的位置。 相對(duì)定位時(shí)，用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線的兩端，同步觀測(cè)相同的 GPS衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)的相對(duì)位置或基線向量。 相對(duì)定位方法概述 Slide 32 絕對(duì)定位可根據(jù)天線所處的狀態(tài)分為動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位和靜態(tài)絕對(duì)定位。 靜態(tài)絕對(duì)定位 Slide 33 利用偽距觀測(cè)量進(jìn)行靜態(tài)絕對(duì)定位時(shí)，通過(guò)連續(xù)地在不同歷元觀測(cè)不同的衛(wèi)星，測(cè)定衛(wèi)星到觀測(cè)站的偽距，獲得充分的多余觀測(cè)量，然后利用偽距測(cè)量的觀測(cè)方程進(jìn)行求解。整周未知數(shù)解算后，不再為整數(shù)，可將其調(diào)整為整數(shù)，解算出的觀測(cè)站坐標(biāo)稱(chēng)為固定解，否則稱(chēng)為實(shí)數(shù)解。安置在基線端點(diǎn)的接收機(jī)固定不動(dòng)，通過(guò)連續(xù)觀測(cè)，取得充分的多余觀測(cè)數(shù)據(jù)，改善定位精度。各種求差法都是觀測(cè)值的線性組合。 求解過(guò)程也是首先將觀測(cè)方程線性化后求解并確定誤差。 衛(wèi)星導(dǎo)航是用導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航定位信息引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)載體安全到達(dá)目的地的一門(mén)新興科學(xué)。例如，行駛的汽車(chē)和火車(chē)，常用單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位。例如，在航空攝影測(cè)量時(shí)，用 GPS信號(hào)測(cè)量每一個(gè)攝影瞬間的攝站位置，就可以采用后處理差分動(dòng)態(tài)定位。 利用 GPS信號(hào)進(jìn)行時(shí)間傳遞，
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