gps導(dǎo)航定位原理ppt課件-wenkub
2023-05-20 12:15:50 本頁面
【正文】 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 30 絕對定位也稱單點定位，是指在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，直接確定觀測站相對于坐標(biāo)原點（地球質(zhì)心）絕對坐標(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)往往不是一個整數(shù)，然后將其固定為整數(shù)，并重新進行平差計算。 在地固坐標(biāo)系中，傳播延遲是接收機與衛(wèi)星位置的函數(shù)，也是時間的函數(shù)。 Sj(t0) Sj(ti) 0??N0 k N0 Int(φ ) i??Slide 19 載波相位測量觀測方程 t0 時刻和 tk 時刻的相位觀測值可以寫成： ? ? ? ? ? ? jkjkjk Nttt 0000 ???? ??? ? ? ? ? ? ? ??????? I n tNttt jikijkijk 0??接收機在跟蹤衛(wèi)星信號時，不斷測定小于一周的相位差，并利用整周計數(shù)器記錄從t0 到 tk 時間內(nèi)的整周數(shù)變化量 Int(?)， 這一時間段內(nèi)，要求衛(wèi)星信號沒有中斷。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。 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。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)。 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。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。 這兩種方法在 GPS定位中，尚難以獲得廣泛應(yīng)用。 ?由積分多普勒計數(shù)得出的偽距。 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。 （ 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。 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。 ?由干涉法測量得出的時間延遲。 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。 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。 為偽距， 為真正幾何距離， 為接收機和衛(wèi)星之間鐘差。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。 而 C/A碼觀測精度為 ， P碼為 。有關(guān)整周不確定性問題，通?？赏ㄟ^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。如果過程中衛(wèi)星失鎖了，那要采取其他方法進行處理。 ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ?TttcTttT jkkkjkjkkkjkjk ??????? ?????? /1Slide 21 載波相位測量觀測方程 將載波相位觀測量方程展開，表達為時間、衛(wèi)星至接收機的距離、載波頻率的函數(shù)，同時考慮電離層和對流層對衛(wèi)星信號傳播的影響，并做一定簡化，可以得到載波相位測量的觀測方程： )()]()([)()()](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是載波相位測量的一項重要工作，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 偽距法是在進行載波相位測量的同時又進行了偽距測量，將偽距觀測值減去載波相位測量的實際觀測值（化為以距離為單位）后即可得到 λ N0。也稱為固定解（ fixed solution） （ 2）實數(shù)解 當(dāng)誤差消除得不夠完全時，整周未知數(shù)無法估計很準(zhǔn)確，此時直接將實數(shù)解作為最后解。采用這種方法進行短基線定位時，利用雙頻接收機只需觀測一分鐘便能成功的確定整周未知數(shù)。 絕對定位的基本原理：以 GPS衛(wèi)星和用戶接收機天線之間的距離（或距離差）觀測量為基礎(chǔ)，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標(biāo)，來確定接收機天線所對應(yīng)的點位，即觀測站的位置。 相對定位時，用兩臺接收機分別安置在基線的兩端，同步觀測相同的 GPS衛(wèi)星，以確定基線端點的相對位置或基線向量。 相對定位方法概述 Slide 32 絕對定位可根據(jù)天線所處的狀態(tài)分為動態(tài)絕對定位和靜態(tài)絕對定位。 靜態(tài)絕對定位 Slide 33 利用偽距觀測量進行靜態(tài)絕對定位時，通過連續(xù)地在不同歷元觀測不同的衛(wèi)星，測定衛(wèi)星到觀測站的偽距，獲得充分的多余觀測量，然后利用偽距測量的觀測方程進行求解。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)，解算出的觀測站坐標(biāo)稱為固定解，否則稱為實數(shù)解。安置在基線端點的接收機固定不動，通過連續(xù)觀測，取得充分的多余觀測數(shù)據(jù)，改善定位精度。各種求差法都是觀測值的線性組合。 求解過程也是首先將觀測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)運動載體安全到達目的地的一門新興科學(xué)。例如，行駛的汽車和火車，常用單點動態(tài)定位。例如，在航空攝影測量時，用 GPS信號測量每一個攝影瞬間的攝站位置，就可以采用后處理差分動態(tài)定位。 利用 GPS信號進行時間傳遞，
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