GPS導(dǎo)航定位原理介紹版

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1、Slide1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Slide2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)

2、兩種形式。GPS定位方法分類Slide3GPS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。Slide4GPS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

3、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。Slide5GPS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)。Slide6什么叫偽距？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

4、碼偽距，用P碼測量的偽距為P碼偽距。Slide7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20-30m，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。Slide8sj(t1)sj(t2)XYZYiXiZi?ij(t1)?ij(t2)GPS定位的幾何關(guān)系Slide9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：當(dāng)衛(wèi)星鐘與接收機鐘嚴(yán)格同步時，上式所確

5、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。Slide10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Slide11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：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

6、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。Slide12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…。Slide13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Slide14GPS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29.3m，而L1載波波長為19.03cm，L2載波波長

7、為24.42cm，在分辨率相同的情況下，L1載波的觀測誤差約為2.0mm，L2載波的觀測誤差約為2.5mm。而C/A碼觀測精度為2.9m，P碼為0.29m。載波相位觀測是目前最精確的觀測方法。Slide15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Slide16載波相位測量觀測方程載波相

8、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。