gps導(dǎo)航定位原理以及定位解算算法

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1、實用標(biāo)準(zhǔn)文案GPS導(dǎo)航定位原理以及定位解算算法?全球定位系統(tǒng)(GPS)是英文GlobalPositioningSystem的字頭縮寫詞的簡稱。它的含義是利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測時和測距，以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。它是由美國國防部主導(dǎo)開發(fā)的一套具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。?????GPS用戶部分的核心是GPS接收機(jī)。其主要由基帶信號處理和導(dǎo)航解算兩部分組成。其中基帶信號處理部分主要包括對GPS衛(wèi)星信號的二維搜索、捕獲、跟蹤、偽距計算、導(dǎo)航數(shù)據(jù)解碼等工作。導(dǎo)航解算部分主要包括根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)中的星歷參數(shù)實時進(jìn)行各可視衛(wèi)星位置計算；根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)中各

2、誤差參數(shù)進(jìn)行星鐘誤差、相對論效應(yīng)誤差、地球自轉(zhuǎn)影響、信號傳輸誤差(主要包括電離層實時傳輸誤差及對流層實時傳輸誤差)等各種實時誤差的計算，并將其從偽距中消除；根據(jù)上述結(jié)果進(jìn)行接收機(jī)PVT（位置、速度、時間）的解算；對各精度因子(DOP)進(jìn)行實時計算和監(jiān)測以確定定位解的精度。????本文中重點討論GPS接收機(jī)的導(dǎo)航解算部分，基帶信號處理部分可參看有關(guān)資料。本文討論的假設(shè)前提是GPS接收機(jī)已經(jīng)對GPS衛(wèi)星信號進(jìn)行了有效捕獲和跟蹤，對偽距進(jìn)行了計算，并對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行了解碼工作。??????1?地球坐標(biāo)系簡述??????要描述一個物體的位置必須要有相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)系，地球表面的GPS接

3、收機(jī)的位置是相對于地球而言的。因此，要描述GPS接收機(jī)的位置，需要采用固聯(lián)于地球上隨同地球轉(zhuǎn)動的坐標(biāo)系、即地球坐標(biāo)系作為參照系。??????地球坐標(biāo)系有兩種幾何表達(dá)形式，即地球直角坐標(biāo)系和地球大地坐標(biāo)系。地球直角坐標(biāo)系的定義是：原點O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向地球赤道面與格林威治子午圈的交點(即0經(jīng)度方向)，Y軸在赤道平面里與XOZ構(gòu)成右手坐標(biāo)系(即指向東經(jīng)90度方向)。??????地球大地坐標(biāo)系的定義是：地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球的短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合。地球表面任意一點的大地緯度為過該點之橢球法線與橢球赤道面的夾角φ，經(jīng)度為該點所在之橢球子午面與

4、格林威治大地子午面之間的夾角λ，該點的高度h為該點沿橢球法線至橢球面的距離。設(shè)地球表面任意一點P在地球直角坐標(biāo)系內(nèi)表達(dá)為P(x，y，z)，在地球大地坐標(biāo)系內(nèi)表達(dá)為P(φ，λ?，h)。則兩者互換關(guān)系為：大地坐標(biāo)系變?yōu)橹苯亲鴺?biāo)系：???????????????????????????????（1）精彩文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案???????式中：n為橢球的卯酉圈曲率半徑，e為橢球的第一偏心率。???????若橢球的長半徑為a，短半徑為b，則有????????????????????????????????????????（2）???????????直角坐標(biāo)系變?yōu)榇蟮刈鴺?biāo)系，可由下述方法

5、求得??????????φ由疊代法獲得???????φc為地心緯度，ep為橢圓率???????可設(shè)初始值φ=φc進(jìn)行疊代，直到

6、φi=1-φi

7、小于某一門限為止。????????這兩種坐標(biāo)系在定位系統(tǒng)中經(jīng)常交叉使用，必須熟悉兩種坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。????????2?GPS定位中主要誤差及消除算法???????GPS定位中的主要誤差有：星鐘誤差，相對論誤差，地球自轉(zhuǎn)誤差，電離層和對流層誤差。???????精彩文檔實用標(biāo)準(zhǔn)文案1）星鐘誤差???????星鐘誤差是由于星上時鐘和GPS標(biāo)準(zhǔn)時之間的誤差形成的，GPS測量以精密測時為依據(jù)，星鐘誤差時間上可達(dá)1ms，造成的距離偏差

8、可達(dá)到300Km，必須加以消除。一般用二項式表示星鐘誤差。???????????????????????（3）???????GPS星歷中通過發(fā)送二項式的系數(shù)來達(dá)到修正的目的。經(jīng)此修正以后，星鐘和GPS標(biāo)準(zhǔn)時之間的誤差可以控制在20ns之內(nèi)。???????2）相對論誤差???????由相對論理論，在地面上具有頻率的時鐘安裝在以速度運(yùn)行的衛(wèi)星上以后，時鐘頻率將會發(fā)生變化，改變量為：???????即衛(wèi)星上時鐘比地面上要慢，要修正此誤差，可采用系數(shù)改進(jìn)的方法。GPS星歷中廣播了此系數(shù)用以消除相對論誤差，可以將相對論誤差控制在70ns以內(nèi)。???????3）地球自轉(zhuǎn)誤差??????

9、?GPS定位采用的是與地球固連的協(xié)議地球坐標(biāo)系，隨地球一起繞z軸自轉(zhuǎn)。衛(wèi)星相對于協(xié)議地球系的位置(坐標(biāo)值)，是相對歷元而言的。若發(fā)射信號的某一瞬間，衛(wèi)星處于協(xié)議坐標(biāo)系中的某個位置，當(dāng)?shù)孛娼邮諜C(jī)接收到衛(wèi)星信號時，由于地球的自轉(zhuǎn)，衛(wèi)星已不在發(fā)射瞬時的位置〔坐標(biāo)值)處了。也就是說，為求解接收機(jī)接收衛(wèi)星信號時刻在協(xié)議坐標(biāo)系中的位置，必須以該時刻的坐標(biāo)系作為求解的參考坐標(biāo)系。而求解衛(wèi)星位置時所使用的時刻為衛(wèi)星發(fā)射信號的時刻。這樣，必須把該時刻求解的衛(wèi)星位置轉(zhuǎn)化到參考坐標(biāo)系中的位置。???????設(shè)地球自轉(zhuǎn)角速度為we，發(fā)射信號瞬時到接收