《GPS衛(wèi)星導(dǎo)航》PPT課件

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1、第六章GPS衛(wèi)星導(dǎo)航GPS測(cè)量原理及應(yīng)用6.1概述導(dǎo)航的定義：所謂導(dǎo)航，就是引導(dǎo)航行的意思；也就是確定航行體運(yùn)動(dòng)到什么地方和向何方向運(yùn)動(dòng)的意思。導(dǎo)航的首要問(wèn)題就是確定航行體的即時(shí)位置。另外，為現(xiàn)代載體提供精確的導(dǎo)航信息，還需要測(cè)定載體的瞬間速度，精確的時(shí)間，運(yùn)動(dòng)載體的姿態(tài)等狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)而“導(dǎo)引”該運(yùn)動(dòng)載體準(zhǔn)確地駛向預(yù)定的位置。由此可見(jiàn)，導(dǎo)航是一種廣義的動(dòng)態(tài)定位。衛(wèi)星導(dǎo)航：即用導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)載體安全到達(dá)目的地的一門新興科學(xué)。GPS導(dǎo)航的特點(diǎn)：用戶多樣、速度多樣、定位實(shí)時(shí)、數(shù)據(jù)和精度多變。GPS測(cè)量原理及應(yīng)用6.2GPS衛(wèi)星導(dǎo)航原理（1）單點(diǎn)

2、動(dòng)態(tài)定位它是用安設(shè)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)載體上的GPS接收機(jī)，自主地測(cè)得該運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置，從而描繪出運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)行軌跡。所以單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位又叫做絕對(duì)動(dòng)態(tài)定位。（2）實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位它是用安設(shè)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)載體上GPS信號(hào)接收機(jī)，及安設(shè)在一個(gè)基準(zhǔn)站之間的另一臺(tái)GPS接收機(jī)，聯(lián)合測(cè)得該運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置，從而描繪出該運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)行軌道，故差分動(dòng)態(tài)定位又稱相對(duì)動(dòng)態(tài)定位。（3）后處理差分動(dòng)態(tài)定位它和實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位的主要差別在于，在運(yùn)動(dòng)載體和基準(zhǔn)站之間，不必像實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位那樣建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，而是在定位觀測(cè)以后，對(duì)兩臺(tái)GPS接收機(jī)所采集的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)后的聯(lián)合處理，從而計(jì)算出接收

3、機(jī)所在運(yùn)動(dòng)載體在對(duì)應(yīng)時(shí)間上坐標(biāo)位置。從目前GPS導(dǎo)航的應(yīng)用看，主要分以下幾種方法：GPS測(cè)量原理及應(yīng)用6.2.1單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位的基本方程為:利用（6-1）解算用戶位置時(shí)，不是直接求它的三維坐標(biāo)，而是求各個(gè)坐標(biāo)分量的修正量，即給定用戶三維坐標(biāo)的初始值（Xu0,Yu0,Zu0），而求解三維坐標(biāo)的改正值（△Xu,△Yu△Zu））和距離偏差d。對(duì)（6-1）式中Xu，Yu，Zu分別微分，便得到線性方程：GPS測(cè)量原理及應(yīng)用6.2.1單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位其中矩陣:（6-3）GPS測(cè)量原理及應(yīng)用T6.2.1單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位——對(duì)應(yīng)第j顆衛(wèi)星的偽距觀測(cè)值GPS測(cè)量原理及應(yīng)用,

4、6.2.2偽距差分動(dòng)態(tài)定位所謂差分動(dòng)態(tài)定位（DGPS），就是用兩臺(tái)接收機(jī)在兩個(gè)測(cè)站上同時(shí)測(cè)量來(lái)自相同GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號(hào)，用以聯(lián)合測(cè)得動(dòng)態(tài)用戶的精密位置。其中一個(gè)測(cè)站是位于已知坐標(biāo)點(diǎn)，設(shè)在該已知點(diǎn)（又稱基準(zhǔn)點(diǎn)）的GPS信號(hào)接收機(jī)，叫做基準(zhǔn)接收機(jī)。它和安裝在運(yùn)動(dòng)載體上的GPS信號(hào)接收機(jī)（簡(jiǎn)稱為動(dòng)態(tài)接收機(jī)）同時(shí)測(cè)量來(lái)自相同GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號(hào)?；鶞?zhǔn)接收機(jī)所測(cè)得的三維位置與該點(diǎn)已知值進(jìn)行比較，便可獲得GPS定位數(shù)據(jù)的改正值。如果及時(shí)將GPS改正值發(fā)送給若干臺(tái)共視衛(wèi)星用戶的動(dòng)態(tài)接收機(jī)，而改正后者所測(cè)得的實(shí)時(shí)位置，便叫做實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位。圖6-1差分動(dòng)態(tài)定位的

5、原理框圖GPS測(cè)量原理及應(yīng)用6.2.2偽距差分動(dòng)態(tài)定位由式（6-1）可知，基準(zhǔn)站R測(cè)得至GPS衛(wèi)星j的偽距為：（6-4）偽距的改正值為：(6-5)動(dòng)態(tài)接收機(jī)所測(cè)得的偽距：(6-6)動(dòng)態(tài)接收機(jī)所測(cè)得的偽距加改正后為：(6-7)GPS測(cè)量原理及應(yīng)用6.2.2偽距差分動(dòng)態(tài)定位當(dāng)動(dòng)態(tài)用戶遠(yuǎn)離基準(zhǔn)站在1000km以內(nèi)時(shí)，則有:，故（6-7）式變?yōu)椋?6-8)則基準(zhǔn)/動(dòng)態(tài)接收機(jī)的鐘差之差所引起的距離偏差為：(6-9)如果基準(zhǔn)/動(dòng)態(tài)接收機(jī)各觀測(cè)了4顆GPS衛(wèi)星，則按（6-8）列出4個(gè)方程式，可解出4個(gè)未知數(shù)（Xk，Yk，Zk，△dr）。GPS測(cè)量原理及應(yīng)用當(dāng)動(dòng)態(tài)用戶和基準(zhǔn)

6、站同時(shí)觀測(cè)了4顆相同的GPS衛(wèi)星時(shí)，則可得到三個(gè)φ值，從而按上式列出三個(gè)方程式。因?yàn)楣馑賑和載波頻率f是已知的，衛(wèi)星的軌道位置可以按第四章的方法算得，故可按三個(gè)方程式解算出在t時(shí)刻動(dòng)態(tài)用戶位置估值6.2.3動(dòng)態(tài)載波相位差分測(cè)量GPS測(cè)量原理及應(yīng)用6.3GPS用于測(cè)速、測(cè)時(shí)、測(cè)姿態(tài)6.3.1GPS測(cè)速利用GPS信號(hào)測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)動(dòng)速度，叫做GPS測(cè)速。利用GPS信號(hào)進(jìn)行速度測(cè)量，是基于站星距離的測(cè)量。GPS測(cè)量原理及應(yīng)用對(duì)于動(dòng)態(tài)GPS用戶，除了需要確定GPS接收機(jī)載體的實(shí)時(shí)位置，往往還要測(cè)定載體的實(shí)時(shí)航行速度。假設(shè)于歷元t1和t2測(cè)定的載體實(shí)時(shí)位置分別為X1

7、(t1)和X2(t2)，則其運(yùn)動(dòng)速度可簡(jiǎn)單地表示為由此可得載體運(yùn)行方向的速度為GPS測(cè)量原理及應(yīng)用上述測(cè)定航速的方法，不需要新的觀測(cè)量，計(jì)算簡(jiǎn)單，測(cè)速的實(shí)質(zhì)仍是定位。上述計(jì)算是在時(shí)間段?t內(nèi)的平均速度，如果計(jì)算過(guò)程中所取時(shí)間間隔過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)，都難以正確描述載體的實(shí)時(shí)運(yùn)行速度。因此可以采用觀測(cè)載波多普勒頻移的方法，來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)定載體運(yùn)行速度。由于GPS用戶接收機(jī)載體和GPS衛(wèi)星之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，接收機(jī)接收到的GPS載波信號(hào)與衛(wèi)星發(fā)射的載波信號(hào)頻率不同，其間的頻率差稱為多普勒頻移。頻移的大小與接收機(jī)與衛(wèi)星之間距離的變率有關(guān)。GPS測(cè)量原理及應(yīng)用假設(shè)df為多普勒頻移（已知

8、觀測(cè)量），f為衛(wèi)星發(fā)射的載波頻率，c為光速，則有如果