GPS原理-第五章 GPS衛(wèi)星定位基本原理.ppt

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1、第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理GPS定位的方法與觀測(cè)量1GPS的基本定位原理:衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息,用戶接收到這些信息后,經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置,三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。2GPS定位的方法絕對(duì)定位(單點(diǎn)定位)在地球協(xié)議坐標(biāo)系中,確定觀測(cè)站相對(duì)地球質(zhì)心的位置(認(rèn)為參考點(diǎn)與地球質(zhì)心相重合)相對(duì)定位在地球協(xié)議坐標(biāo)系中,確定觀測(cè)站與某一地面參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置按參考點(diǎn)的位置不同分類3GPS定位的方法按接收機(jī)在作業(yè)中所處的狀態(tài)靜態(tài)定位在定位的過程中,接收機(jī)的位置是固定不動(dòng)的。動(dòng)態(tài)定位在定位的過程中天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)4GPS定

2、位的方法獲得定位結(jié)果的時(shí)效事后定位實(shí)時(shí)定位觀測(cè)值類型偽距測(cè)量載波相位測(cè)量5GPS觀測(cè)量根據(jù)碼相位觀測(cè)得出的偽距根據(jù)載波相位觀測(cè)得出的偽距由積分多普勒計(jì)算得出的偽距差由干涉法測(cè)量得出的時(shí)間延遲。6GPS定位的基本原理需解決的兩個(gè)關(guān)鍵問題如何確定衛(wèi)星的位置如何測(cè)量出站星距離75.2偽距測(cè)量雙程測(cè)距用于電磁波測(cè)距儀單程測(cè)距用于GPS測(cè)距方法8碼相位觀測(cè)和載波相位測(cè)量碼相位觀測(cè):測(cè)量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)(C/A碼或P碼),到達(dá)用戶接收天線的傳播時(shí)間,因此這種方法,也稱為時(shí)間延遲測(cè)量。載波相位測(cè)量:是測(cè)量接收機(jī)接收到的,具有多普勒頻移的載波信號(hào),與

3、接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)之間的相位差。是目前最精確的觀測(cè)方法。9為什么叫偽距全球定位系統(tǒng)采用單程測(cè)距原理,必須使衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步。在實(shí)踐中,不可避免的含有衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘非同步的影響,為了與幾何距離相區(qū)別,把這種含有鐘差影響的距離,通常稱為“偽距”。為簡(jiǎn)述方便,碼相位觀測(cè)確定的距離,稱為測(cè)碼偽距;由載波相位觀測(cè)的偽距,稱為測(cè)相偽距。10測(cè)距碼C/A碼(測(cè)距時(shí)有模糊度)P碼11信號(hào)傳播時(shí)間測(cè)距碼測(cè)距原理①距離測(cè)定的基本思路信號(hào)(測(cè)距碼)傳播時(shí)間的測(cè)定信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)定12測(cè)距碼測(cè)距原理②利用測(cè)距碼測(cè)距的必要條件必須了解測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)利用

4、測(cè)距碼進(jìn)行測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)采用的是CDMA(碼分多址)技術(shù)易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào)可提高測(cè)距精度便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理(如AS)每顆GPS衛(wèi)星都采用特定的偽隨機(jī)噪聲碼微弱信號(hào)的捕獲13偽距測(cè)量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)無模糊度缺點(diǎn)精度低145.3載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量155.3載波相位測(cè)量的基本原理理想情況實(shí)際情況16載波相位觀測(cè)值觀測(cè)值整周計(jì)數(shù)整周未知數(shù)(整周模糊度)載波相位觀測(cè)值17載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)--重建載波將非連續(xù)的載波信號(hào)恢復(fù)成連續(xù)的載波信號(hào)。載波調(diào)制了電文之后變成了非連續(xù)的波載波相位測(cè)量5.3載波相位測(cè)量18載波相位測(cè)量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)精度高,測(cè)距精度

5、可達(dá)0.1mm量級(jí)難點(diǎn)整周未知數(shù)問題整周跳變問題19載波相位測(cè)量的主要問題無法直接進(jìn)行測(cè)量衛(wèi)星載波信號(hào)在傳播路線上相位變化的整周數(shù),因存在整周不確定性的問題。GPS衛(wèi)星測(cè)量受到阻擋、外界噪聲的干擾,還可能產(chǎn)生整周跳變現(xiàn)象。205.4絕對(duì)定位(單點(diǎn)定位)215.4絕對(duì)定位(單點(diǎn)定位)絕對(duì)定位:利用GPS確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84中的絕對(duì)位置?;驹恚菏且訥PS衛(wèi)星和用戶天線之間的距離(或距離差)觀測(cè)量為基礎(chǔ),并根據(jù)已知衛(wèi)星的瞬時(shí)坐標(biāo),來確定用戶接收機(jī)天線所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位。衛(wèi)星鐘差:可由導(dǎo)航電文給出。接收機(jī)鐘差:不能確定。因此在一個(gè)觀測(cè)站上,為

6、了實(shí)時(shí)求解四個(gè)位置參數(shù)(3個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)分量和1個(gè)鐘差參數(shù)),至少需要四個(gè)同步偽距觀測(cè)值。225.4絕對(duì)定位(單點(diǎn)定位)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):一臺(tái)接收機(jī)單獨(dú)定位,觀測(cè)簡(jiǎn)單,可瞬時(shí)定位缺點(diǎn):精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響,定位精度低應(yīng)用領(lǐng)域低精度導(dǎo)航、資源普查、軍事、...23單點(diǎn)定位的誤差源及應(yīng)對(duì)方法衛(wèi)星星歷精密星歷衛(wèi)星鐘差精密鐘差、地面跟蹤電離層延遲雙頻改正對(duì)流層延遲模型改正24精密單點(diǎn)定位精密單點(diǎn)定位PPP–PrecisePointPositioning特點(diǎn)主要觀測(cè)值為載波相位采用精密的衛(wèi)星軌道和鐘數(shù)據(jù)采用復(fù)雜的模型定位精度亞分米級(jí)用途全球高精度測(cè)量衛(wèi)星定軌25

7、觀測(cè)衛(wèi)星的幾何分布及其對(duì)絕對(duì)定位精度的影響單點(diǎn)定位的精度取決于:所測(cè)衛(wèi)星在空間的幾何分布,通常稱為衛(wèi)星分布的幾何圖形;觀測(cè)量的精度絕對(duì)定位的精度評(píng)價(jià)采用有關(guān)精度因子DOP(DilutionofPrecision).根據(jù)不同的要求,采用不同的精度評(píng)價(jià)模型和相應(yīng)的精度因子。通常有:平面位置精度因子HDOP(HorizontalDOP).高程精度因子VDOP(VerticalDOP)空間位置精度因子PDOP(PositionDOP)幾何精度因子GDOP(GeometricDOP)接收機(jī)鐘差精度因子TGOP(TimeDOP)2627美國政府的GPS政策

8、SPS與PPSSPS–標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)使用C/A碼,民用2DRMS水平=100m2DRMS垂直=150-170m2DRMS時(shí)間=340nsPPS–精密定位

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