GPS衛(wèi)星定位原理.doc

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1、《GPS測量技術(shù)與應(yīng)用》電子教案第三章GPS衛(wèi)星定位原理第一節(jié)概論第二節(jié)偽距測量原理學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)目的、要求：1、理解GPS定位的實(shí)質(zhì)；2、理解偽距定位法的基本原理；3、掌握偽距的含義。4、載波相位測量的原理教學(xué)內(nèi)容概述：一、GPS衛(wèi)星定位原理概述1．GPS定位原理GPS的定位原理就是利用空間分布的衛(wèi)星以及衛(wèi)星與地面點(diǎn)的距離交會得出地面點(diǎn)位置。簡言之，GPS定位原理是一種空間的距離交會原理。2．GPS定位方法分類利用GPS進(jìn)行定位的方法有很多種。若按照參考點(diǎn)的位置不同，則定位方法可分為（1）絕對定位。即在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，利用一臺接收

2、機(jī)來測定該點(diǎn)相對于協(xié)議地球質(zhì)心的位置，也叫單點(diǎn)定位。這里可認(rèn)為參考點(diǎn)與協(xié)議地球質(zhì)心相重合。GPS定位所采用的協(xié)議地球坐標(biāo)系為WGS-84坐標(biāo)系。因此絕對定位的坐標(biāo)最初成果為WGS-84坐標(biāo)。（2）相對定位。即在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，利用兩臺以上的接收機(jī)測定觀測點(diǎn)至某一地面參考點(diǎn)（已知點(diǎn)）之間的相對位置。也就是測定地面參考點(diǎn)到未知點(diǎn)的坐標(biāo)增量。按用戶接收機(jī)在作業(yè)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，則定位方法可分為（1）靜態(tài)定位。即在定位過程中，將接收機(jī)安置在測站點(diǎn)上并固定不動(dòng)。嚴(yán)格說來，這種靜止?fàn)顟B(tài)只是相對的，通常指接收機(jī)相對與其周圍點(diǎn)位沒有發(fā)生變化。（2

3、）動(dòng)態(tài)定位。即在定位過程中，接收機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。GPS絕對定位和相對定位中，又都包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式。即動(dòng)態(tài)絕對定位、靜態(tài)絕對定位、動(dòng)態(tài)相對定位和靜態(tài)相對定位。若依照測距的原理不同，又可分為測碼偽距法定位、測相偽距法定位、差分定位等。1．GPS測量的基本觀測量由于衛(wèi)星信號含有多種定位信息，根據(jù)不同的要求和方法，可獲得不同的觀測量：（1）測碼偽距觀測量（碼相位觀測量）；（2）測相偽距觀測量（載波相位觀測量）；（3）多普勒積分計(jì)數(shù)偽距差；（4）干涉法測量時(shí)間延遲；目前，在GPS定位測量中，廣泛采用的觀測量為前兩種，即碼相位觀測量和載波

4、相位觀測量。2．測碼偽距測量2．1碼相位測量測碼偽距測量是通過測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)用戶接收機(jī)的傳播時(shí)間，從而計(jì)算出接收機(jī)至衛(wèi)星的距離，即（3-2）式中：——傳播時(shí)間；——光速2．2測碼偽距觀測方程及其線性化GPS采用單程測距原理，要準(zhǔn)確地測定站星之間的距離，必須使衛(wèi)星鐘與用戶接收機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步，同時(shí)考慮大氣層對衛(wèi)星信號的影響。3．測相偽距測量甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院測繪工程系5《GPS測量技術(shù)與應(yīng)用》電子教案3．1載波相位測量載波相位測量是通過測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的載波信號從GPS衛(wèi)星發(fā)射到GPS接收機(jī)的傳播路程上的相位變

5、化，從而確定傳播距離。因而又稱為測相偽距測量。3．2載波信號的傳播時(shí)間衛(wèi)星信號的實(shí)際傳播時(shí)間表示為：（3-26）3．3測相偽距觀測方程及其線性化4．整周未知數(shù)的確定4.1平差待定參數(shù)法4.2快速解算法（FARA）4.3動(dòng)態(tài)法5．周跳的探測分析與修復(fù)周跳就是由于GPS接收機(jī)對于衛(wèi)星信號的失鎖，而導(dǎo)致GPS接收機(jī)中載波相位觀測值中的整周計(jì)數(shù)所發(fā)生的突變。產(chǎn)生周跳的主要原因是衛(wèi)星信號失鎖，例如衛(wèi)星信號被障礙物遮擋而暫時(shí)中斷，或受到無線電信號干擾而造成失鎖等。這些原因都會使計(jì)數(shù)器的整周數(shù)發(fā)生錯(cuò)誤，由于載波相位觀測量為瞬時(shí)觀測值，因此不足一周

6、的小數(shù)部分總能保持正確。重點(diǎn)：1、理解GPS定位的實(shí)質(zhì)；2、理解偽距定位法的基本原理；3、掌握偽距的含義。4、載波相位測量的原理難點(diǎn)：1、理解GPS定位的實(shí)質(zhì)；2、理解偽距定位法的基本原理；3、載波相位測量的原理思考題（作業(yè)）：1．用文字配合公式和圖形說明GPS定位的基本原理。2．GPS定位方法有哪些？各種方法適合于何種測量工作？備注（教學(xué)組織形式、教學(xué)方法與手段等及其它需注明的問題）：采用總分結(jié)構(gòu)的講解形式，首先概括地介紹GPS定位的方式和方法，然后詳細(xì)講述四種定位方法的原理并將其作比較，強(qiáng)調(diào)偽距定位法和載波相位測量法的重要性和優(yōu)

7、越性。隨后由靜態(tài)定位模式過渡到動(dòng)態(tài)定位模式，簡介偽距差分定位的原理、GPS測時(shí)和測速原理，使學(xué)生掌握了GPS定位的理論知識。最后布置作業(yè)題使學(xué)生鞏固本章內(nèi)容。課后記：本章需要學(xué)生了解有關(guān)物理方面的知識，能夠用波的概念來理解偽距定位法和載波相位測量法的基本原理。課后要及時(shí)復(fù)習(xí)，加深對所講知識點(diǎn)的理解，再通過課后作業(yè)鞏固本章內(nèi)容。教材中第四章的開頭也有關(guān)于本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)，可以幫助同學(xué)們有的放矢地復(fù)習(xí)。甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院測繪工程系5《GPS測量技術(shù)與應(yīng)用》電子教案第三章GPS衛(wèi)星定位原理第三節(jié)絕對定位原理第四節(jié)GPS相對定位原理學(xué)時(shí)：2

8、學(xué)時(shí)目的、要求：1、理解絕對定位原理；2、理解GPS相對定位原理；3、掌握常用的三種差分法。教學(xué)內(nèi)容概述：一、絕對定位原理GPS絕對定位又叫單點(diǎn)定位，即以GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離觀測值為基礎(chǔ)，并根據(jù)衛(wèi)星星歷確定的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，