《GPS定位原理》ppt课件

1、第四章第四章 GPSGPS卫星定位的根本原理卫星定位的根本原理第四讲第四讲 GPSGPS卫星定位的根本原理卫星定位的根本原理掌握掌握GPSGPS静态绝对定位原理；静态绝对定位原理；掌握掌握GPSGPS动态绝对定位原理，了解绝对动态绝对定位原理，了解绝对定位的精度评价；定位的精度评价；掌握掌握GPSGPS相对定位根本原理，差分相对定位根本原理，差分GPSGPS的概念及差分定位原理。的概念及差分定位原理。第四讲第四讲 GPSGPS卫星定位的根本原理卫星定位的根本原理第四讲第四讲 GPSGPS卫星定位的根本原理卫星定位的根本原理掌握掌握GPSGPS静态绝对定位原理；静态绝对定位原理；掌握掌握GPSG

2、PS动态绝对定位原理，了解绝对动态绝对定位原理，了解绝对定位的精度评价；定位的精度评价；掌握掌握GPSGPS相对定位根本原理，差分相对定位根本原理，差分GPSGPS的概念及差分定位原理。的概念及差分定位原理。一、静态绝对定位原理一、静态绝对定位原理0,( )( )( )( )( )( )igijjjjjjjiiiiiii Ii Tixtltm tn tyc tttz ,( )( )( )igjjjjii Ii TRttt0( )( )( )( )ijjjjjiiiiiiiixRtltm tn tyc tz 1. 1.测码伪距绝对定位测码伪距绝对定位一、静态绝对定位原理一、静态绝对定位原理再变形

3、得：当观测四颗以上的卫星时：0( )( )( )( )1iijjjjjiiiiiiixyRtltm tn tzc t 1111102222200( )( )( )( )1( )( )( )( )1( )( )( )( )1jjjjjiiiiiiiiiiiiinnnnniiiiiiRtl tm tn txRtltm tn tyzc tRtltmtnt误差方程为：误差方程为：当添加历元时：当添加历元时：一、静态绝对定位原理一、静态绝对定位原理111111022222200( )( )( )1( )( )( )( )1( )( )( )( )1( )jjjjjjiiiiiiiiiiiiiiinnnn

4、nniiiiiiivl tm tn tRtxvltm tn tRtyzc tvltmtntRt( )( )( )iiiiv ta tTl tiiiiVA TL最小二乘解为：留意：当历元不同时，观测的卫星数量也不同。GPS钟差的变化也应思索到。普通可用多项式表示钟差，将其系数作为未知数，参与平差。或者引入不同的钟差未知数。一、静态绝对定位原理一、静态绝对定位原理1() ()iiTTiiiTA AA L 2.测相伪距绝对定位测相伪距绝对定位一、静态绝对定位原理一、静态绝对定位原理00( )( )( )( )( )ijjjjjjiiiiiiiiixRtltm tn tyNtc tz 11111100

5、2222200( )( )( )1( )10( )( )( )1( )101( )( )( )1( )jjjjjiiiiiiiiiiiiiiinnnnniiiiiivl tm tn tN tRxvltm tn tNtyzc tvltmtntNt12200( )( )( )jjiinniitRtRt( )( )( )( )( )( )iiiiiiiiv ta tXb tte t Nl t以上为一个历元的误差方程，试分析以上为一个历元的误差方程，试分析nt个历元的情况下：个历元的情况下： 1.未知数的个数；未知数的个数； 2.可以建立的方程个数；可以建立的方程个数； 3.观测观测4颗卫星，至少需求

6、几个历元才干完成定位。颗卫星，至少需求几个历元才干完成定位。一、静态绝对定位原理一、静态绝对定位原理1.测码伪距动态绝对定位测码伪距动态绝对定位 某一历元同时观测某一历元同时观测4颗以上卫星，即可颗以上卫星，即可解算坐标。测站运动，观丈量将减少。解算坐标。测站运动，观丈量将减少。2.测相伪距动态绝对定位测相伪距动态绝对定位 测相伪距定位观测测相伪距定位观测4颗卫星有几个方程，几个未知数？颗卫星有几个方程，几个未知数？怎样处置？怎样处置？初始化每颗卫星与测站的整周未知数。即未知数变为初始化每颗卫星与测站的整周未知数。即未知数变为4个。个。二、动态绝对定位原理二、动态绝对定位原理什么是动态什么是动

7、态绝对定位？绝对定位？4jjNN 个未知数，个方程三、绝对定位精度评价三、绝对定位精度评价XXXYXZXtYXYYYZYtZXZYZZZttXtYtZttXXYYZZttXXYYZZttXXYYZZqqqqqqqqqqqqqqqqGDOPqqqqPDOPqqqTDOPqHDOPqqVDOPqQDOP(Dilution of DOP(Dilution of PrecisionPrecision几何精度衰减因子几何精度衰减因子空间位置精度衰减因空间位置精度衰减因子子接纳机钟差精度衰减接纳机钟差精度衰减因子因子平面位置精度衰减因平面位置精度衰减因子子高程精度衰减因子高程精度衰减因子第四讲第四讲 GP

8、SGPS卫星定位的根本原理卫星定位的根本原理静态相对定位定义：设在基线两端的静态相对定位定义：设在基线两端的GPS接纳机静止不动，接纳机静止不动，经过延续观测以确定其相对位置关系的定位方法。经过延续观测以确定其相对位置关系的定位方法。原理：经过长时间的观测以便准确确实定整周未知数，当原理：经过长时间的观测以便准确确实定整周未知数，当整周未知数确定的情况下，添加观测时间对精度的影响不大。整周未知数确定的情况下，添加观测时间对精度的影响不大。快速静态定位：一台接纳机作为基站，另一台在附件流动，快速静态定位：一台接纳机作为基站，另一台在附件流动，可快速定位。但是流动站接纳机需求对卫星坚持延续跟踪。可

9、快速定位。但是流动站接纳机需求对卫星坚持延续跟踪。一旦失锁，需求初始化。一旦失锁，需求初始化。一、静态相对对定位原理一、静态相对对定位原理一、静态相对对定位原理一、静态相对对定位原理将观测值直接相减的过程将观测值直接相减的过程叫做求一次差。所获得的叫做求一次差。所获得的结果被当做虚拟观测值，结果被当做虚拟观测值，也叫做载波相位观测值的也叫做载波相位观测值的一次差或单差。一次差或单差。 一单差一单差2T1T1j2jj卫星观测方程：观测方程：一单差一单差111,1,11( )( )( )( )( )( )jjjjITjjtttc t tc ttNt222,2,22( )( )( )( )( )(

10、)jjjjITjjtttc t tc ttNt21212,1,2,1,21( )()( )( ) ( )( )( )( )( )( )jjjjjjjIIjjTTtNtNtttttct tt t ( )jNt( )jIt( )jTt( )t t21( )()( )( )( )jjjjjIjTtc t tNtt 2T1T1j2jj卫星平差模型：平差模型：T1为基站，坐标知。为基站，坐标知。222222201( ) ( )( )( )( )( )( )()jjjjjjIjjjTxtltm tn tyc t tNtzt 22222220111( ) ( )( )( )( )( )11( )()jjjj

11、jjIjjjTxtltm tn tyft tNtzt 忽略大气折射延迟，误差方程：忽略大气折射延迟，误差方程：2222222011( ) ( )( )( )( )( )1( )( )()jjjjjjjjjjxv tltm tn tyft tNltzltt 其中，111111022222222202220222( )( )( )( )( )1( )( )( )( )(11( )1( )( )( )( )jjjjjiiiiinnnnniivN tl tm tn tl txvNtltm tn tltyft tzc tvNtltmtnt)( )jnlt2222222011( ) ( )( )( )(

12、)( )1( )( )()jjjjjjjjjjxv tltm tn tyft tNltzltt 其中，111111022222222202220222( )( )( )( )( )1( )( )( )( )(11( )1( )( )( )( )jjjjjiiiiinnnnniivN tl tm tn tl txvNtltm tn tltyft tzc tvNtltmtnt)( )jnlt2( )( )( )( )( )( )v ta tXB tNc tt tl t多个历元多个历元nt：2VA XB NC tL 12( )( )()tnv tv tv t12( )( )()tna ta ta t

13、12( )( )()tnb tb tb t12( )0( )0()tnc tc tc t12( )( )()tnl tl tl t2()XVABCNLt对载波相位观测值的一次对载波相位观测值的一次差分观测值继续求差，所差分观测值继续求差，所得的结果仍可作为虚拟观得的结果仍可作为虚拟观测值，叫做载波相位观测测值，叫做载波相位观测值的二次差或双差。值的二次差或双差。 二双差二双差单差方程：单差方程：双差方程：双差方程：大气折射延迟的二次差略去不计。大气折射延迟的二次差略去不计。线性化：线性化：二双差二双差21( )( )( )( )( )( )jjjjjIjTtttc t tNtt 2121( )

14、( )( )( )( )kkkjjjtttttN 2222222012011( )( )( )( )11()()kkkkkkkjjxtltm tn tyNz 试列出误差方程式？试列出误差方程式？二双差二双差2222221( )( )( )( )( )kkkkkkxv tltm tn tyNltz 三三差三三差 对二次差继续求差称为对二次差继续求差称为求三次差。引入三差的求三次差。引入三差的目的，主要是为了协助目的，主要是为了协助处理整周未知数的问题。处理整周未知数的问题。 双差方程式：双差方程式：三差方程为：三差方程为：三三差三三差2121( )( )( )( )( )kkkjjjtttttN

15、 2121()( )( )( )( )jkjjkkNNNtNtNtNt21112111( )( )( )( )( )kkkjjttttt22122212( )( )( )( )kkjjtttt一、动态定位的特点一、动态定位的特点二、单点动态定位二、单点动态定位三、伪距差分动态定位三、伪距差分动态定位四、位置差分动态定位四、位置差分动态定位五、载波相位差分五、载波相位差分二二 GPS GPS 动态相对定位原理动态相对定位原理 二二 GPS GPS 动态相对定位原理动态相对定位原理 1 1单基准站差分单基准站差分a.a.位置差分位置差分基站知坐标基站知坐标 求差求差 基站丈量坐标基站丈量坐标流动站

16、丈量坐标流动站丈量坐标 加上加上 基站求得的矫正数基站求得的矫正数b.b.伪距差分伪距差分基站计算基站计算 伪距矫正值和伪距变化率伪距矫正值和伪距变化率矫正数据经过无线电传送给流动站，矫正伪距。矫正数据经过无线电传送给流动站，矫正伪距。完成定位。完成定位。1 1单基准站差分单基准站差分2 2多基准站差分多基准站差分本章小结本章小结把卫星视为把卫星视为“动态的控制点，在已动态的控制点，在已 知其瞬时坐标的条件下，以知其瞬时坐标的条件下，以GPSGPS卫卫星和用户接纳机天线之间的间隔星和用户接纳机天线之间的间隔或间隔差为观丈量，进展空间或间隔差为观丈量，进展空间间隔后方交会，从而确定用户接纳间隔后

17、方交会，从而确定用户接纳机天线相位中心所处的位置。机天线相位中心所处的位置。 本章小结本章小结卫星射电干涉丈量卫星射电干涉丈量多普勒定位法多普勒定位法伪距定位法伪距定位法载波相位丈量载波相位丈量 本章小结本章小结在测定的卫星至接纳机的间隔中，在测定的卫星至接纳机的间隔中，不可防止地包含着两台钟不同步的不可防止地包含着两台钟不同步的误差和电离层、对流层延迟误差影误差和电离层、对流层延迟误差影响，它并不是卫星与接纳机之间的响，它并不是卫星与接纳机之间的实践间隔，所以称之为伪距。实践间隔，所以称之为伪距。 在某一瞬间利用在某一瞬间利用GPSGPS接纳机同时测定接纳机同时测定至少四颗卫星的伪距，根据知的卫至少四颗卫星的伪距，根据知的卫星位置