《GPS定位的观测量》课件

GPS定位的观测量GPS定位系统利用卫星信号来确定位置，观测量是GPS系统中的关键数据。定位的基本概念接收机接收机接收来自卫星的信号并进行处理。卫星卫星发射信号，提供时间和位置信息。地图地图提供空间参考框架，用于将接收机位置转换为地理坐标。坐标系与时间系统GPS定位系统使用特定的坐标系和时间系统，以确定物体在地球上的位置。WGS-84坐标系是GPS系统中使用的标准地理坐标系，采用大地经纬度和高程来表示位置。GPS时间系统与UTC时间系统密切相关，但具有微小的偏差。GPS时间系统以1980年1月6日0时0分0秒为基准。卫星的定位原理1接收卫星信号GPS接收机接收来自至少四颗卫星的信号。2测量卫星距离接收机通过测量信号传播时间来计算与卫星的距离。3定位计算根据多个卫星的距离，利用几何原理，计算接收机的位置。伪距测量伪距测量是GPS定位中的一种基本测量方法。它利用卫星信号到达接收机的时间，计算卫星到接收机的距离，即伪距。伪距测量是GPS定位中最常用的方法之一，它可以用于确定接收机的三维坐标。伪距测量是基于卫星发射信号的传播时间来进行的，该时间会受到多种因素的影响，例如大气延迟、卫星钟差和接收机钟差等。相位测量伪距测量相位测量测量信号的到达时间测量信号的相位差精度较低精度较高易受大气和电离层影响不受大气和电离层影响载波波相位测量原理载波波相位测量通过测量信号的相位变化来确定距离。这种方法可以比伪距测量更精确，因为相位测量不受卫星钟差的影响。方法载波波相位测量通过测量信号的相位变化来确定距离，可以使用单频或双频测量。优势载波波相位测量可以获得更高精度的定位结果，但需要更复杂的数据处理过程。应用载波波相位测量广泛应用于各种领域，包括大地测量、工程测量和导航。相位中的常量整周模糊度整周模糊度是相位测量中一个未知的整数常数，代表载波相位循环的整数倍数。它取决于接收机和卫星之间的距离，以及卫星信号传播路径上的大气延迟。接收机钟差接收机钟差是指接收机时钟与卫星时钟之间的偏差，它会影响接收机测量的伪距和载波相位。接收机钟差可以通过卫星信号进行校正。卫星钟差卫星钟差是指卫星时钟与标准时间之间的偏差，它也会影响卫星信号的传播时间，进而影响接收机测量的伪距和载波相位。卫星钟差可以通过卫星导航电文进行校正。电离层延迟电离层延迟是指电离层对卫星信号的延迟，它会影响接收机测量的伪距和载波相位。电离层延迟可以通过双频观测或模型进行校正。相位观测量的建立1测量时间记录接收机接收到卫星信号的精确时间2载波相位测量卫星信号到达接收机时的载波相位3卫星轨道信息使用卫星导航系统提供的卫星轨道信息4大气延迟估计信号传播过程中大气层对信号的延迟影响相位观测量是GPS定位的重要基础，需要通过精确测量才能获得高精度定位结果。伪距观测量的建立1卫星钟差卫星内部时钟误差2大气延迟电离层和对流层延迟3接收机钟差接收机内部时钟误差4多路径效应信号反射引起的误差5卫星轨道误差卫星轨道预报误差伪距观测量的建立过程需要考虑多个误差源。卫星钟差和接收机钟差是由于时钟不精确导致的误差。大气延迟是指信号通过大气层时产生的延迟。多路径效应是由于信号反射导致的误差。卫星轨道误差是指卫星轨道预报误差。这些误差需要在后续的处理过程中进行校正。定位方程基本公式GPS定位方程是基于测距方程推导出来的。测距方程是计算卫星到接收机距离的公式。而定位方程则是利用多个测距方程来确定接收机的坐标。线性方程组定位方程是一个非线性方程组，需要进行线性化处理才能求解。线性化后，可以利用最小二乘法求解接收机的坐标。单点定位的计算步骤接收机观测值接收机接收卫星信号，测量伪距和载波相位。观测值预处理对观测值进行必要的校正，例如卫星钟差、电离层延迟、对流层延迟等。建立定位方程根据观测值和已知参数，建立定位方程，解算出接收机坐标。坐标转换将计算得到的坐标从WGS84坐标系转换到目标坐标系。定位坐标的精度分析定位坐标的精度指的是测定点位置的准确性。影响定位坐标精度的因素主要包括：10卫星数量卫星数量越多，定位精度越高。20卫星几何分布卫星几何分布越理想，定位精度越高。30信号质量信号质量越好，定位精度越高。50大气影响大气影响越小，定位精度越高。GPS测量精度的影响因素11.卫星信号的误差卫星轨道误差和钟差会影响信号传播时间，进而影响定位精度。22.接收机噪声接收机内部噪声会影响信号的接收质量，降低定位精度。33.大气层的影响电离层和对流层会使信号传播路径发生变化，影响信号传播时间。44.多路径效应信号反射会导致多条路径到达接收机，影响信号接收质量。多星观测的优点观测几何条件多星观测可以改善卫星的几何位置，提高定位精度。观测误差多颗卫星观测数据可以进行平均，降低随机误差的影响。数据冗余多星观测提供更多的数据，可用于更可靠的解算和误差分析。双频观测的优点消除电离层延迟双频观测利用不同频率的信号，可以有效消除电离层对信号传播的影响，提高定位精度。提高测量精度双频观测可以提高伪距和载波相位观测量的精度，进而提高定位精度。改善模糊度解算双频观测可以有效地改善模糊度解算，从而提高定位精度。差分定位的基本原理1基准站观测基准站接收卫星信号，并精确计算位置。2差分修正计算基准站与用户站观测误差的差异。3用户站定位用户站利用差分修正值进行定位计算。差分定位利用一个已知位置的基准站，接收卫星信号并进行精确的定位计算。通过比较基准站与用户站之间的观测误差，可以计算出用户站的位置误差。然后，将这些误差修正值传递给用户站，用于改善用户站的定位精度。基线向量的确定1基线向量定义连接两个GPS接收机天线中心的直线称为基线向量，是差分定位计算中最重要的参数之一。2基线向量计算通过已知点坐标和接收机坐标之间的差值，进行坐标转换和向量运算，得到基线向量。3基线向量应用基线向量可以用于计算两个接收机之间的距离、方位角和高差，以及进行差分定位的精度分析。双差观测量的建立1观测值GPS观测值2单差消除卫星钟差和接收机钟差3双差消除电离层延迟和对流层延迟双差观测量可以消除卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟和对流层延迟，从而提高定位精度。双差观测量的建立是通过对不同卫星和不同接收机之间的观测值进行差分来实现的。双差定位计算的步骤1数据预处理数据质量控制和误差校正2形成双差方程利用观测数据建立双差方程组3解算基线向量利用最小二乘法解算未知参数4坐标转换将基线向量转换为地理坐标双差定位计算的步骤包括数据预处理、形成双差方程、解算基线向量和坐标转换。实时动态定位系统11.连续接收卫星信号动态定位系统可以实时接收卫星信号，并进行数据处理。22.精确位置信息动态定位系统可以提供车辆、人员或其他目标的实时位置信息。33.跟踪目标移动动态定位系统可以跟踪目标的移动轨迹，并将其绘制在电子地图上。44.应用领域广泛动态定位系统在交通运输、物流、安全管理等领域都有广泛的应用。动态定位的应用领域导航系统汽车导航、船舶导航、航空导航等。无人机无人机控制、航拍、物流运输。车辆追踪车辆管理、运输监控、货物跟踪。户外活动徒步、登山、探险、救援等。静态相对定位的应用工程测量高精度静态相对定位可用于桥梁、隧道等大型工程的测量。它可提供厘米级甚至毫米级的精度，确保工程的精度和安全。大地测量静态相对定位可用于大地测量，确定地球的形状、大小和重力场。它可用于研究地球板块运动、地壳变形等地质现象。相对定位精度的分析相对定位精度受多种因素影响，包括观测误差、大气延迟、多路径效应、卫星钟差等。通过优化观测策略、采用更高精度的接收机、改进数据处理方法等措施，可以提高相对定位精度。相对定位精度主要由基线长度、观测时间、观测频率、接收机类型等因素决定。基线长度越短，观测时间越长，观测频率越高，接收机精度越高，相对定位精度越高。相对定位精度一般用基线误差来衡量，通常用厘米级或毫米级来表示。高精度相对定位技术可以达到毫米级甚至亚毫米级的精度。高精度相对定位技术卫星网络利用多个卫星同时观测，提高数据量和精度。精密计时采用原子钟等高精度计时系统，提高时间同步精度。双频接收机利用双频信号消除电离层延迟影响，提升定位精度。精密测量设备使用高精度测量仪器，如高精度接收机、高精度天线。相对定位的误差分析大气延迟误差大气折射会影响电磁波传播速度，造成误差。电离层和对流层会引起延迟，影响定位精度。不同频率的电磁波受大气影响程度不同，因此双频观测可以部分消除大气延迟误差。卫星钟差误差卫星钟与地面钟存在时间差异，导致定位误差。卫星钟差可以通过卫星钟改正值来消除。高精度相对定位中，通过双差观测可以有效消除卫星钟差的影响。多路径效应误差卫星信号反射到接收机，导致多路径效应，影响定位精度。多路径效应可以通过天线设计和数据处理方法来减轻。采用低噪声接收机，可以有效提高信噪比，减少多路径效应的影响。接收机误差接收机本身存在误差，例如接收机钟差、噪声等。接收机误差可以通过校准和数据处理方法来减轻。高精度接收机一般都具有高精度时钟，可以有效降低接收机钟差误差。相对定位的数据处理1数据预处理观测值、卫星历书、电离层和对流层数据等2基线向量计算双差观测值建立方程求解3坐标转换将基线向量转换为最终坐标4精度分析评估定位结果的精度数据处理流程是保证相对定位结果准确的关键。对观测数据进行预处理，消除误差影响。通过基线向量计算，确定待测点与参考点的相对位置。坐标转换将结果转换为目标坐标系。最终，需要进行精度分析，评估定位结果的可靠性。实践应用案例分析GPS定位技术在各种领域应用广泛。例如，在测量中，GPS可以快速准确地获取地面点坐标，实现高精度地形测绘和工程测量。在交通运输领域，GPS导航系统可以帮助车辆实时定位，规划最优路线，提高驾驶效率和安全性。在农业领域，GPS可以用于精准农业，优化施肥、灌溉等农事活动，提高作