《GPS静态定位原理》课件

GPS静态定位原理本课程介绍了GPS静态定位原理。投稿人：GPS定位系统概述全球定位系统GPS是全球定位系统的缩写，是由美国国防部研发的卫星导航系统，它由空间段、控制段和用户段组成。空间段由24颗卫星组成，它们以特定轨道运行，向地面发送无线电信号。定位原理接收机通过接收卫星信号，计算出与卫星的距离，然后利用几何原理，确定接收机的三维坐标。工作原理卫星信号接收接收机接收来自至少四颗卫星的信号时间测量接收机测量信号到达时间距离计算利用信号传播时间计算卫星到接收机的距离坐标定位根据多个距离信息，计算接收机坐标GPS信号特点高精度GPS信号可以提供米级甚至厘米级的定位精度。全球覆盖GPS卫星网络覆盖全球，任何地方都可以接收信号。全天候可用GPS系统不受天气影响，全天候可用。接收机功能信号接收接收来自卫星的信号，包含时间信息和卫星位置信息。信号处理对接收到的信号进行解码、校正和滤波，以获取准确的时间和位置信息。定位计算根据接收到的信号，使用定位算法计算接收机的三维坐标。数据输出将定位结果以不同的格式输出，例如经纬度、UTM坐标等。坐标系统大地坐标系以地球椭球面为参考面，用经度、纬度和大地高程表示点的位置。空间直角坐标系以地球质心为原点，用三个互相垂直的坐标轴表示点的位置。投影坐标系将大地坐标系投影到平面上，用平面直角坐标表示点的位置。伪距测量1卫星信号到达时间测量卫星信号从发射到接收机的时间2卫星轨道信息卫星轨道参数，计算卫星与接收机之间的距离3伪距卫星信号到达时间与卫星轨道信息相结合，计算得到伪距载波相位测量1测量原理利用载波相位变化来测量卫星与接收机之间的距离变化。2精度优势相位测量精度远高于伪距测量，可达到毫米级。3应用场景适用于高精度定位、大地测量和精密工程等。定位模型数学模型通过测量卫星信号的时间延迟，计算出用户接收机与卫星之间的距离。地球模型考虑地球的形状、大小和重力场，准确地计算用户的位置。卫星轨道模型精确地描述卫星在太空中的运动轨迹，以便确定卫星的位置。几何几何法1基本原理利用卫星的几何位置和信号到达时间，计算接收机的位置.2计算步骤1.测量卫星到接收机的距离.2.利用卫星位置和距离信息，计算接收机坐标.3优势简单易懂，计算量小，适用于静态定位.最小二乘法1误差最小化通过最小化观测值与模型预测值之间的平方误差之和来确定最佳参数。2线性模型假设GPS观测值与未知参数之间存在线性关系。3矩阵求解利用矩阵运算求解参数的最佳估计值，以最大程度地减少观测误差。定位精度影响因素大气层延迟电离层和对流层会影响信号传播速度，造成误差。卫星钟差卫星钟与原子钟存在偏差，需要进行校准。接收机噪声接收机内部噪声会影响信号接收质量，引入误差。多径效应信号反射会导致接收机接收多个信号，造成误差。大气层延迟1.5米最大误差电离层和对流层对GPS信号造成延时20厘米典型误差影响定位精度，尤其在高纬度地区10厘米修正后利用模型和校正方法可降低影响卫星钟差卫星钟差是指卫星内部原子钟与标准时间之间的偏差。由于卫星钟的误差会影响定位精度，所以需要进行钟差改正。接收机噪声影响描述伪距测量误差降低定位精度载波相位测量误差降低定位精度多径效应信号反射GPS信号到达接收机时，可能会被周围的物体反射，形成多条信号路径。误差影响多径效应会导致接收机测量到的信号延迟时间不准确，进而影响定位精度。空间几何构型卫星数量定位精度越多越好越高卫星高度角定位精度越高越好越高卫星分布定位精度均匀分布越高差分GPS提高精度差分GPS通过引入参考站，消除公共误差，大幅提升定位精度。基准站校正参考站实时监测卫星信号，计算误差并发送给接收机。误差补偿接收机利用参考站数据对自身测量值进行校正，提高定位精度。基准站原理1实时监测基准站持续接收来自GPS卫星的信号。2精确时间基准站配备高精度原子钟，确保时间同步。3数据广播基准站将自身位置、时间和大气层延迟等信息广播出去。单点定位模式单点定位接收机独立接收至少四颗卫星的信号，进行定位计算。无需基准站相对简单，成本较低，但精度受各种误差影响。应用范围一般用于非高精度定位需求，如导航、地图绘制等。相对定位模式1基准站已知坐标的参考点2移动站未知坐标的测量点3差分信号基准站与移动站的误差差值相对定位模式利用已知坐标的基准站和未知坐标的移动站之间的距离差来计算移动站的坐标。基准站接收来自卫星的信号，并将测量的误差修正值发送给移动站。移动站利用这些修正值来提高其定位精度。此模式在工程测量和导航中得到广泛应用。静态定位1观测时间较长2接收机固定3应用基准站动态定位1实时跟踪持续更新位置信息2移动物体车辆、船舶等移动目标3应用场景导航、追踪、监控测试数据分析在进行GPS静态定位后，需要对收集到的测试数据进行分析，以评估定位精度和可靠性。分析过程包括以下步骤：数据预处理定位结果计算误差分析精度评价平面位置精度1-2厘米级静态定位模式5-10米级动态定位模式高程精度因素影响卫星数量更多卫星，更精确大气层延迟大气层延迟影响高程精度接收机噪声噪声影响高程测量精度多径效应多径效应降低高程精度应用领域地理信息系统GPS静态定位可用于建立高精度地理空间数据库，为土地管理、城市规划、资源调查等提供基础数据。测绘工程可用于控制网测量、地形图测绘、工程测量等，提高测量精度和效率。精密农业可用于精准施肥、精准灌溉、病虫害监测等，提高农业生产效率和效益。校准调整GPS数据校准通过对原始GPS数据进行处理，消除误差，提高定位精度。接收机参数调整根据实际环境，调整接收机的参数设置，优化定位性能。坐标系统转换将GPS坐