《GPS定位原理》ppt課件

1、第四章第四章 GPSGPS衛(wèi)星定位的根本原理衛(wèi)星定位的根本原理第四講第四講 GPSGPS衛(wèi)星定位的根本原理衛(wèi)星定位的根本原理掌握掌握GPSGPS靜態(tài)絕對(duì)定位原理；靜態(tài)絕對(duì)定位原理；掌握掌握GPSGPS動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位原理，了解絕對(duì)動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位原理，了解絕對(duì)定位的精度評(píng)價(jià)；定位的精度評(píng)價(jià)；掌握掌握GPSGPS相對(duì)定位根本原理，差分相對(duì)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。第四講第四講 GPSGPS衛(wèi)星定位的根本原理衛(wèi)星定位的根本原理第四講第四講 GPSGPS衛(wèi)星定位的根本原理衛(wèi)星定位的根本原理掌握掌握GPSGPS靜態(tài)絕對(duì)定位原理；靜態(tài)絕對(duì)定位原理；掌握掌握GPSG

2、PS動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位原理，了解絕對(duì)動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位原理，了解絕對(duì)定位的精度評(píng)價(jià)；定位的精度評(píng)價(jià)；掌握掌握GPSGPS相對(duì)定位根本原理，差分相對(duì)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、靜態(tài)絕對(duì)定位原理一、靜態(tài)絕對(duì)定位原理0,( )( )( )( )( )( )igijjjjjjjiiiiiii Ii Tixtltm tn tyc tttz ,( )( )( )igjjjjii Ii TRttt0( )( )( )( )ijjjjjiiiiiiiixRtltm tn tyc tz 1. 1.測(cè)碼偽距絕對(duì)定位測(cè)碼偽距絕對(duì)定位一、靜態(tài)絕對(duì)定位原理一、靜態(tài)絕對(duì)定位原理再變形

3、得：當(dāng)觀(guān)測(cè)四顆以上的衛(wèi)星時(shí)：0( )( )( )( )1iijjjjjiiiiiiixyRtltm tn tzc t 1111102222200( )( )( )( )1( )( )( )( )1( )( )( )( )1jjjjjiiiiiiiiiiiiinnnnniiiiiiRtl tm tn txRtltm tn tyzc tRtltmtnt誤差方程為：誤差方程為：當(dāng)添加歷元時(shí)：當(dāng)添加歷元時(shí)：一、靜態(tài)絕對(duì)定位原理一、靜態(tài)絕對(duì)定位原理111111022222200( )( )( )1( )( )( )( )1( )( )( )( )1( )jjjjjjiiiiiiiiiiiiiiinnnn

4、nniiiiiiivl tm tn tRtxvltm tn tRtyzc tvltmtntRt( )( )( )iiiiv ta tTl tiiiiVA TL最小二乘解為：留意：當(dāng)歷元不同時(shí)，觀(guān)測(cè)的衛(wèi)星數(shù)量也不同。GPS鐘差的變化也應(yīng)思索到。普通可用多項(xiàng)式表示鐘差，將其系數(shù)作為未知數(shù)，參與平差?；蛘咭氩煌溺姴钗粗獢?shù)。一、靜態(tài)絕對(duì)定位原理一、靜態(tài)絕對(duì)定位原理1() ()iiTTiiiTA AA L 2.測(cè)相偽距絕對(duì)定位測(cè)相偽距絕對(duì)定位一、靜態(tài)絕對(duì)定位原理一、靜態(tài)絕對(duì)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以上為一個(gè)歷元的誤差方程，試分析以上為一個(gè)歷元的誤差方程，試分析nt個(gè)歷元的情況下：個(gè)歷元的情況下： 1.未知數(shù)的個(gè)數(shù)；未知數(shù)的個(gè)數(shù)； 2.可以建立的方程個(gè)數(shù)；可以建立的方程個(gè)數(shù)； 3.觀(guān)測(cè)觀(guān)測(cè)4顆衛(wèi)星，至少需求

6、幾個(gè)歷元才干完成定位。顆衛(wèi)星，至少需求幾個(gè)歷元才干完成定位。一、靜態(tài)絕對(duì)定位原理一、靜態(tài)絕對(duì)定位原理1.測(cè)碼偽距動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位測(cè)碼偽距動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位 某一歷元同時(shí)觀(guān)測(cè)某一歷元同時(shí)觀(guān)測(cè)4顆以上衛(wèi)星，即可顆以上衛(wèi)星，即可解算坐標(biāo)。測(cè)站運(yùn)動(dòng)，觀(guān)丈量將減少。解算坐標(biāo)。測(cè)站運(yùn)動(dòng)，觀(guān)丈量將減少。2.測(cè)相偽距動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位測(cè)相偽距動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位 測(cè)相偽距定位觀(guān)測(cè)測(cè)相偽距定位觀(guān)測(cè)4顆衛(wèi)星有幾個(gè)方程，幾個(gè)未知數(shù)？顆衛(wèi)星有幾個(gè)方程，幾個(gè)未知數(shù)？怎樣處置？怎樣處置？初始化每顆衛(wèi)星與測(cè)站的整周未知數(shù)。即未知數(shù)變?yōu)槌跏蓟款w衛(wèi)星與測(cè)站的整周未知數(shù)。即未知數(shù)變?yōu)?個(gè)。個(gè)。二、動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位原理二、動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位原理什么是動(dòng)態(tài)什么是動(dòng)

7、態(tài)絕對(duì)定位？絕對(duì)定位？4jjNN 個(gè)未知數(shù)，個(gè)方程三、絕對(duì)定位精度評(píng)價(jià)三、絕對(duì)定位精度評(píng)價(jià)XXXYXZXtYXYYYZYtZXZYZZZttXtYtZttXXYYZZttXXYYZZttXXYYZZqqqqqqqqqqqqqqqqGDOPqqqqPDOPqqqTDOPqHDOPqqVDOPqQDOP(Dilution of DOP(Dilution of PrecisionPrecision幾何精度衰減因子幾何精度衰減因子空間位置精度衰減因空間位置精度衰減因子子接納機(jī)鐘差精度衰減接納機(jī)鐘差精度衰減因子因子平面位置精度衰減因平面位置精度衰減因子子高程精度衰減因子高程精度衰減因子第四講第四講 GP

8、SGPS衛(wèi)星定位的根本原理衛(wèi)星定位的根本原理靜態(tài)相對(duì)定位定義：設(shè)在基線(xiàn)兩端的靜態(tài)相對(duì)定位定義：設(shè)在基線(xiàn)兩端的GPS接納機(jī)靜止不動(dòng)，接納機(jī)靜止不動(dòng)，經(jīng)過(guò)延續(xù)觀(guān)測(cè)以確定其相對(duì)位置關(guān)系的定位方法。經(jīng)過(guò)延續(xù)觀(guān)測(cè)以確定其相對(duì)位置關(guān)系的定位方法。原理：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀(guān)測(cè)以便準(zhǔn)確確實(shí)定整周未知數(shù)，當(dāng)原理：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀(guān)測(cè)以便準(zhǔn)確確實(shí)定整周未知數(shù)，當(dāng)整周未知數(shù)確定的情況下，添加觀(guān)測(cè)時(shí)間對(duì)精度的影響不大。整周未知數(shù)確定的情況下，添加觀(guān)測(cè)時(shí)間對(duì)精度的影響不大?？焖凫o態(tài)定位：一臺(tái)接納機(jī)作為基站，另一臺(tái)在附件流動(dòng)，快速靜態(tài)定位：一臺(tái)接納機(jī)作為基站，另一臺(tái)在附件流動(dòng)，可快速定位。但是流動(dòng)站接納機(jī)需求對(duì)衛(wèi)星堅(jiān)持延續(xù)跟蹤?？?/p>

9、快速定位。但是流動(dòng)站接納機(jī)需求對(duì)衛(wèi)星堅(jiān)持延續(xù)跟蹤。一旦失鎖，需求初始化。一旦失鎖，需求初始化。一、靜態(tài)相對(duì)對(duì)定位原理一、靜態(tài)相對(duì)對(duì)定位原理一、靜態(tài)相對(duì)對(duì)定位原理一、靜態(tài)相對(duì)對(duì)定位原理將觀(guān)測(cè)值直接相減的過(guò)程將觀(guān)測(cè)值直接相減的過(guò)程叫做求一次差。所獲得的叫做求一次差。所獲得的結(jié)果被當(dāng)做虛擬觀(guān)測(cè)值，結(jié)果被當(dāng)做虛擬觀(guān)測(cè)值，也叫做載波相位觀(guān)測(cè)值的也叫做載波相位觀(guān)測(cè)值的一次差或單差。一次差或單差。 一單差一單差2T1T1j2jj衛(wèi)星觀(guān)測(cè)方程：觀(guān)測(cè)方程：一單差一單差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衛(wèi)星平差模型：平差模型：T1為基站，坐標(biāo)知。為基站，坐標(biāo)知。222222201( ) ( )( )( )( )( )( )()jjjjjjIjjjTxtltm tn tyc t tNtzt 22222220111( ) ( )( )( )( )( )11( )()jjjj

11、jjIjjjTxtltm tn tyft tNtzt 忽略大氣折射延遲，誤差方程：忽略大氣折射延遲，誤差方程：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多個(gè)歷元多個(gè)歷元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對(duì)載波相位觀(guān)測(cè)值的一次對(duì)載波相位觀(guān)測(cè)值的一次差分觀(guān)測(cè)值繼續(xù)求差，所差分觀(guān)測(cè)值繼續(xù)求差，所得的結(jié)果仍可作為虛擬觀(guān)得的結(jié)果仍可作為虛擬觀(guān)測(cè)值，叫做載波相位觀(guān)測(cè)測(cè)值，叫做載波相位觀(guān)測(cè)值的二次差或雙差。值的二次差或雙差。 二雙差二雙差單差方程：?jiǎn)尾罘匠蹋弘p差方程：雙差方程：大氣折射延遲的二次差略去不計(jì)。大氣折射延遲的二次差略去不計(jì)。線(xiàn)性化：線(xiàn)性化：二雙差二雙差21( )( )( )( )( )( )jjjjjIjTtttc t tNtt 2121( )

14、( )( )( )( )kkkjjjtttttN 2222222012011( )( )( )( )11()()kkkkkkkjjxtltm tn tyNz 試列出誤差方程式？試列出誤差方程式？二雙差二雙差2222221( )( )( )( )( )kkkkkkxv tltm tn tyNltz 三三差三三差 對(duì)二次差繼續(xù)求差稱(chēng)為對(duì)二次差繼續(xù)求差稱(chēng)為求三次差。引入三差的求三次差。引入三差的目的，主要是為了協(xié)助目的，主要是為了協(xié)助處理整周未知數(shù)的問(wèn)題。處理整周未知數(shù)的問(wèn)題。 雙差方程式：雙差方程式：三差方程為：三差方程為：三三差三三差2121( )( )( )( )( )kkkjjjtttttN

15、 2121()( )( )( )( )jkjjkkNNNtNtNtNt21112111( )( )( )( )( )kkkjjttttt22122212( )( )( )( )kkjjtttt一、動(dòng)態(tài)定位的特點(diǎn)一、動(dòng)態(tài)定位的特點(diǎn)二、單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位二、單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位三、偽距差分動(dòng)態(tài)定位三、偽距差分動(dòng)態(tài)定位四、位置差分動(dòng)態(tài)定位四、位置差分動(dòng)態(tài)定位五、載波相位差分五、載波相位差分二二 GPS GPS 動(dòng)態(tài)相對(duì)定位原理動(dòng)態(tài)相對(duì)定位原理 二二 GPS GPS 動(dòng)態(tài)相對(duì)定位原理動(dòng)態(tài)相對(duì)定位原理 1 1單基準(zhǔn)站差分單基準(zhǔn)站差分a.a.位置差分位置差分基站知坐標(biāo)基站知坐標(biāo) 求差求差 基站丈量坐標(biāo)基站丈量坐標(biāo)流動(dòng)站

16、丈量坐標(biāo)流動(dòng)站丈量坐標(biāo) 加上加上 基站求得的矯正數(shù)基站求得的矯正數(shù)b.b.偽距差分偽距差分基站計(jì)算基站計(jì)算 偽距矯正值和偽距變化率偽距矯正值和偽距變化率矯正數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)電傳送給流動(dòng)站，矯正偽距。矯正數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)電傳送給流動(dòng)站，矯正偽距。完成定位。完成定位。1 1單基準(zhǔn)站差分單基準(zhǔn)站差分2 2多基準(zhǔn)站差分多基準(zhǔn)站差分本章小結(jié)本章小結(jié)把衛(wèi)星視為把衛(wèi)星視為“動(dòng)態(tài)的控制點(diǎn)，在已動(dòng)態(tài)的控制點(diǎn)，在已 知其瞬時(shí)坐標(biāo)的條件下，以知其瞬時(shí)坐標(biāo)的條件下，以GPSGPS衛(wèi)衛(wèi)星和用戶(hù)接納機(jī)天線(xiàn)之間的間隔星和用戶(hù)接納機(jī)天線(xiàn)之間的間隔或間隔差為觀(guān)丈量，進(jìn)展空間或間隔差為觀(guān)丈量，進(jìn)展空間間隔后方交會(huì)，從而確定用戶(hù)接納間隔后

17、方交會(huì)，從而確定用戶(hù)接納機(jī)天線(xiàn)相位中心所處的位置。機(jī)天線(xiàn)相位中心所處的位置。 本章小結(jié)本章小結(jié)衛(wèi)星射電干涉丈量衛(wèi)星射電干涉丈量多普勒定位法多普勒定位法偽距定位法偽距定位法載波相位丈量載波相位丈量 本章小結(jié)本章小結(jié)在測(cè)定的衛(wèi)星至接納機(jī)的間隔中，在測(cè)定的衛(wèi)星至接納機(jī)的間隔中，不可防止地包含著兩臺(tái)鐘不同步的不可防止地包含著兩臺(tái)鐘不同步的誤差和電離層、對(duì)流層延遲誤差影誤差和電離層、對(duì)流層延遲誤差影響，它并不是衛(wèi)星與接納機(jī)之間的響，它并不是衛(wèi)星與接納機(jī)之間的實(shí)踐間隔，所以稱(chēng)之為偽距。實(shí)踐間隔，所以稱(chēng)之為偽距。 在某一瞬間利用在某一瞬間利用GPSGPS接納機(jī)同時(shí)測(cè)定接納機(jī)同時(shí)測(cè)定至少四顆衛(wèi)星的偽距，根據(jù)知的衛(wèi)至少四顆衛(wèi)星的偽距，根據(jù)知的衛(wèi)星位置