《GPS靜態(tài)定位原理》課件

GPS靜態(tài)定位原理本課程介紹了GPS靜態(tài)定位原理。投稿人：GPS定位系統(tǒng)概述全球定位系統(tǒng)GPS是全球定位系統(tǒng)的縮寫，是由美國國防部研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它由空間段、控制段和用戶段組成?？臻g段由24顆衛(wèi)星組成，它們以特定軌道運(yùn)行，向地面發(fā)送無線電信號。定位原理接收機(jī)通過接收衛(wèi)星信號，計(jì)算出與衛(wèi)星的距離，然后利用幾何原理，確定接收機(jī)的三維坐標(biāo)。工作原理衛(wèi)星信號接收接收機(jī)接收來自至少四顆衛(wèi)星的信號時間測量接收機(jī)測量信號到達(dá)時間距離計(jì)算利用信號傳播時間計(jì)算衛(wèi)星到接收機(jī)的距離坐標(biāo)定位根據(jù)多個距離信息，計(jì)算接收機(jī)坐標(biāo)GPS信號特點(diǎn)高精度GPS信號可以提供米級甚至厘米級的定位精度。全球覆蓋GPS衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)覆蓋全球，任何地方都可以接收信號。全天候可用GPS系統(tǒng)不受天氣影響，全天候可用。接收機(jī)功能信號接收接收來自衛(wèi)星的信號，包含時間信息和衛(wèi)星位置信息。信號處理對接收到的信號進(jìn)行解碼、校正和濾波，以獲取準(zhǔn)確的時間和位置信息。定位計(jì)算根據(jù)接收到的信號，使用定位算法計(jì)算接收機(jī)的三維坐標(biāo)。數(shù)據(jù)輸出將定位結(jié)果以不同的格式輸出，例如經(jīng)緯度、UTM坐標(biāo)等。坐標(biāo)系統(tǒng)大地坐標(biāo)系以地球橢球面為參考面，用經(jīng)度、緯度和大地高程表示點(diǎn)的位置?？臻g直角坐標(biāo)系以地球質(zhì)心為原點(diǎn)，用三個互相垂直的坐標(biāo)軸表示點(diǎn)的位置。投影坐標(biāo)系將大地坐標(biāo)系投影到平面上，用平面直角坐標(biāo)表示點(diǎn)的位置。偽距測量1衛(wèi)星信號到達(dá)時間測量衛(wèi)星信號從發(fā)射到接收機(jī)的時間2衛(wèi)星軌道信息衛(wèi)星軌道參數(shù)，計(jì)算衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離3偽距衛(wèi)星信號到達(dá)時間與衛(wèi)星軌道信息相結(jié)合，計(jì)算得到偽距載波相位測量1測量原理利用載波相位變化來測量衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離變化。2精度優(yōu)勢相位測量精度遠(yuǎn)高于偽距測量，可達(dá)到毫米級。3應(yīng)用場景適用于高精度定位、大地測量和精密工程等。定位模型數(shù)學(xué)模型通過測量衛(wèi)星信號的時間延遲，計(jì)算出用戶接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離。地球模型考慮地球的形狀、大小和重力場，準(zhǔn)確地計(jì)算用戶的位置。衛(wèi)星軌道模型精確地描述衛(wèi)星在太空中的運(yùn)動軌跡，以便確定衛(wèi)星的位置。幾何幾何法1基本原理利用衛(wèi)星的幾何位置和信號到達(dá)時間，計(jì)算接收機(jī)的位置.2計(jì)算步驟1.測量衛(wèi)星到接收機(jī)的距離.2.利用衛(wèi)星位置和距離信息，計(jì)算接收機(jī)坐標(biāo).3優(yōu)勢簡單易懂，計(jì)算量小，適用于靜態(tài)定位.最小二乘法1誤差最小化通過最小化觀測值與模型預(yù)測值之間的平方誤差之和來確定最佳參數(shù)。2線性模型假設(shè)GPS觀測值與未知參數(shù)之間存在線性關(guān)系。3矩陣求解利用矩陣運(yùn)算求解參數(shù)的最佳估計(jì)值，以最大程度地減少觀測誤差。定位精度影響因素大氣層延遲電離層和對流層會影響信號傳播速度，造成誤差。衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘與原子鐘存在偏差，需要進(jìn)行校準(zhǔn)。接收機(jī)噪聲接收機(jī)內(nèi)部噪聲會影響信號接收質(zhì)量，引入誤差。多徑效應(yīng)信號反射會導(dǎo)致接收機(jī)接收多個信號，造成誤差。大氣層延遲1.5米最大誤差電離層和對流層對GPS信號造成延時20厘米典型誤差影響定位精度，尤其在高緯度地區(qū)10厘米修正后利用模型和校正方法可降低影響衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差是指衛(wèi)星內(nèi)部原子鐘與標(biāo)準(zhǔn)時間之間的偏差。由于衛(wèi)星鐘的誤差會影響定位精度，所以需要進(jìn)行鐘差改正。接收機(jī)噪聲影響描述偽距測量誤差降低定位精度載波相位測量誤差降低定位精度多徑效應(yīng)信號反射GPS信號到達(dá)接收機(jī)時，可能會被周圍的物體反射，形成多條信號路徑。誤差影響多徑效應(yīng)會導(dǎo)致接收機(jī)測量到的信號延遲時間不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響定位精度?？臻g幾何構(gòu)型衛(wèi)星數(shù)量定位精度越多越好越高衛(wèi)星高度角定位精度越高越好越高衛(wèi)星分布定位精度均勻分布越高差分GPS提高精度差分GPS通過引入?yún)⒖颊?，消除公共誤差，大幅提升定位精度?；鶞?zhǔn)站校正參考站實(shí)時監(jiān)測衛(wèi)星信號，計(jì)算誤差并發(fā)送給接收機(jī)。誤差補(bǔ)償接收機(jī)利用參考站數(shù)據(jù)對自身測量值進(jìn)行校正，提高定位精度?；鶞?zhǔn)站原理1實(shí)時監(jiān)測基準(zhǔn)站持續(xù)接收來自GPS衛(wèi)星的信號。2精確時間基準(zhǔn)站配備高精度原子鐘，確保時間同步。3數(shù)據(jù)廣播基準(zhǔn)站將自身位置、時間和大氣層延遲等信息廣播出去。單點(diǎn)定位模式單點(diǎn)定位接收機(jī)獨(dú)立接收至少四顆衛(wèi)星的信號，進(jìn)行定位計(jì)算。無需基準(zhǔn)站相對簡單，成本較低，但精度受各種誤差影響。應(yīng)用范圍一般用于非高精度定位需求，如導(dǎo)航、地圖繪制等。相對定位模式1基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)的參考點(diǎn)2移動站未知坐標(biāo)的測量點(diǎn)3差分信號基準(zhǔn)站與移動站的誤差差值相對定位模式利用已知坐標(biāo)的基準(zhǔn)站和未知坐標(biāo)的移動站之間的距離差來計(jì)算移動站的坐標(biāo)。基準(zhǔn)站接收來自衛(wèi)星的信號，并將測量的誤差修正值發(fā)送給移動站。移動站利用這些修正值來提高其定位精度。此模式在工程測量和導(dǎo)航中得到廣泛應(yīng)用。靜態(tài)定位1觀測時間較長2接收機(jī)固定3應(yīng)用基準(zhǔn)站動態(tài)定位1實(shí)時跟蹤持續(xù)更新位置信息2移動物體車輛、船舶等移動目標(biāo)3應(yīng)用場景導(dǎo)航、追蹤、監(jiān)控測試數(shù)據(jù)分析在進(jìn)行GPS靜態(tài)定位后，需要對收集到的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以評估定位精度和可靠性。分析過程包括以下步驟：數(shù)據(jù)預(yù)處理定位結(jié)果計(jì)算誤差分析精度評價平面位置精度1-2厘米級靜態(tài)定位模式5-10米級動態(tài)定位模式高程精度因素影響衛(wèi)星數(shù)量更多衛(wèi)星，更精確大氣層延遲大氣層延遲影響高程精度接收機(jī)噪聲噪聲影響高程測量精度多徑效應(yīng)多徑效應(yīng)降低高程精度應(yīng)用領(lǐng)域地理信息系統(tǒng)GPS靜態(tài)定位可用于建立高精度地理空間數(shù)據(jù)庫，為土地管理、城市規(guī)劃、資源調(diào)查等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。測繪工程可用于控制網(wǎng)測量、地形圖測繪、工程測量等，提高測量精度和效率。精密農(nóng)業(yè)可用于精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)灌溉、病蟲害監(jiān)測等，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和效益。校準(zhǔn)調(diào)整GPS數(shù)據(jù)校準(zhǔn)通過對原始GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，消除誤差，提高定位精度。接收機(jī)參數(shù)調(diào)整根據(jù)實(shí)際環(huán)境，調(diào)整接收機(jī)的參數(shù)設(shè)置，優(yōu)化定位性能。坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換將GPS坐