《GPS北斗定位原理》課件

GPS北斗定位原理投稿人：定位導(dǎo)航系統(tǒng)簡介1定義定位導(dǎo)航系統(tǒng)是利用衛(wèi)星信號來確定用戶位置、時(shí)間和速度的系統(tǒng)。2應(yīng)用廣泛應(yīng)用于交通、農(nóng)業(yè)、軍事、救援等領(lǐng)域，提供精確的定位、導(dǎo)航和時(shí)間服務(wù)。3組成包含空間段、地面控制段和用戶段，協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航功能。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理1信號接收接收機(jī)接收衛(wèi)星發(fā)射的信號。2時(shí)間測量測量信號從衛(wèi)星到接收機(jī)的時(shí)間。3距離計(jì)算根據(jù)時(shí)間和光速計(jì)算衛(wèi)星與接收機(jī)的距離。4定位計(jì)算利用多個(gè)衛(wèi)星的距離信息進(jìn)行定位。GPS系統(tǒng)構(gòu)成及發(fā)展歷程31衛(wèi)星覆蓋全球的31顆衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)1978誕生1978年，美國軍方推出GPS系統(tǒng)2000民用2000年，GPS系統(tǒng)全面開放民用北斗系統(tǒng)構(gòu)成及發(fā)展歷程組成地面控制系統(tǒng)、空間段和用戶段發(fā)展歷程從北斗一號到北斗三號，不斷升級，覆蓋全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位解算1位置計(jì)算通過接收衛(wèi)星信號，計(jì)算出用戶的位置坐標(biāo)。2時(shí)間同步確保用戶接收機(jī)和衛(wèi)星的時(shí)間一致。3信號接收接收來自多個(gè)衛(wèi)星的信號。導(dǎo)航信號頻率與編碼GPS信號使用L1和L2頻段，北斗使用B1和B2頻段。信號采用不同的編碼方式，包括C/A碼、P碼和M碼等，以區(qū)分不同的信號類型和用戶授權(quán)。導(dǎo)航信號包含時(shí)間信息、衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星時(shí)鐘誤差等信息，用于接收機(jī)進(jìn)行定位和導(dǎo)航。衛(wèi)星時(shí)鐘及時(shí)間誤差補(bǔ)償原子鐘衛(wèi)星搭載精密原子鐘，提供精確時(shí)間基準(zhǔn)。信號傳播延遲信號從衛(wèi)星到接收機(jī)傳播需要時(shí)間，造成時(shí)間誤差。接收機(jī)時(shí)鐘誤差接收機(jī)自身時(shí)鐘也存在誤差，需要進(jìn)行同步校正。電離層和對流層延遲改正電離層延遲電離層是地球大氣層中的一部分，包含帶電粒子，會(huì)對無線電信號產(chǎn)生延遲。對流層延遲對流層是地球大氣層中最靠近地球表面的一層，會(huì)因其溫度和密度而影響無線電信號。改正方法使用模型和觀測數(shù)據(jù)，對電離層和對流層延遲進(jìn)行校正，提高定位精度。偽距測量原理信號傳播時(shí)間衛(wèi)星發(fā)送信號到接收機(jī)的時(shí)間間隔被稱為偽距，它包含了衛(wèi)星到接收機(jī)的距離信息，以及接收機(jī)時(shí)鐘誤差和信號傳播延遲等因素。時(shí)間測量接收機(jī)通過測量信號到達(dá)時(shí)間，結(jié)合衛(wèi)星發(fā)送時(shí)間，可以計(jì)算出信號傳播時(shí)間，進(jìn)而估計(jì)衛(wèi)星到接收機(jī)的距離。距離計(jì)算偽距測量原理利用衛(wèi)星信號傳播時(shí)間，結(jié)合光速，可以計(jì)算出衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，為定位解算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。距離測量精度影響因素衛(wèi)星信號強(qiáng)度、多徑效應(yīng)、大氣延遲、接收機(jī)噪聲和衛(wèi)星鐘差等因素都會(huì)影響距離測量精度。相對定位與絕對定位相對定位相對定位是指通過測量目標(biāo)物體與已知位置的參考點(diǎn)之間的距離和方向，從而確定目標(biāo)物體的位置。絕對定位絕對定位是指直接測量目標(biāo)物體與地球坐標(biāo)系的距離和方向，從而確定目標(biāo)物體的位置。單點(diǎn)定位與差分定位1單點(diǎn)定位單點(diǎn)定位通過接收至少四顆衛(wèi)星的信號，計(jì)算出接收機(jī)的位置和時(shí)間。它是一種相對簡單的定位方式，但精度有限，受衛(wèi)星信號誤差和大氣延遲的影響較大。2差分定位差分定位通過參考站提供更精確的衛(wèi)星信號信息，消除單點(diǎn)定位的誤差，從而提高定位精度。它是一種常用的高精度定位技術(shù)，應(yīng)用于測繪、導(dǎo)航等領(lǐng)域。載波相位測量及其應(yīng)用1高精度定位載波相位測量能夠提供厘米級甚至毫米級的定位精度，遠(yuǎn)超偽距測量。2多路徑消除利用多頻載波相位測量可以有效地消除多路徑誤差，提高定位精度。3基線解算載波相位測量可用于基線解算，精確測量兩個(gè)接收機(jī)之間的距離和方位。多徑效應(yīng)及其消除多個(gè)信號路徑導(dǎo)致誤差影響定位精度多種消除技術(shù)GPS接收機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)信號采集接收機(jī)需要具備高靈敏度和低噪聲的信號采集能力，以確保準(zhǔn)確獲取衛(wèi)星信號。頻率跟蹤接收機(jī)需要能夠精確跟蹤衛(wèi)星信號的頻率變化，以確保定位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)處理接收機(jī)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括信號解調(diào)、噪聲濾波、時(shí)間同步等，以獲得定位結(jié)果。定位算法接收機(jī)需要采用高效的定位算法，以實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的定位。北斗接收機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)高靈敏度北斗信號較弱，接收機(jī)需具備高靈敏度，以確保在復(fù)雜環(huán)境下也能有效接收信號。低功耗北斗接收機(jī)通常用于移動(dòng)設(shè)備，因此需要低功耗設(shè)計(jì)，延長電池續(xù)航時(shí)間。抗干擾能力北斗接收機(jī)需要克服來自其他無線電信號的干擾，確保定位結(jié)果的準(zhǔn)確性。多系統(tǒng)兼容未來北斗接收機(jī)需要兼容GPS、GLONASS等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，提升定位精度和可靠性。GPS與北斗的差異比較GPS美國主導(dǎo)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，已建成31顆衛(wèi)星，覆蓋全球。北斗中國自主研發(fā)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，擁有35顆衛(wèi)星，覆蓋全球。融合定位技術(shù)及應(yīng)用多源數(shù)據(jù)融合融合定位技術(shù)利用GPS、北斗、基站、Wi-Fi、藍(lán)牙等多種定位技術(shù)的數(shù)據(jù)，提高定位精度和可靠性。室內(nèi)外無縫定位克服傳統(tǒng)GPS在室內(nèi)定位的局限性，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外定位的無縫銜接，擴(kuò)展應(yīng)用場景。高精度定位融合定位技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級甚至毫米級的定位精度，滿足高精度應(yīng)用需求。應(yīng)用場景在無人駕駛、智慧城市、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、工業(yè)制造等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。移動(dòng)設(shè)備的定位方案GPS芯片大多數(shù)智能手機(jī)都內(nèi)置GPS芯片，可接收衛(wèi)星信號進(jìn)行定位。基站定位利用手機(jī)與基站之間的信號強(qiáng)度進(jìn)行定位，適用于GPS信號較弱的室內(nèi)場景。WiFi定位通過手機(jī)連接的WiFi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位，可以提供室內(nèi)精細(xì)化的位置信息。無人駕駛技術(shù)的定位需求1高精度定位無人駕駛汽車需要高精度定位來確定自身位置，以進(jìn)行安全行駛和路線規(guī)劃。2實(shí)時(shí)定位無人駕駛汽車需要實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)來及時(shí)應(yīng)對道路狀況的變化，并做出相應(yīng)的決策。3多源融合定位為了提高定位精度和可靠性，無人駕駛汽車通常采用多源融合定位技術(shù)，例如GPS、北斗、激光雷達(dá)、攝像頭等。5G時(shí)代的定位挑戰(zhàn)高帶寬、低延遲的5G網(wǎng)絡(luò)為定位技術(shù)提供了新的機(jī)遇，但也帶來了新的挑戰(zhàn)。5G網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和多樣性，使得定位算法需要更加智能和適應(yīng)性強(qiáng)。用戶隱私保護(hù)和數(shù)據(jù)安全是5G時(shí)代定位技術(shù)應(yīng)用面臨的重要問題。農(nóng)業(yè)遙感與精準(zhǔn)耕作遙感監(jiān)測利用衛(wèi)星或無人機(jī)，獲取農(nóng)田的實(shí)時(shí)信息，例如土壤濕度、作物生長狀況、病蟲害情況等。精準(zhǔn)施肥根據(jù)遙感數(shù)據(jù)分析，對不同區(qū)域施用不同類型的肥料，提高肥料利用率，減少環(huán)境污染。精準(zhǔn)灌溉通過遙感監(jiān)測土壤水分狀況，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，減少水資源浪費(fèi)，提高灌溉效率。智慧城市中的定位應(yīng)用交通管理實(shí)時(shí)交通流量監(jiān)測，優(yōu)化交通信號燈控制，提升交通效率，降低擁堵。公共安全緊急救援人員定位，犯罪事件追蹤，提升城市安全保障水平。智慧停車停車場導(dǎo)航，停車位預(yù)訂，優(yōu)化停車資源分配，解決停車難問題。智慧旅游景點(diǎn)導(dǎo)航，路線規(guī)劃，提供個(gè)性化旅游服務(wù)，提升游客體驗(yàn)。工業(yè)制造中的定位需求精確定位工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)引車(AGV)等都需要精準(zhǔn)定位，以確保生產(chǎn)流程的順利進(jìn)行。實(shí)時(shí)追蹤實(shí)時(shí)追蹤生產(chǎn)設(shè)備和物料的位置，方便管理和優(yōu)化生產(chǎn)流程。安全保障定位技術(shù)可以幫助避免碰撞事故，確保生產(chǎn)環(huán)境的安全。軍事領(lǐng)域的定位需求精確制導(dǎo)導(dǎo)彈、炸彈等武器的精確打擊，需要精準(zhǔn)的定位信息。戰(zhàn)場態(tài)勢感知實(shí)時(shí)掌握己方部隊(duì)及敵方目標(biāo)的位置，為作戰(zhàn)指揮提供決策依據(jù)。無人機(jī)作戰(zhàn)無人機(jī)自主飛行、目標(biāo)識(shí)別、攻擊等都需要依賴精確的定位系統(tǒng)。部隊(duì)調(diào)度部隊(duì)的快速部署、機(jī)動(dòng)、協(xié)同作戰(zhàn)，需要定位系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的導(dǎo)航信息。位置服務(wù)的商業(yè)模式基于位置的廣告利用用戶位置信息進(jìn)行精準(zhǔn)廣告推送，提高廣告轉(zhuǎn)化率。位置跟蹤與管理提供人員、車輛、資產(chǎn)等位置跟蹤和管理服務(wù)，提升效率和安全性。導(dǎo)航與出行服務(wù)提供實(shí)時(shí)導(dǎo)航、路線規(guī)劃、交通信息等服務(wù)，便捷用戶出行。定位系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢1高精度定位厘米級甚至毫米級精度定位將成為主流，滿足自動(dòng)駕駛等高精度應(yīng)用需求。2多源融合融合GPS、北斗、GNSS、慣性導(dǎo)航、視覺等多種技術(shù)，提高定位精度和可靠性。3智能化利用人工智能技術(shù)優(yōu)化定位算法，提升定位效率和用戶體驗(yàn)。4全球覆蓋未來定位系統(tǒng)將覆蓋全球范圍，為更廣泛的應(yīng)