GPS原理-第五章 GPS卫星定位基本原理
第五章 GPS定位基本原理
第五章 GPS定位基本原理
8
2)、相对定位
• 确定同步跟踪相同的GPS信号的若干台接收机之间的相对 位臵的方法。可以消除许多相同或相近的误差（如卫星钟、 卫星星历、卫星信号传播误差等），定位精度较高。但其 缺点是外业组织实施较为困难，数据处理更为烦琐。
• 在大地测量、工程测量、地壳形变监测等精密定位领域内 得到广泛的应用。
j为卫星数，j=1,2,3,…
第五章 GPS定位基本原理
27
三、用测距码来测定伪距的特点
• 利用测距码测距的必要条件
– 必须了解测距码的结构
（1）易于将微弱的卫星信号提取出来。
卫星信号的强度一般只有噪声强度的万分之一或更低。 只有依据测距码的独特结构，才能将它从噪声的汪洋大海中 提取出来；
第五章 GPS定位基本原理
接收机钟差
t tk t tk (G) t (G) tk t
j j
j
信号真正传播时 间
第五章 GPS定位基本原理 22
如果不考虑大气折射的影响，则有：
' ct c[tk t ]
j
c tk (G ) t (G ) c(tk t )
j j
ρ = τ*C= △t*C 上式求得的距离ρ并不等于卫星至地面测站的真正距 离，称之为伪距。
第五章 GPS定位基本原理 19
二、伪距测量的观测方程
• 码相关法测量伪距时，有一个基本假设，即卫星钟和接 收机钟是完全同步的。
• 但实际上这两台钟之间总是有差异的。因而在R(t) =max 的情况下求得的时延τ就不严格等于卫星信号的传播时间 Δt，它还包含了两台钟不同步的影响在内。
第五章 GPS定位基本原理 17
第五章GPS卫星定位基本原理
测角交会法
B
P
P
A
C
A
B
前方交会
A
B
侧方交会
P
后方交会
A、B和C点坐标已知，P点坐标未知
精品文档
测边（距）交会法
3. 无线电接收机或卫星
▪ 无线电导航定位 ▪ 卫星激光测距定位
P
1)ABC为三个无线电信号发射台,坐标已
知
d1
d3
2)P为用户接收机
d2 A
C 3)采用无线电测距方法测得PA PB PC
3.由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的
λ·No取平均值后才能获得正确的整波段数。
精品文档
5.3.3.1静态方法
二 经典方法
❖ 将整周未知数当做平差中的待定参数
一) 整数解 二) 实数解
精品文档
5.3.3.1静态方法
二 经典方法—整数解
1. 短基线定位时一般采用这种方法。
2 具体步骤：
1)首先根据卫星位置和修复了周跳后的相位观测 值进行平差计算，求得基线向量和整周未知数。
五
Fast ambiguity resolution approach
精品文档
5.3.3.1静态方法 一 伪距法
1.
k j ( N k j) ( N 0 j I( n ) ) P t
所以，得 N0j PInt)(
2.将载波相位测量的观测值(化为以距离为单位)
减去伪距实际观测值后即可得到λ·No。
4.特点 1)适用于导航和低精度测量
2) 定位速度快；
3)可作为载波相位测量中解决整波数不确定问题（模 糊度）的辅助资料。
精品文档
5.2 伪距测量 5.2.1伪距测量
GPS定位原理和简单公式
GPS定位原理和简单公式GPS是全球定位系统的缩写，是一种通过卫星系统来测量和确定地球上的物体位置的技术。
它利用一组卫星围绕地球轨道运行，通过接收来自卫星的信号来确定接收器（GPS设备）的位置、速度和时间等信息。
GPS定位原理基于三角测量原理和时间测量原理。
1.三角测量原理：GPS定位主要是通过测量接收器与卫星之间的距离来确定接收器的位置。
GPS接收器接收到至少4颗卫星的信号，通过测量信号的传播时间得知信号的传播距离，进而利用三角测量原理计算出接收器的位置。
2.时间测量原理：GPS系统中的每颗卫星都具有一个高精度的原子钟，接收器通过接收卫星信号中的时间信息，利用接收时间和发送时间之间的差值，计算出信号传播的时间，从而进一步计算出接收器与卫星之间的距离。
简单的GPS定位公式：1.距离计算公式：GPS接收器与卫星之间的距离可以通过测量信号传播时间得到。
假设接收器与卫星之间的距离为r，光速为c，传播时间为t，则有r=c×t。
2.三角测量公式：GPS定位是通过测量与至少4颗卫星的距离，来计算接收器的位置。
设接收器的位置为(x,y,z)，卫星的位置为(x_i,y_i,z_i)，与卫星的距离为r_i，根据三角测量原理，可得到以下方程：(x-x_1)^2+(y-y_1)^2+(z-z_1)^2=r_1^2(x-x_2)^2+(y-y_2)^2+(z-z_2)^2=r_2^2...(x-x_n)^2+(y-y_n)^2+(z-z_n)^2=r_n^2这是一个非线性方程组，可以通过迭代方法求解，求得接收器的位置。
3.定位算法：GPS定位一般使用最小二乘法来进行计算。
最小二乘法是一种数学优化方法，用于最小化误差的平方和。
在GPS定位中，通过最小化测量距离与计算距离之间的差值的平方和，来确定接收器的位置。
总结：GPS定位原理基于三角测量和时间测量原理，通过测量接收器与卫星之间的距离，利用三角测量公式和最小二乘法来计算接收器的位置。
第五章 GPS卫星定位基本原理-1
gps定位基本原理
gps定位基本原理
GPS定位基本原理是利用卫星进行定位的技术。
GPS系统由一组卫星、地面控制站和用户设备组成。
卫星向地面控制站发送信号，控制站对这些信号进行处理和分析，并将处理后的信息发送给用户设备。
用户设备中的GPS接收器接收到来自卫星的信号，并测量信号的传播时间。
由于信号以光速传播，可以根据传播时间计算出信号的传播距离。
通过接收来自多颗卫星的信号，并计算出这些信号的传播距离，GPS接收器可以确定自身的位置。
为了准确计算位置，GPS接收器需要同时接收来自至少四颗卫星的信号。
每颗卫星都会向接收器发送一个具有时间戳的信号，并通过该时间戳与接收器中的时钟进行同步。
接收器使用来自多颗卫星的信号和时间戳来确定自身的位置。
GPS定位的精度取决于接收器接收到的卫星数量以及这些卫星的几何分布。
当接收器处于开阔地区，能够同时接收到来自多个方向的卫星信号时，定位精度会更高。
但当接收器处于有遮挡物的地区，如高楼大厦或树木茂密的地区，定位精度可能会下降。
总的来说，GPS定位基本原理是通过接收卫星信号并测量信号的传播时间来确定自身位置的。
这种定位技术在许多领域中得到广泛应用，例如导航、车辆追踪和地图绘制等。
gps卫星定位系统工作原理
gps卫星定位系统工作原理
GPS卫星定位系统工作原理如下：
1. GPS卫星发射信号：GPS卫星通过地面控制站向空中发射
无线电信号，信号包含时间信息和卫星的位置信息。
2. 接收信号：GPS接收器收到GPS卫星发射的信号，通常会
接收到来自多颗卫星的信号。
3. 三角定位原理：GPS接收器通过接收多颗卫星的信号，利
用三角定位原理计算自身的位置。
接收器会测量信号的传播时间，因为光在真空中传播的速度是已知的，所以通过测量时间可以计算出信号的传播距离。
4. 定位计算：GPS接收器通过接收到的多颗卫星信号，将自
身的位置坐标与卫星的位置信息进行计算和比对，从而确定自身的准确位置。
5. 误差修正：GPS系统中存在许多误差因素，例如大气影响、钟差等。
GPS接收器会校正这些误差，以提高定位的准确性。
6. 定位结果输出：GPS接收器将计算出的准确位置信息输出
给用户，用户可以通过显示屏等方式查看自身的位置坐标、速度等相关信息。
总的来说，GPS卫星定位系统的工作原理是通过接收多颗卫
星发射的信号，并通过三角定位原理计算自身的位置，再校正误差以提高定位的准确性，最后将定位结果输出给用户。
GPS卫星定位基本原理
GPS卫星定位基本原理
GPS（全球定位系统）卫星定位是一种利用卫星信号来确定地理位置和导航的技术。
1.GPS系统组成：GPS系统由24颗活动卫星和地面控制站组成。
每颗GPS卫星维持一个高精度的原子钟，并将卫星的位置和时间信息发送到地表的控制站。
3.接收器接收信号：GPS接收器是用来接收来自卫星的信号的设备。
接收器使用接收到的信号来计算卫星发射信号的传播时间。
4.信号传播时间测量：当接收器接收到卫星信号时，它会比较信号的到达时间和信号发射时间之间的差异。
差异的值称为传播时间。
5.多个卫星信号接收：为了获得准确的位置信息，接收器需要接收来自至少4颗卫星的信号。
通过接收多个卫星的信号，接收器可以计算出自己相对于卫星的距离。
7.三圆定位原理：GPS接收器是通过测量来自至少4颗卫星的距离来确定自身的位置的。
使用三圆定位原理，接收器可以绘制出3个球面，每个球面的半径等于来自一个卫星的距离。
接收器的位置将会位于这三个球面的交点处。
8.位置计算：通过测量来自至少4颗卫星的距离，接收器可以计算出自身的位置。
这个计算过程通常在接收器内部的计算机芯片中完成。
总结起来，GPS卫星定位是通过接收来自卫星的信号来确定接收位置和时间的技术。
接收器通过测量卫星信号的传播时间，并利用三圆定位原
理计算出自身与卫星之间的距离，进而推算出自身的位置。
这种技术在导航、地图绘制和测量等方面有广泛的应用。
GPS定位基本原理
GPS定位基本原理GPS（全球定位系统）是一种利用地球上的卫星网络进行定位的技术。
它能够提供高精度的位置信息，并广泛应用于导航、地图、车辆追踪等领域。
本文将介绍GPS定位的基本原理。
一、GPS系统概述GPS系统由一组卫星、地面控制站和接收设备组成。
现代化的GPS 系统通常由24颗工作卫星和3颗备用卫星组成，这些卫星分布在地球低轨道上。
地面控制站负责维护卫星轨道和时间同步，并向卫星发送指令。
二、GPS定位原理GPS定位的基本原理是通过测量卫星与接收设备之间的信号传播时间来计算准确的位置。
GPS接收设备内置有多个接收天线，用于接收来自卫星的导航信号。
1. 三角测量原理GPS定位利用了三角测量原理。
当接收设备接收到至少4颗以上的卫星信号后，就可以通过测量信号传输时间来计算卫星与接收设备之间的距离。
接收设备根据这些距离信息，利用三角测量原理计算出自身的准确位置。
2. 卫星钟同步GPS定位还需要考虑卫星和接收设备之间的时间同步问题。
卫星内置高精度的原子钟用于发送导航信号，并提供时间信息。
接收设备通过测量信号传播的时间差，校正卫星和自身设备之间的时间差，以确保定位的准确性。
3. 误差校正GPS定位还需要考虑各种误差对定位结果的影响，并进行相应的校正。
常见的误差包括大气延迟、钟差误差和多径效应等。
大气延迟是由于卫星信号穿过大气层而引起的延迟；钟差误差是卫星和接收设备内部时钟不完全同步所导致的误差；多径效应则是由于信号在传播过程中被建筑物、地形等物体反射而引起的误差。
通过采用差分定位、精密码和半载波技术等手段，可以对这些误差进行校正，提高定位的准确性。
4. 差分定位技术差分定位是一种通过参考站和接收站之间的距离差异进行差分计算来提高定位精度的技术。
参考站会测量准确的位置，并将数据通过无线电信号传输给接收设备进行差分计算。
差分定位可以有效降低多种误差的影响，提高定位的准确性。
三、GPS定位的应用GPS定位技术已广泛应用于各个领域。
gps定位的基本原理和过程
gps定位的基本原理和过程GPS（Global Positioning System）定位是一种利用卫星信号进行位置测量的技术。
它基于特定的定位原理和过程来计算出接收器所在的位置。
下面将介绍GPS定位的基本原理和过程。
GPS定位的基本原理如下：1. 卫星发射信号：GPS系统由一组卫星组成，它们以固定的轨道绕地球运行，发射特定的信号。
这些信号包括导航信息和时间信息。
2. 接收器接收卫星信号：GPS接收器接收来自多个卫星的信号。
GPS接收器需要接收到至少4颗卫星的信号才能进行三维定位，其中3颗用于测量接收器与卫星之间的距离，1颗用于帮助接收器校准时间。
3. 信号测距：接收器通过测量接收到的信号与卫星发射信号的时间差，计算出接收器与卫星之间的距离。
接收器需要准确地记录信号经过大气层的时间延迟，并进行校正以消除这个误差。
4. 定位计算：接收器使用多个卫星的距离信息进行三角测量，计算出接收器的三维位置。
这个计算被称为“定位解算”。
GPS定位的过程如下：1. 启动接收器：将GPS接收器打开，它开始搜索并接收来自卫星的信号。
2. 信号接收：接收器接收到卫星发射的信号，包括导航信息和时间信息。
3. 信号解析：接收器对接收到的信号进行解析，提取出导航和时间信息。
4. 信号测距：接收器测量接收到的信号与卫星发射信号的时间差，计算出接收器与卫星之间的距离。
5. 定位计算：接收器使用多个卫星的距离信息进行三角测量，计算出接收器的三维位置。
6. 显示位置信息：接收器将计算出的位置信息显示在屏幕上，或通过其他方式提供给用户使用。
需要注意的是，GPS定位的精度受到多种因素的影响，包括卫星的数量和位置、大气条件、接收器的性能等。
此外，GPS定位还可以结合其他辅助定位技术，如地基站定位或惯性导航系统，以提高定位精度和可靠性。
综上所述，GPS定位基于卫星发射信号和接收器的信号测距，通过多个卫星的距离信息进行三角测量，计算出接收器的三维位置。
第五章 GPS卫星定位的基本原理(3)
载波相位差分观测量方程
R (N
j 0 j P0 j
N ) (N
j 0
j P
N )
j 2
j P j
j 0 2
(X
X P ) (Y
2
j
YP ) (Z
Z P ) d
RTK的工作原理
单站差分技术的局限
2
用户接收 机钟差
接收机 噪声
C/A码伪距的单点定位和DGPS测量 的精度估值比较
伪距差分定位精度高的原因
消除了GPS卫星时钟偏差的精度损失
（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差 相互抵消）
能够显著减小甚至消除电离层/对流层 效应和星历误差的精度损失
伪距差分的特性
优点：
基准接收机发送的DGPS数据，是所有在视 卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中 4颗以上的伪距改正值。
伪距差分的计算步骤
1. 根据基准站已知坐标（X0,Y0,Z0）和观测到的卫 星星历,计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距 离，如下：
R
j
(X
j
X 0 ) (Y
2
j
Y0 ) ( Z
2
j
Z0)
2
伪距改正数为： 其变化率为：
d
j
j
R 0
j
j
t
j
伪距
伪距差分的计算步骤
2. 基准站将j 和dj发送给用户，用户在测出的 伪距j上加上改正，求出经改正后的伪距：
P (t ) (t ) (t0 ) d (t t0 )
gps定位系统 原理
gps定位系统原理
GPS定位系统是基于卫星定位技术的一种定位系统，它通过接收来自多颗卫星的信号来确定地球上任何一个具体的位置。
其基本原理包括以下几个方面：
1. 卫星发射信号：GPS系统由一组24颗运行在轨道上的卫星组成。
这些卫星随时向地面发射精确的微波信号，其中包含了卫星轨道信息以及当前时间。
2. 接收器接收信号：GPS接收器是用来接收卫星发出的信号并进行处理计算的设备。
它通过天线接收到卫星发射的信号，并将信号传递到接收器中。
3. 信号计算：接收器接收到多个卫星发出的信号后，会计算信号的传播时间，进而计算出每颗卫星和接收器之间的距离。
这是通过测量信号在空气中传播的时间来实现的。
4. 定位计算：一旦接收器计算出距离信息，它会将这些信息发送到一个称为“位置计算器”的软件中。
该软件会通过接收的多个卫星信号，使用三角定位的原理来计算接收器的精确位置。
5. 定位结果：最终，GPS定位系统将通过计算器得到的位置信息以经度和纬度的形式显示出来，可以在相关的设备上实时查看。
需要注意的是，GPS定位系统需要至少同时接收到4颗卫星的信号，才能进行准确的定位。
此外，由于信号在传播过程中可
能会受到大气层、建筑物、树木等物体的干扰，因此在某些条件下，定位的准确性可能会有所降低。
精品课程《GPS原理及应用》课件第5章 GPS卫星导航
利用（2）式解算运动载体的实时点位时，后续点位 的初始坐标值可以依据前一个点位坐标来假定，因 此，关键是要确定第一个点位坐标的初始值，才能 精确求得第一个点位的三维坐标。
5.2.2 伪距差分动态定位
所谓差分动态定位（DGPS）就是用两台 接收机在两个测站上同时测量来自相同GPS 卫星的导航定位信号，用以联合测得动态用户 的精确位置，其中一个测站是位于已知坐标点， 设在该已知点（又称基准点）的GPS信号接 收机，叫做基准接收机。它和安设在运动载体 上的GPS信号接收机（简称动态接收机）同 时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号。
基准接收机所测得的三维位置与该点已知值进 行比较，便可获得GPS定位数据的改正值。 如果及时将GPS改正值发送给若干台共视卫 星用户的动态接收机，而改正后者所测得的实 时位置，便叫做实时差分动态定位。
由式（1）可知，基准站R测得至GPS卫星j的 伪距为
5.2.3 动态载波相位差分测量
GPS载波相位测量方位不仅适用于静态 定位，同样也适用于动态定位，并且已取得厘 米级的三维位置精度。 由载波相位观测方程得出动态差分方程：
不仅如此，GPS卫星的入轨运行，还为 大地测量学、地球动力学、地球物理学、天体 力学、载人航天学、全球海洋学和全球气象学 提供了一种高精度和全天候的测量新技术。 GPS在导航领域的应用，有着比GPS静 态定位更广阔的前景，两者相比较，GPS导 航具有：用户多样、速度多变、定位实时、数 据和精度多变等特点。因此，应该依据GPS 动态测量的这些特点，选购适宜的接收机，采 用适当的数据处理方法，以便获得所要求的运 动载体的状态参数的测量精度。
定时有着广泛的应用。从日常生活到航天 发射，从出外步行到航空航海，都离不开定时。 随着使用目的的不同，人们对时间准确度的要 求也不一样。 GPS卫星都安装有4台原子时钟，GPS 时间受美国海军天文台经常性监测。GPS系 统的地面主控站能够以优于±5ns的精度，使 GPS时间和世界协调时之差保持在 以 内。此外，GPS卫星还向用户播发自己的钟 差、钟速和钟漂等时钟参数，加之利用GPS 信号可以测得站址的精确位置，因此，GPS 卫星可以成为一种全球性的用户无限的时间信 号源，用以进行精确的时间比对。
第五 GPS卫星定位基本原理
j k
(t
k
)
——在
tk
时刻接收到j号卫星的相位
k (tk ) ——接收机在时刻 tk 的本振相位
j k
k (tk ) kj (tk )
2 (N
N)
N
（以周为单位）
(
N
N
)
j k
在初始时刻 t0，载波相位的观测值：
j k
(t0
)
k
(t0 )
j k
(t
0
)
0
N
j 0
任一时刻 t j 卫星S j到接收机的相位值：
q22 q32 q42
q23 q33 q43
q24
q34 q44
实际应用中，为了估算点的位置精度，常采用 其在大地坐标中的表达形式。假设在大地坐标系统 中相应点位的权系数阵为：
q11 q12 q13
QB q21
q22
q23
q31 q32 q33
根据误差传播率：
QB RQx RT
式中：
可知，有5个未知数。
把整周未知数当作平差计算中的待定参数来加
以估计和确定有两种方法：
（1）整数解（固定解）：适合于短基线（20km以内）
步骤：
①按四舍五入的原则将平差后得到的实数化为整数；
②将 N0 3mN0 （ 3mN0为 N 0的三倍中误差），在区间
（ N0 3mN0 ~ N0 3mN0 ）内有多个整数 N0 值； ③将各个 N0代入观测方程，求得 (X ,Y, Z)i ，i=1,2,3…； ④在各个 (X ,Y , Z )i 中，精度最高的一组所对应的
两码对齐，R( ) 1。
那么，延迟时间 即为GPS卫星信号从卫星传播
gps05gps卫星定位基本原理(二)
发生反射或衰减，影响定位精
的传播和接收。
度。
伪距测量及误差源
大气误差
钟差误差
大气层密度变化引起相位延迟和信号衰减，
卫星和地面的时钟时间存在微小差异，需要
会造成定位误差。
进行纠正。
不稳定性误差
多径误差
接收机的温度和电源波动等因素会影响伪距
信号反射、折射等现象，使伪距测量受到多
测量结果。
径干扰。
载波相位测量原理
1
概述
与伪距测量不同，载波相位测量利用波长计算距离，更加精确。
2
双频技术
使用L1和L2频率的信号技术
差分技术利用基准站的精确定位信息进行扩展，提高定位精度。
基于差分GPS的高精度定位技术
高精度测绘
精准农业
智能机器人
利用差分技术进行精度达数毫
利用精度较高的定位信息进行
GPS卫星定位基本原理(二)
欢迎来到本节课程，今天我们将学习GPS卫星定位的进阶知识。让我们一同
探索这一神奇技术的更多应用和原理。
GPS定位原理回顾
1
GPS接收机接收到从卫星发射出的射频信号
这些信号携带着卫星位置和时间信息。
2
接收机解码信号
计算卫星与接收机之间的距离，也称为伪距测量，因为它受到误差影响。
结合GPS定位和机器人技术，
米的地面测绘。
精准的田间作业，可以有效提
可以实现自动化操作，如航拍
高作物产量。
无人机、自动驾驶汽车等。
GPS在导航中的应用
1
汽车导航
2
户外探险
3
航空航海领域
使用GPS技术，结合地
手持GPS设备可以在户
GPS成为提高飞机和船
GPS卫星定位原理
被动式测距（单程测距）
发射站在规定时刻内准确发出信号，用 户根据自己的时钟记录信号到达时间，
根据时差Δt 求解距离ρ。
被动式测距的优点 用户无需发射信号，便于隐蔽自己；
所需装置也较简单，仅接收设备即可。
被动式测距的缺点 接收机钟和各卫星钟不能与GPS时间 系统保持绝对同步，由此所引起的 钟差对测距带来了影响。
静态定位与动态定位的不同点 静态定位 可靠性强，定位精度 高，在大地测量、工 程测量中得到了广泛 的应用，是精密定位 中的基本模式。 动态定位
可测定一个动点 的实时位置、运 动载体的状态参 数。如速度、时 间和方位等。
二、单点定位与相对定位
1. 单点定位(绝对定位) 独立确定待定点在坐标系中的绝对位置 的方法称为单点定位或绝对定位。由于目前 GPS系统采用WGS-84系统，因而单点定位 的结果也属于该坐标系统。 单点定位的优点： ① 只需用一台接收机即可独立定位；
在差分定位中所采用的数学模型仍然是单点 定位的数学模型。但必须使用多台接收机、必须 在基准点和流动站之间进行同步观测并利用误差 的相关性来提高定位精度等方面又具有相对定位 的某些特性，所以是一种介于单点定位和相对定 位之间的定位模式（或者说同时具有上述两种定 位模式的某些特性）。在划分时由于强调的标准 不同（有的强调数学模型，有的强调作业方式和 误差消除削弱的原理），可以得出不同的结论。
一、静态定位与动态定位
1. 静态定位 GPS接收机在进行定位时，待定点的位置相对其 周围的点位没有发生变化，其天线位置处于固定不 动的静止状态。 所谓固定点，就是说如果待定点相对于周围的固定 点没有可觉察到的运动，或者虽有可觉察到的运动， 但由于这种运动是如此缓慢以致在一次观测期间 （一般为数小时至若干天）无法被觉察到，而只有 在两次观测之间（一般为几个月至几年）这些运动 才能被反映出来，因而每次进行GPS观测资料的处 理时，待定点在地固坐标系中的位置都可以认为是 固定不动的。 静态定位的典型例子：测定板块运动以及监测地壳 形变。
gps卫星定位基本原理
gps卫星定位基本原理
GPS卫星定位基本原理
GPS（全球定位系统）是一种基于卫星定位的技术，可以精确地确定地球上任何一个点的位置。
GPS系统由一组卫星、地面控制站和接收器组成。
GPS卫星定位基本原理是通过卫星发射的信号，接收器接收到信号后计算出自己的位置。
GPS卫星定位基本原理包括三个主要的部分：卫星、接收器和信号。
卫星：GPS系统由24颗卫星组成，这些卫星在地球轨道上运行，每颗卫星都有自己的轨道和时钟。
卫星发射的信号包含了卫星的位置和时间信息。
接收器：接收器是用来接收卫星发射的信号的设备。
接收器可以接收到多颗卫星发射的信号，并计算出自己的位置。
接收器需要至少接收到三颗卫星的信号才能计算出自己的位置。
信号：GPS卫星发射的信号是一种无线电波，这种无线电波可以穿过云层和建筑物，到达地面上的接收器。
信号包含了卫星的位置和时间信息，接收器通过计算信号的传播时间和卫星的位置信息来确定自己的位置。
GPS卫星定位基本原理的实现过程如下：
1. 接收器接收到卫星发射的信号。
2. 接收器计算信号的传播时间。
3. 接收器通过卫星发射的信号中包含的卫星位置信息计算出卫星和接收器之间的距离。
4. 接收器接收到多颗卫星发射的信号，并计算出自己的位置。
5. 接收器通过计算多颗卫星发射的信号，可以确定自己的位置和精度。
GPS卫星定位基本原理是通过卫星发射的信号，接收器接收到信号后计算出自己的位置。
GPS系统可以在全球范围内提供高精度的定位服务，广泛应用于交通、军事、航空、航海、地质勘探等领域。
GPS卫星定位基本原理
1 2 ctk ctj
及
应
用
1： 电离层改正项
c
： tk
接收机钟差
： 2
对流层改正
ctj： 卫星钟差
19
5.3 载波相位测量
G
5.3.1 载波相位观测值
P S 发自卫星 测 的电磁波 量 原 信号：
L1=19c m
L2=24 cm
C/A=293 m
L1载波 L2载波
C/A码 P-码
G ➢N(t0): 未知的整周未知数
P S
➢(ti): 相位差的小数部分 接收机记录
测
量 ➢绿色部分为整周计数 原 接收机
理 记录
及
应 N(t0)=4
用 (t0 ) 90
(t1) 90 2 x 360
N(t0)=4
N(t0)=4 (t 2 ) 90 4 x 360
22
整周未知数N0的确定方法（2/2）
S
测 量 原
V (A
B)
X R
N
f
理 及 经初始平差后，可以得到整周模糊度解的协 应 因数阵QNN和单位权验后中误差m0,双差整周模糊度
经过初始平差后得到的浮点解中误差mNi: 用
mNi m0 QNiNi
24
快速确定整周未知数法(2/4)
G P 由此，在一定置信水平1－α条件下，相应于任一 S 整周模糊度的置信区间应为:
应
得到的
用 ❖ 接收机本身按同一公式复制码信号
❖ 比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间t
❖ 传播延迟时间乘以光速就是距离观测值=C• t
13
5.2 伪距测量
5.2.1 伪距测量
G • (1)为什么要用码相关法来测定伪距
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Φ(t )
S S
ϕR
ρ=λ(Φ( tR )− Φ( t ) )
ϕR
理想情况
实际情况
16
载波相位观测值
• 观测值
首次观测：
ti
ϕ 0 = Fr (ϕ ) 0
以后的观测：
t0
(ϕ) i
ϕ i = Int (ϕ ) i + Fr (ϕ ) i
通常表示为： ~ ϕ = N 0 + Int (ϕ ) + Fr (ϕ )
N Fr
0
• 整周计数 Int (ϕ ) • 整周未知数（整周模糊度） N 0 整周未知数（整周模糊度）
载波相位观测值
Fr
0
i
Int
N
0
17
5.3 载波相位测量
• 载波相位测量的关键技术 重建载波 载波相位测量的关键技术--重建载波
– 将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。 将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。
30
5.5 相对定位
31
概述① 概述①
• 定义
– 确定进行同步观测的接收机之间相对位 置的定位方法，称为相对定位。 置的定位方法，称为相对定位。
• 定位结果
– 与所用星历同属一坐标系的基线向量 坐标差） （坐标差）及其精度信息 • 采用广播星历时属 采用广播星历时属WGS-84 • 采用 采用IGS – International GPS Service精密星历时为 精密星历时为ITRF – 精密星历时为 International Terrestrial Reference Frame – 基线向量中含有：2个方位基准（一个 基线向量中含有： 个方位基准 个方位基准（ 水平方位，一个垂直方位） 水平方位，一个垂直方位）和1个尺度 个尺度 基准， 基准，不含有位置基准
34
为什么要观测同样的卫星
• 在同步观测卫星的情况下，卫星的轨道 在同步观测卫星的情况下， 误差、卫星钟差、 误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离 层和对流层的折射误差等， 层和对流层的折射误差等，对观测量的 影响具有一定的相关性， 影响具有一定的相关性，所以利用这些 观测量的不同组合，进行相对定位， 观测量的不同组合，进行相对定位，便 可消除或减弱上述误差的影响， 可消除或减弱上述误差的影响，从而提 高相对定位的精度。 高相对定位的精度。
28
美国政府的GPS政策 政策 美国政府的
• SA技术（1990.3.25~2000.5.1） 技术（ 技术 ）
– Selective Availability – 选择可用性 – 人为降低普通用户的测量精度。方法 人为降低普通用户的测量精度。方法:
• ε技术：降低星历精度（加入随机变化） 技术： 技术 降低星历精度（加入随机变化） • δ技术：卫星钟加高频抖动 技术： 技术 短周期，快变化） （短周期，快变化）
5
GPS观测量 观测量
• • • • 根据码相位观测得出的伪距 根据载波相位观测得出的伪距 由积分多普勒计算得出的伪距差 由干涉法测量得出的时间延迟。 由干涉法测量得出的时间延迟。
6
GPS定位的基本原理 定位的基本原理
• 需解决的两个关键问题
– 如何确定卫星的位置 – 如何测量出站星距离
7
5.2
9
为什么叫伪距
• 全球定位系统采用单程测距原理，必须 全球定位系统采用单程测距原理， 单程测距原理 使卫星钟和接收机钟保持严格同步。 使卫星钟和接收机钟保持严格同步。 • 在实践中，不可避免的含有卫星钟和接 在实践中， 收机钟非同步的影响， 收机钟非同步的影响，为了与几何距离 相区别，把这种含有钟差影响的距离， 相区别，把这种含有钟差影响的距离， 通常称为“伪距” 通常称为“伪距”。 • 为简述方便，码相位观测确定的距离， 为简述方便，码相位观测确定的距离， 称为测码伪距 由载波相位观测的伪距， 测码伪距； 称为测码伪距；由载波相位观测的伪距， 称为测相伪距 测相伪距。 称为测相伪距。 10
2
GPS定位的方法 定位的方法
按参考点的位置不同分类 • 绝对定位（单点定位） 绝对定位（单点定位） • 在地球协议坐标系中，确定观测站相 在地球协议坐标系中， 对地球质心的位置（ 对地球质心的位置（认为参考点与地球 质心相重合） 质心相重合） • 相对定位 • 在地球协议坐标系中，确定观测站与 在地球协议坐标系中， 某一地面参考点之间的相对位置
20
5.4 绝对定位（单点定位） 绝对定位（单点定位）
21
5.4 绝对定位（单点定位） 绝对定位（单点定位）
• 绝对定位：利用GPS确定用户接收机天线在 绝对定位：利用 确定用户接收机天线在 WGS-84中的绝对位置。 中的绝对位置。 中的绝对位置 • 基本原理：是以 基本原理：是以GPS卫星和用户天线之间的距离 卫星和用户天线之间的距离 或距离差）观测量为基础， （或距离差）观测量为基础，并根据已知卫星的 瞬时坐标，来确定用户接收机天线所对应的点位。 瞬时坐标，来确定用户接收机天线所对应的点位。 • 卫星钟差：可由导航电文给出。接收机钟差：不 卫星钟差：可由导航电文给出。接收机钟差： 能确定。因此在一个观测站上， 能确定。因此在一个观测站上，为了实时求解四 个位置参数（ 个点坐标分量和 个钟差参数）， 个点坐标分量和1个钟差参数 个位置参数（3个点坐标分量和 个钟差参数）， 至少需要四个同步伪距观测值。 至少需要四个同步伪距观测值。
• 优点
– 无模糊度
• 缺点
– 精度低
14
5.3 载波相位测量
载波相位测量
ϕ tj ϕ ti ϕ ti
R = λ ϕ t j − ϕ ti
15
5.3 载波相位测量的基本原理
ϕS
ϕS
接收机 根据自身 的钟在tR 时刻所 S 接收到 卫星在t 时刻所 发送信号 的相位
Φ(tR )
ρ=λ(ϕ S −ϕ R )
27
美国政府的GPS政策 政策 美国政府的
• SPS与PPS 与
– SPS – 标准定位服务
• • • • 使用C/A码，民用 使用 码 2DRMS水平 水平=100 m 水平 2DRMS垂直 垂直=150-170 m 垂直 2DRMS时间 时间=340 ns 时间
Байду номын сангаас
– PPS – 精密定位服务
• • • • 可使用P码 可使用 码，军用 2DRMS水平 水平=22 m 水平 2DRMS垂直 垂直=27.7 m 垂直 2DRMS时间 时间=200 ns 时间
第五章 GPS卫星定位基本原理 卫星定位基本原理
• GPS定位的方法与观测量 定位的方法与观测量
1
• GPS的基本定位原理：卫星不间断地发送 的基本定位原理： 的基本定位原理 自身的星历参数和时间信息， 自身的星历参数和时间信息，用户接收到 这些信息后， 这些信息后，经过计算求出接收机的三维 位置，三维方向以及运动速度和时间信息。 位置，三维方向以及运动速度和时间信息。
载波相位测量
载波调制了电文之后 变成了非连续的波
18
载波相位测量的特点
• 优点
– 精度高，测距精度可达 精度高，测距精度可达0.1mm量级 量级
• 难点
– 整周未知数问题 – 整周跳变问题
19
载波相位测量的主要问题
• 无法直接进行测量卫星载波信号在传播 路线上相位变化的整周数， 路线上相位变化的整周数，因存在整周 不确定性的问题。 不确定性的问题。 • GPS卫星测量受到阻挡、外界噪声的干 卫星测量受到阻挡、 卫星测量受到阻挡 还可能产生整周跳变现象。 扰，还可能产生整周跳变现象。
• AS技术（1994.1.31~至今） 技术（ 至今） 技术 至今
– Anti-Spoofing –反电子欺骗 反电子欺骗 – P码加密，P+W Y 码加密， 码加密
29
用户措施
•建立独立的 建立独立的GPS卫星测轨系统 建立独立的 卫星测轨系统 •建立独立的卫星定位系统 建立独立的卫星定位系统 •开发 开发GPS与GLONASS兼容接收机 开发 与 兼容接收机 •研究与开发差分 研究与开发差分GPS定位技术 研究与开发差分 定位技术
– 必须了解测距码的结构
• 利用测距码进行测距的优点
– 采用的是 采用的是CDMA（码分多址） （码分多址） 技术 – 易于捕获微弱的卫星信号 – 可提高测距精度 – 便于对系统进行控制和管理 （如AS） ）
每颗GPS卫星都采用特定的 卫星都采用特定的 每颗 伪随机噪声码
微弱信号的捕获
13
伪距测量的特点
25
观测卫星的几何分布及其对绝对定位精 度的影响
• 单点定位的精度取决于： • 所测卫星在空间的几何分布，通常称为卫星分布的几 所测卫星在空间的几何分布， 何图形； 何图形； • 观测量的精度 • 绝对定位的精度评价 • 采用有关精度因子DOP（Dilution of Precision).根据 采用有关精度因子 （ 根据 不同的要求，采用不同的精度评价模型和相应的精度因子。 不同的要求，采用不同的精度评价模型和相应的精度因子。 通常有： 通常有： • 平面位置精度因子HDOP（Horizontal DOP). 平面位置精度因子 （ • 高程精度因子VDOP（Vertical DOP) 高程精度因子 （ • 空间位置精度因子PDOP（Position DOP) 空间位置精度因子 （ • 几何精度因子GDOP（Geometric DOP) 几何精度因子 （ 26 • 接收机钟差精度因子TGOP（Time DOP) 接收机钟差精度因子 （
测距方法
伪距测量
• 双程测距 • 用于电磁 波测距仪 • 单程测距 • 用于GPS 用于
8
码相位观测和载波相位测量
• 码相位观测：测量GPS卫星发射的测距 码相位观测：测量 卫星发射的测距 码信号（ 码或P码），到达用户接收 码信号（C/A码或 码），到达用户接收 码或 天线的传播时间，因此这种方法， 天线的传播时间，因此这种方法，也称 为时间延迟测量。 为时间延迟测量。 • 载波相位测量：是测量接收机接收到的， 载波相位测量：是测量接收机接收到的， 具有多普勒频移的载波信号， 具有多普勒频移的载波信号，与接收机 产生的参考载波信号之间的相位差。 产生的参考载波信号之间的相位差。是 目前最精确的观测方法。 目前最精确的观测方法。