第2章 导航定位的理论基础_2.1~2.7_2
GPS定位原理及应用简介精品PPT课件
GPS卫星的基本功能：
（1）接收和存储由地面监控站发来的导航信 息，接收并执行监控站的控制指令。
（2）利用卫星上的微处理机进行必要的数据 处理工作。
（3）通过高精度的原子钟提供精密的时间标 准。
欧洲空间局计划建立一套民用卫星导航系统。该 系统原计划采用6颗地球同步卫星和12颗高椭圆轨 道卫星。后因故一直未能进行实质性发射.
2004年，欧洲空间局调整了Galileo 投入运行的时 间表，2005年前Galileo为系统论证和建设部分地面 控制设施阶段，2005年发射实验卫星，2006-2007 年为在轨实验阶段，将发射6-8颗卫星，同时进行 地面设施的安装和系统联合调试，2007-2010年将 余下的24-22颗卫星升空并网，形成完整构形， 2010年以后系统投入正式运行。
（4）向用户发送导航与定位信号。 （5）在地面监控站的指令下，通过推进器调
整卫星姿态和启动备用卫星。
2、地面控制部分。
1个主控站:Colorado springs(科罗拉多.斯平士)。 3个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、 Diego Garcia(迭哥伽西亚)、 kwajalein(卡瓦加兰)。 5个监控站： 以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。
Colorado springs
5 5
Hawaii
Ascencion
ห้องสมุดไป่ตู้
Diego Garcia
kwajalein
主控站
主控站的主要任务： （1）根据本站和其它监测站的所有观测资料推算编
制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数， 并将这些数据传送到注入站。 （2）提供全球定位系统的时间基准。各监测站和 GPS卫星的原子钟均应与主控站的原子钟同步或测 出其间的钟差，并降这些信息编入导航电文送到注 入站。 （3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行。 （4）启用备用卫星以代替失效的工作卫星。
导航定位知识点总结大全
一、导航定位的概念及基本原理1. 导航定位的概念导航定位是指在空间中确定和描述目标位置的过程。
在航海、航空、旅行以及军事活动等领域，导航定位都具有重要的应用价值。
2. 导航定位的基本原理导航定位的基本原理是通过一定的手段和方法确定目标的位置。
常用的导航定位方法包括地面标志物导航、星座导航（GPS）、惯性导航等。
这些方法都是依靠目标与地球空间中的参照物之间的相对关系来确定位置。
二、导航定位的技术与方法1. 地面标志物导航地面标志物导航是最古老的导航方法之一。
通过观察地面的山脉、河流、建筑物等自然或人工标志物，确定目标的位置和方位。
2. GPS导航系统全球定位系统（GPS）是一种基于卫星导航技术的导航定位系统。
它利用一组卫星和地面接收机组成的系统，可以精确确定接收机的位置、速度和时间等信息。
3. 惯性导航系统惯性导航系统是一种利用惯性传感器实时测量目标运动状态，计算目标位置和速度的导航方法。
惯性导航系统不依赖于外部参考物，可以在没有GPS信号的情况下进行定位。
4. 无人飞行器导航随着无人飞行器技术的发展，无人飞行器导航成为了一个热门的研究领域。
无人飞行器导航涉及自主飞行路径规划、避障、定点悬停等技术。
5. 水下导航水下导航是指在水下环境中进行目标定位和路径规划。
目前，水下导航系统主要依靠声纳、水下通信、惯性导航等技术手段进行定位。
6. 安全导航技术在航海、航空、交通运输、探险等领域中，安全导航技术是保障人员和物品安全的重要手段。
综合利用GPS、气象雷达、船舶警示系统等技术，可以实现对目标的安全导航。
1. 航海导航导航在航海领域中具有极其重要的作用，能够指导船只安全通行、选择最佳航线，同时也是海洋资源开发和海洋科学研究的重要工具。
2. 航空导航航空导航是民航和军航的基础。
航空导航技术的发展，不仅提升了民航的航班安全和运营效率，也推动了航空工业的进步。
3. 汽车导航汽车导航系统的普及，为车辆驾驶员提供了路线规划、交通状况、位置跟踪等服务，提高了驾驶的安全性和便捷性。
导航定位原理
导航定位原理
导航定位是指通过使用卫星导航系统，如全球定位系统（GPS）来确定特定位置的过程。
它基于卫星的定位原理，利用从多个卫星接收到的信号来计算出用户的准确位置。
在导航定位中，GPS接收器接收到来自卫星的无线电信号，
并通过计算信号的传播时间来确定卫星和接收器之间的距离。
通过同时接收到来自多个卫星的信号，可以利用三角测量的原理来计算出用户的真实位置。
导航定位的原理是基于卫星之间的相对位置和运动的已知信息。
卫星通过精确的轨道和时间同步来确保它们发送的信号都能够准确地被GPS接收器接收到。
通过测量信号的传播时间和计
算卫星与接收器之间的距离，可以得到多个卫星与接收器的距离，从而确定接收器的准确位置。
为了提高定位的准确性和可靠性，导航定位系统通常需要接收来自多个卫星的信号。
通过使用三角测量的原理，可以将多个卫星的信号交叉比较，进一步提高定位的准确性和精度。
此外，导航定位系统还考虑了大气层的影响和钟差等误差因素，并通过算法进行校正，以提供更准确的位置信息。
总结起来，导航定位的原理是通过接收卫星发送的信号并测量信号的传播时间来计算卫星与接收器之间的距离，进而确定接收器的准确位置。
通过同时接收来自多个卫星的信号，并利用三角测量的原理，导航定位系统能够提供高精度和可靠的定位服务。
GPS导航定位原理培训讲义
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伪距定位观测方程
测码伪距观测方程的常用形式如下：
X s X 2 Ys Y 2 Zs Z 2 1/2 cti
~ j ji I g (t) jiT (t)
式中j为卫星数，j＝1，2，3…。
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GPS定位方法分类
按用户接收机作业时所处的状态划分：
（1）静态定位：在定位过程中，接收机位置 静止不动，是固定的。静止状态只是相对的， 在卫星大地测量中的静止状态通常是指待定点 的位置相对其周围点位没有发生变化，或变化 极其缓慢，以致在观测期内可以忽略。
（2）动态定位：在定位过程中，接收机天线 处于运动状态。
j k
t
k
j k
t
k
k
t
k
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载波相位测量观测方程
通常的相位测量或 相位差测量只是测 Sj(t0)
出一周以内的相位 0 值，实际测量中，
如果对整周进行计
数，则自某一初始
N0
取样时刻（t0）以 后就可以取得连续
的相位观测值。
k
Sj(ti) i
Int(φ) N0
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载波相位测量观测方程
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第三部分 GPS导航定位原理
伪距测量 载波相位测量 绝对定位和相对定位 导航原理与方法 GPS测量误差来源
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绝对定位方法概述
绝对定位也称单点定位，是指在协议地球坐 标系中，直接确定观测站相对于坐标原点（ 地球质心）绝对坐标的一种方法。 绝对定位的基本原理：以GPS卫星和用户接 收机天线之间的距离（或距离差）观测量为 基础，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定接 收机天线所对应的点位，即观测站的位置。 GPS绝对定位方法的实质是测量学中的空间 距离后方交会。原则上观测站位于以3颗卫 星为球心，相应距离为半径的球与观测站所 在平面交线的交点上。
导航定位原理
导航定位原理在现代社会中，导航定位已成为生活中常见的功能。
无论是在手机中的地图导航，还是导航仪中的路线规划，都是基于导航定位原理实现的。
那么，导航定位原理到底是什么呢？下面我们详细探讨一下。
一、导航定位原理的基础导航定位原理的基础技术是全球定位系统（GPS）。
GPS是美国研制的卫星导航系统，由24颗卫星组成，可以覆盖全球任何地点。
GPS通过测量卫星和接收机之间的距离，然后三个或以上的卫星数据被用于确定接收机的位置坐标，精度可以达到数米甚至更小。
此外，还有一些参考数据可以提高定位的准确性，例如大气、时钟误差等等。
二、导航定位原理的步骤1. 卫星信号接收导航定位需要从四颗卫星接收信号。
而且，在接收之前，必须先确定接收机的位置，以精确地计算出四颗卫星的位置。
2. 信号距离测量将接收到的信号传输到计算机芯片中进行处理，计算机芯片可以通过卫星和接收机之间的信号传输速度以及信号传输延迟时间来测量信号和接收机之间的距离。
3. 确定接收机位置确定接收机的位置需要至少接收到三颗卫星的信号，通过遥测信号距离测量计算，将三个卫星的距离交叉点作为接收机的位置。
4. 加入其他参考数据如果需要更高的精度，需要加入其他参考数据，如大气、时钟误差等，才能更加精确定位。
5. 导航规划根据接收机位置和目的地的位置，通过计算机芯片中的算法计算出最佳的导航线路。
导航线路显示在屏幕上，可以根据显示指示来进行路线行驶。
三、导航定位原理的应用随着科技的发展和智能设备的普及，导航定位已经成为生活和工作中不可缺少的一部分，可以应用在诸多领域，例如：1. 交通运输：有时候交通拥堵，如导航器可以帮助司机找到最佳路径，省去更多时间和交通烦恼。
2. 物流管理：在物流管理中，导航定位可以用于提高物流效率和管理质量，帮助物流行业实现更好的服务质量。
3. 娱乐：许多人利用导航定位技术进行旅游观光或户外探险，这是生活中的一种快乐。
4. 安全：导航定位可以用于移动安全监控，当手机或其他智能设备被盗或者失窃时，可以快速确定设备的位置。
导航定位技术基础知识
地球质心力学时的基本单位是国际制秒，与 原子时的尺度一致。
2.3 时间基准
协调世界时 协调世界时是一种以原子时秒长为基础，在
时刻上尽量接近于世界时的一种折衷的时间系 统。
协调世界时的秒长严格等于原子时的秒长。
2.3 时间基准
GPS时间系统 GPS时间系统是全球定位系统专用的时间系
2.2 常用坐标系
（3） 地理坐标系g
地理坐标系是指原点位于运载体所在的 地球表面，其中一轴与地理垂线重合的右 手直角坐标系。地理坐标系的原点O选取在 载体重心处，对于地理坐标系的坐标轴有 不同的取法，如东北天、北西天、北东地 等。
2.2 常用坐标系
（4） 载体坐标系b
OXbYbZb载体坐标系原点在载体的质心， OXb轴和OYb轴在当地水平面内，OXb轴指向 载体的右侧，OYb轴沿载体纵轴方向并指向 前，OZb垂直于载体竖直向上。OXbYbZb坐 标系构成右手直角坐标系，当载体没有俯 仰、倾斜时，OXbYb即为水平面，OZb轴沿 垂线指向天顶。载体坐标系相对于地理坐 标系所确定的状态可以用姿态角来表示。
其中： 重力加速度随高度的变化规律为：
4.地球的主曲率半径
设P为地球上某点，n为参考椭球面在P点的法线，见图。
由于地球被看做椭球，所以在P点处沿各个方向的曲率都不 相同。过P点作纬线lPl的切线tt。
由ntt与和地法轴线相n交确确定定的的平平面面截去椭截球椭面球得，平得面m曲P线mr—Pr——子—午卯圈酉。圈；
2 导航定位技术基础知识
主要内容
2.1 地球的描述 2.2 坐标系 2.3 时间基准
2.1 地球的描述
地球及其附近的导航是相对地球而言的，经度与 纬度是导航的基本参数，重力加速度和地球自转 角速度是基本的自然参考量，因此诸如地球的形 状和重力的描述是必须考虑的问题。
GPS导航定位技术的基本原理与使用方法
GPS导航定位技术的基本原理与使用方法GPS（全球定位系统）导航定位技术已经在我们的生活中得到广泛应用。
不论是出门旅行还是日常工作中，我们都离不开GPS导航。
它准确快捷的定位系统为我们提供了丰富的导航信息，使我们的出行更加便利。
那么，GPS导航的基本原理是什么呢？我们又该如何使用呢？本文将详细介绍GPS导航定位技术的基本原理和使用方法。
首先，我们来了解GPS导航定位技术的基本原理。
GPS系统由一组卫星和接收器组成。
这些卫星围绕地球轨道上空运行，将信号发送到地面接收器。
接收器接收到至少3颗卫星发出的信号后，通过计算信号的传播时间来确定自身位置。
由于每颗卫星都具有精确的时钟，接收器能够根据不同卫星信号的到达时间来计算距离，并进行三角定位，确定位置。
GPS导航定位技术的使用方法也十分简单。
我们只需要一个支持GPS导航的设备，如手机、汽车导航仪或手持导航仪。
打开设备上的GPS功能，它会搜索到附近的卫星信号。
一旦接收到卫星信号，设备将开始计算并显示所在位置的经纬度坐标。
我们可以根据设备上的导航界面，输入目的地的地址或坐标，GPS导航系统将自动规划最佳路线，并提供语音或图形导航指引。
在导航过程中，我们可以看到当前位置、目的地距离、到达时间等实时信息，以及道路交通状况等辅助信息。
除了基本的导航功能，GPS导航定位技术还有许多实用的功能。
其中之一是追踪功能。
通过设备上的追踪功能，我们可以实时跟踪和记录我们的行程。
无论是徒步旅行、骑车运动还是驾车出行，我们都可以通过设备记录下行进路径和速度等信息，方便我们回顾和分享。
另外，GPS导航还可以为我们提供附近的兴趣点信息，如餐厅、加油站、银行等，方便我们在陌生的地方找到需要的服务。
这些附加功能为GPS导航系统增添了更多的实用性和乐趣。
尽管GPS导航定位技术给我们的生活带来了便利，但它也有一些局限性。
首先，GPS导航需要接收到至少3颗卫星信号才能准确定位，所以在一些高楼大厦密集的城市或山区峡谷等信号较弱的地方，GPS导航的精度可能会下降。
遥感GPS-第2章 GNSS导航定位时空基准分析
岁差旋转 瞬时平天球坐标系 章动旋转 瞬时天球坐标系
§2.1 GNSS导航定位坐标系统
协议地球坐标系(ECEF,CTS) Conventional Terrestrial System
1.地球坐标系 由于天球坐标系与地球自转无关，导致地球上一固 定点在天球坐标系中的坐标随地球自转而变化，应 用不方便。 为了描述地面观测点的位置，有必要建立与地球体 相固联的坐标系—地球坐标系,又称地固坐标系 地球空间直角坐标系 地心相应的地球赤道面称为平赤道面或协议赤道面。至今 仍采用CIO作为协议地极（conventional Terrestrial Pole——CTP）； 以协议地极为基准点的地球坐标系称为协议地球坐标系 （Conventional Terrestrial System——CTS）；
§2.1 GNSS导航定位坐标系统
地球坐标系的其他表达形式
此外，地球坐标系还有其它表示形式： （1）地球参心坐标系 （2）天文坐标系 （3）站心坐标系 （4）高斯平面直角坐标系等
地球参心坐标系
处理观测成果，传算地面控制网的坐标 选取一参考椭球面为参考面，大地原点为起算点，天文测量 确定参考椭球与地球的方位关系，其中心与地球质心不重合 ，只位于地球质心附近，被称为参心坐标系 参心空间直角坐标系定义：原点位于参考椭球中心，Z轴平行 于地球旋转轴，X指向起始大地子午面与参考椭球赤道的交点 ，Y轴构成右手坐标系。 地心空间直角坐标系与参心空间直角坐标系之间的转换 原点位置、坐标轴指向都不同
arctg
z x y
2 2
2. 岁差与章动 上述天球坐标系的建立是假定地球的自转轴在空间的方 向上是固定的，春分点在天球上的位置保持不变。 惯性坐标系 实际上地球接近于一个赤道隆起的椭球体，在日月和其 它天体引力对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运 行时，自转轴方向不再保持不变 从而使春分点在黄 道上产生缓慢西移，此现象在天文学上称为岁差。 precession
第2章 无线电导航基本原理
第二章 无线电导航基本原理所谓无线电导航就是通过测量电磁波在空间传播时的电信号参量（如电波的幅度、频率及相位等）进行导航定位。
由于导航是一个时间和空间的联合概念，因此需要在特定的时刻描述在特定空间位置的状态，从而使得对载体的导引能够有的放矢。
空间的描述可以采用极坐标，也可用直角坐标，甚至是斜坐标。
由于导航通常是相对于某一具体目的地而言的，因此用空间极坐标（角度和距离）是方便和合理的。
因此，在无线电导航的设计中往往构建一定的机制使得实际中测量的无线电电参量与着几何上的角度（电台方位角、载体姿态角）、距离（距离、距离差、距离和）等几何参量建立对应关系，这些参量称为导航几何参量。
然后利用几何参量与待求导航参数之间的数学关系，即可通过解方程或者其他等效的方法求得所需导航参数。
上一章中，我们介绍了载体航行时需要的基本导航参数。
其中的一些导航参数直接可以与几何参量对应，另外一些则需要较复杂的数学映射。
下面，我们就介绍上述两类基本几何参量的电测量原理及导航定位方法。
2.1 角测量原理导航中的角参量可以分为两类：一类是用于描述载体与导航台站之间的相对角度关系的，如电台方位、飞机方位、电台航向、偏航角等；另一类用于描述载体的飞行状态，如航向、俯仰、横滚等。
下面我们分解介绍两类角参量的测量方法。
要完成电台方位、飞机方位等角参量的测量，通常需要导航台发射一定的无线电信号，然后由安装在载体上的接收设备，称为无线电测向器，完成角度的测量。
角度测量通常有两种方法，振幅法和相位法。
其中，振幅法主要用于第一类角的测量，相位法根据系统构制的不同可以进行两类角的测量。
2.1.1、振幅法振幅法的基本出发点是利用天线的方向性图实现振辐与导引角的对应关系，有两种实现体制。
一种是导航站台采用方向性天线发射信号，用户采用无方向性天线接收，定义为站台主动式；另一种是导航台站采用无方向性天线发射信号，用户端采用方向性天线接收，定义为用户主动式。
第2章定位与导航基础
第2章 定位与导航基础2.1 常用坐标系及变换只有在相对意义下，物体的运动和在空间的位置才有意义，因此，确定载体在空间的位置、速度和姿态等导航参数，必须首先定义空间的参考坐标系。
根据运载体运动情况和不同的导航需求，导航中常用的坐标系主要有惯性参考坐标系、地球坐标系、地理坐标系、地平坐标系、载体坐标系、平台坐标系和计算坐标系等。
此外，坐标系之间的角度关系可以描述载体(刚体)在空间的角位置。
2.1.1 导航中常用的坐标系[1]1．惯性坐标系(i 系)惯性坐标系是牛顿定律在其中成立的坐标系。
经典力学中，研究物体运动的时候，选取静止或匀速直线运动的参考系，牛顿力学定律才能成立，常将相对恒星确定的参考系称为惯性空间。
常用的惯性坐标系有日心惯性坐标系、地心惯性坐标系、地球卫星轨道惯性坐标系和起飞点(发射点)惯性坐标系等。
日心惯性坐标系：在目前人类活动范围内，研究太空中星际间的导航定位问题时，选取以日心为坐标原点的坐标系为惯性坐标系。
天文观测显示，太阳距银河系中心的距离为2.2×1017km ，太阳绕银河系旋转周期为1.90×108年，旋转角速度为0.001角秒/年，向心的加速度为2.4×10-11g 。
因此，尽管太阳不是绝对静止或匀速直线运动的，但由于太阳绕银河系中心的旋转角速度很小，采用坐标原点取在日心的惯性坐标系，对研究问题精确程度的影响是可以忽略的。
地心惯性坐标系：研究地球表面附近运载体导航定位时，可以将惯性参考坐标系原点取在地心，且原点随地球移动，z 轴沿地球自转轴x ，y 在赤道平面内，指向恒星方向，三轴构成右手坐标系，此时的惯性坐标系成为地心惯性坐标系(Earth Centered Inertial (ECI) coordinate frame)。
地球绕太阳公转，其公转速度为29.79km/s ，地心和日心距离为1.496×108km ，公转周期为365.2422日，向心加速度为6.05×10-4g ，公转角速度为0.041°/h 。
GPS导航应用基础知识课件
C/A码
• 名称
– 粗码/捕获码（Coarse/Acquisition Code）
• 码率
– 1.023MHz
• 周期
– 1ms
• 1周期含码元数
– 1023
• 码元宽度
– 293.05m
• 调制载波
– L1
40
P码
• 名称
– 精码（Precise Code）
• 码率
– 10.23MHz
• 周期
正模型 • 编制成导航电文，并通过注入
站送往卫星 • 通过注入站向卫星发布各种指
令
27
用户部分
28
用户部分的组成
• 用户 • 接收设备
29
用户部分的功能
• 用户部分的功能
– 测定从接收机至GPS卫星的 距离
– 接收卫星星历 – 利用上述信息确定自身的三
维位置、三维运动速度和钟 差等参数
30
第3节 GPS卫星的信号结构
大地坐标与WGS-84
1
大地/椭球坐标系
• 定义
– 以参考椭球为依据建立的坐标系被称为大地坐 标系，又被称为椭球坐标系。
• 大地坐标
– 大地纬度（B） – 大地经度（L） – 大地高/椭球高（H）
2
WGS 84
• World Geodetic System 1984 • 1984年世界大地系统 • GPS系统内部所采用坐标参照系 • GPS卫星所发送的广播星历基于此系统
31
GPS卫星信号的成分
32
GPS卫星信号的成分① L
C/A1 L
P1 D
P
2
• 载波
D2
– 可运载调制信号的高频振荡波
导航定位技术研究及应用
导航定位技术研究及应用
第一章：导航定位技术概述
导航定位技术是指通过一系列手段确定地理位置的技术，从最
初的地球磁场导航、星历导航，到如今的全球卫星导航系统（GNSS）等高精度的定位技术，得以广泛应用在交通、物流、环保、军事等各个领域。
第二章：导航定位技术分类
目前导航定位技术可以分为以下几种：
1.地球磁场导航：利用地球磁场特征进行定位，准确度较低。
2.惯性导航：基于牛顿第一定律，对运动状态进行预测，但随
着时间变化，精度不断下降。
3.星历导航：利用卫星的轨道信息，通过计算的方法得出位置，精度较高，但收到天气条件、卫星数量等限制。
4.全球卫星导航系统：目前最常用的是GPS、GLONASS、北
斗等，其精度达到亚米级，几乎不受天气、地形等影响。
第三章：导航定位技术的应用
1.交通：利用GPS等技术对货车、物流等运输工具进行定位，
实现路况监控、路线规划等功能，加强交通管理。
2.环保：利用定位技术监测环境质量，实现精准化治理。
3.军事：军事应用领域较广，包括导弹制导、军舰定位、士兵战场定位等。
4.民用：智能手机、手表、汽车等产品中也广泛应用了导航定位技术，为人们生活带来了便利。
第四章：导航定位技术发展前景
随着科技的不断发展，导航定位技术也迎来了更加广阔的发展前景。
未来，可以通过将人工智能、大数据等技术与导航定位技术相结合，更加实现精准化管理、数据指导、智能化导航、高效率生产等功能，为人类的生活带来更多便利。
综上，导航定位技术是一项非常重要的技术，其应用领域也越来越广泛，未来发展前景也十分乐观。
导航的原理
导航的原理导航，指的是在未知的环境中，通过各种手段和工具找到目的地的过程。
在现代社会，导航已经成为人们生活中不可或缺的一部分，无论是在城市中驾车出行，还是在户外徒步探险，导航都能为我们提供准确的路线和位置信息。
那么，导航的原理是什么呢？首先，导航的原理基于地理定位。
地理定位是指通过各种手段确定目标的地理位置，包括经度、纬度和海拔等信息。
在现代导航系统中，卫星定位技术被广泛应用，通过卫星信号和接收器的配合，可以准确确定目标的地理位置。
这种定位原理为导航系统提供了非常精准的位置信息，使得人们可以在任何时候找到自己的位置。
其次，导航的原理基于地图和路网信息。
地图是导航的基础，它记录了地球上各种地理信息，包括道路、河流、山脉、建筑物等。
而路网信息则是指道路的连接关系和交通流量等数据。
通过地图和路网信息，导航系统可以为用户提供最佳的行车路线，避开拥堵和施工区域，节约时间和燃料成本。
此外，导航的原理还基于传感器和惯性导航技术。
传感器可以感知车辆的加速度、角速度和方向等信息，通过这些数据可以确定车辆的运动状态和位置。
而惯性导航技术则是通过惯性测量单元（IMU）来确定车辆的位置和方向，即使在没有卫星信号的情况下也能保持导航的准确性。
最后，导航的原理还包括用户需求和交互设计。
导航系统需要根据用户的需求提供个性化的路线规划和导航指引。
同时，交互设计也是导航系统的重要组成部分，通过直观的界面和友好的操作方式，使得用户可以轻松地使用导航系统，获取所需的信息。
综上所述，导航的原理是基于地理定位、地图和路网信息、传感器和惯性导航技术，以及用户需求和交互设计等多个方面。
这些原理的结合使得现代导航系统能够为用户提供准确、实时的位置和路线信息，帮助人们更加便捷地进行出行和探险。
导航的原理不仅在交通出行中发挥着重要作用，也在军事、航空航天、海洋探险等领域有着广泛的应用，成为现代科技发展的重要支撑之一。
第2章 导航定位的理论基础_§2.1~§2.4_
第2章导航定位的理论基础空间和时间的参考系是处理导航定位数据、表示运载体运动状态的数学物理基础。
在导航中常会涉及多种坐标系。
坐标系的适当选用在很大程度上取决于任务要求、完成过程的难易程度、计算机的存储量和运算速度、导航方程的复杂性等。
一类常用的坐标系是惯性坐标系，它是在空间固定的，与地球自转无关。
对描述各种运载体的运动状态极为方便。
惯性坐标系统在空间的位置和方向应保持不变或仅作匀速直线运动，但实际上严格满足这一条件很困难。
在导航和制导中，惯性参考系一般都通过观察星座近似定义；另—类是与地球固联的坐标系，它对于描述运载体相对于地球的定位和导航尤为方便。
此外，还可能还有轨道坐标系、游动方位系等。
由于坐标轴的指向具有一定的选择性，常用“协议坐标系”是指在国际上通过协议来确定的某些全球性坐标轴指向。
§2.1天球及其相关概念一、天球的基本概念由于人眼观察物体远近的能力是有限的，对于天空上遥远的天体，无论它们之间的距离相差多大，在人眼看来，它们似乎都是等距的，因此看起来天空是圆的，我们把人眼所能见到的半个球形天空称之为天穹。
既然人眼中的天空是半球形的，那么在地球另一侧的人们也会有相同的感觉，如果抛开地球的遮挡，那么宇宙空间对于人眼来说是一个球形的，这就产生了天球的概念。
以地心为中心(the earth as its center)（或以观测者的眼睛为中心），以无限远为半径(infinite length as its radius)的巨大圆球称之为天球（celestial sphere）。
天球是一个假想的球体，人们所观察到的天体，是人对天体视线在天球内表面的投影，因此，天球上的天体看起来是远近相等的。
在天球上的天体，只有相对角度、方向，反映不出直线距离，两星之间的是用角度来表示的。
天球可分为地心天球与日心天球。
通常我们所说的天球都是地心天球，即以地心为中心的天球。
而在说明地球公转时，需要使用日心天球，即以太阳为中心的天球。
导航定位原理共98页
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
梦 境
导航定位原理
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
3、人生就一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
4、守业的最好办法就是不断的发展。
GPS基础知识二.doc
GPS复习题i.名词解释导航：通过实时地测定运载体在途中行进时的位置和速度，引导运载体沿一•定航线经济而安全地到达目的地的技术。
极移：地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表血上的位置随时间而变化的现象称为极移。
历元：在天文学和卫星定位中，与所获取数据对应的时刻也称历元。
多路径效应：多路径效应也称多路径误差，即接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周围地物一•次或多次反射的卫星信号。
整周模糊度：一般是未知的，通常称为整周未知数（整周待定值或整周模糊度）周住兆:gps卫星信号中断时，初始整周计数发生变化的现象。
天线相位差：卫星天线几何中心与相位中心的偏差绝对定位；在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置。
相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某-参考点之间的相对位置。
整数解：将平差计算所得的整周未知数取为相近的整数，并作为已知数代入原方程，重新解算其它待定参数。
当观测误差和外界误差（或残差）对观测值影响较小时，该方法较有效，一般应用于基线较短的相对定位中。
非整数解：如果外界误差影响较大，求解的整周未知数精度较低（误差影响大于半个波长），将其凑成正数，无助于提高解的精度。
此时，不考虑整周未知数的整数性质，平差计算所得的整周未知数，不再进行凑整和重新计算。
一般用于基线较长相对定位中大地高：某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球而的交点间的距离。
大地高也称为椭球高，大地高-•般用符号H表示。
正高：某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高用符号Hg表示正常高：常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。
某点的正常高正是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常高用Hr表示。
高程异常：似大地水准而到参考椭球而的距离，称为高程异常，记为J1.简答题1简述导航技术的发展历程。
推算定位-天文导航-惯性导航-无线电导航2简述导航系统的分类并举例。
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第2章导航定位的理论基础在物理学和力学的研究工作中，为了方便，往往把一个空间或一个运动体抽象为一个坐标系来表示，所以坐标系可以代表惯性空间、地球、飞行器等。
由于运动的相对性，研究运动对象的运动必须指明是相对哪个坐标系的运动。
空间和时间的参考系是处理导航定位数据、表示运载体运动状态的数学物理基础。
在导航中常会涉及多种坐标系。
坐标系的适当选用在很大程度上取决于任务要求、完成过程的难易程度、计算机的存储量和运算速度、导航方程的复杂性等；§2.1天球及其相关概念由于人眼观察物体远近的能力是有限的，对于天空上遥远的天体，无论它们之间的距离相差多大，在人眼看来，它们似乎都是等距的，因此看起来天空是圆的，我们把人眼所能见到的半个球形天空称之为天穹。
既然人眼中的天空是半球形的，那么在地球另一侧的人们也会有相同的感觉，如果抛开地球的遮挡，那么宇宙空间对于人眼来说是一个球形的，这就产生了天球的概念。
以地心为中心(the earth as its center)（或以观测者的眼睛为中心），以无限远为半径(infinite length as its radius)的巨大圆球称之为天球（celestial sphere）。
天球是一个假想的球体，人们所观察到的天体，是人对天体视线在天球内表面的投影，因此，天球上的天体看起来是远近相等的。
在天球上的天体，只有相对角度、方向，反映不出直线距离，两星之间的是用角度来表示的。
天球可分为地心天球与日心天球。
通常我们所说的天球都是地心天球，即以地心为中心的天球。
而在说明地球公转时，需要使用日心天球，即以太阳为中心的天球。
图天球的示意图图地球赤道和天赤道位于同一平面图地球轨道和黄道位于同一平面1.天极(celestial pole)与天轴(celestial axis)：天轴指的是将地轴(earth axis)无限延长所得到的一根假想的轴。
天轴与天球的交点(intersection point)叫天极，南北天极。
2.天球赤道(celestial equator）：赤道(equator)向外无限延伸与天球所交的圆圈。
3.天顶(vertex)与天底(nadir)：观测点的铅垂直线(plumb line of the observing point)无限延伸后与天球交于两点，向上与天球的交点称为天顶，而向下延伸与天球的交点，称为天底。
4.天子午圈(celestial midheaven)：以地心为圆心(the earth's core as the center of a circle)，过天极和天顶的大圈。
5.天体时圈：以地心为圆心，过天极和天体(celestial body)的大圈。
6.天体方位圈(celestial body azimuth cycle)：以地心为圆心，过天顶、天底和天体的大圈。
7.天体中天(celestial transit)：天体通过天子午圈叫中天。
上中天(superior transit)：靠近天顶；下中天：靠近天底。
8.时角：观测者所在的天子午圈与天体时圈在天赤道上所张的角度。
当天体上中天时，时角为0°，西行为正。
9.天顶距(zenith distance)：在天体方位圈上，天体与天顶之间所张的角度。
10.赤纬：从天赤道沿着天体的时圈至天体所张的角度称为该天体的赤纬，常用δ表示。
以天赤道为赤纬0°，向北为正，向南为负，分别从0°到90°。
11.黄道(ecliptic)、白道：太阳的周年视运动轨道(orbit of the annual apparent motion of the sun)叫做黄道。
月球绕着地球公转(revolution)的结果使得月球在天球上也有一个视运动的轨道，这个轨道称为白道。
12.黄赤交角(obliquity of the ecliptic)：黄道面与天赤道面的交角为23°27′。
黄白交角：白道面与黄道面的平均交角为5°09′。
白赤交角：白道面与天赤道面的交角为23°27′+5°09′或23°27′-5°09′。
13.春分点(vernal equinox)，秋分点(autumnal equinox)：黄道与天赤道交点，从南向北通过天赤道为春分点，从北向南为秋分点．夏至点(the Summer Solstice或midsummer)，冬至点(midwinter)：黄道所能达的最北点为夏至点，最南点为冬至点。
14.升交点，降交点：白道与黄道交点，从南向北通过黄道为升交点，北向南为降交点。
在天文学和卫星大地测量学中，春分点和天球赤道面是建立参考系的重要基准点和基准面。
§2.5地球的几何形状及其外部重力场一、地球的几何形状地球的表面的形状起伏、高低不平，有高山、盆底、海洋等，它的真实形状很不规则，并不是一个理想的椭球体。
由于地球绕其极轴转动，所以赤道各处的地球半径较极轴方向的要长，地球类似一个旋转椭球体。
但又不能用旋转流体的平衡模型来想像它，因为地球不是均质物体。
这种不规则的真实球体无法用数学模型表达，所以在导航中通常不用它来描述地球形状。
海洋中各处的海平面与该处重力矢量相垂直，若设想地球被海洋全部包围，则各处海平面所形成的地球形状称为大地水准体，它在各处的局部表面称为大地水准面。
大地水准体体现了地球各处重力矢量的分布情况，且因地球各处经纬度的测量与重力测量有关，所以用大地水准体表示地球形状是比较合理的。
但地球形状不规则，各处质量不均匀，大地水准体还只是一个近似的旋转椭球体，仍不能用数学模型来表达。
在测量各处大地水准面的基础上，采用差异的平方和最小的准则，可以将大地水准体用一个有确定参数的旋转椭球体来逼近代替，这种旋转椭球体称为参考旋转椭球体，简称参考椭球或椭球。
1、参考椭球体的介绍旋转椭球体是椭圆绕其短轴旋转而成的形体，通过选择椭圆的长半轴和扁率，可以得到与地球形体非常接近的旋转椭球。
旋转椭球面是一个形状规则的数学表面，在其上可以做严密的计算，而且所推算的元素(如长度与角度)同大地水准面上的相应元素非常接近。
这种用来代表地球形状的椭球称为地球椭球，它是地球坐标系的参考基准。
椭球定位是指确定椭球中心的位置．可分为两类：局部定位和地心定位。
局部定位要求在一定范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合，而对椭球的中心位置无特殊要求；地心定位要求在全球范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合，同时要求椭球中心与地球质心一致或最为接近。
椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向，不论是局部定位还是地心定位，都应满足两个平行条件；①椭球短轴平行于地球自转轴；②大地起始子午面平行于天文起始子午面。
图椭球定向的两个平行条件这两个平行条件是人为规定的，其目的在于简化大地坐标、大地方位角同天文坐标、天文方位角之间的换算。
具有确定参数(长半径和扁率)，经过局部定位和定向，同某一地区大地水准面最佳拟合的地球椭球，叫做参考椭球。
除了满足地心定位和双平行条件外，在确定椭球参数时能使它在全球范围内与大地体最密合的地球椭球，叫做总地球椭球。
参考椭球体的赤道平面是圆，其半径为e R ，地球极轴半径为p R ，赤道半径比极轴半径长。
取坐标系Oxyz ，原点在地球的球心，Ox 轴和Oy 轴在赤道平面内，Oz 轴与地球自转轴重合。
122222=++pe R z R y x e pe R R Rf −=式中f 为地球参考椭球的椭圆度。
参考椭球体可用赤道平面半径e R 和极轴半径p R 来描述，或可用长半径e R 和椭圆度f 来描述。
此外，大地测量还常用偏心率e 来描述参考椭球的椭圆程度，即第一偏心率e p e R R R e 22−=第二偏心率 p p e R R R e 22−=′ 直至目前为止，各国采用的参考椭球已不下十余种，但大部分部是仅在局部地区测量大地水准面的基础上确定的，仅对某些局部地区适用。
表世界上部分参考椭球参数名称R e(m) 1/f 使用的国家或地区前苏联克拉索夫斯基（1940） 6378245298.31975年国际会议推荐的参考椭球6378140298.257中国日本及中国台湾省贝塞耳（1841） 6377397299.15北美克拉克（1866） 6378206294.98欧洲、北美及中近海福特（1910） 6378388297.00东WGS-84（1984） 6378137298.257全球说明：①我国在解放后采用克拉索夫斯基椭球，1980年起采用1975年国际会议推荐的参考椭球。
②WGS-84系美国国防部地图局于1984年制订的全球大地坐标系，表中所列数据系指WGS-84坐标系所选定的参考椭球。
2、参考椭球上的常用坐标系及其相互关系为了表示椭球面上点的位置，必须建立相应的坐标系来惟—地确定空间任意点的位置，并且这些位置坐标之间可以按给出的相应公式直接进行精确的相互换算，因为它们的椭球大小及其相对地球表面的相对位置都是确定不变的。
1）常用坐标系（1）大地坐标系大地经度λ，大地纬度ϕ，大地H如图所示。
λϕ图参考椭球上的大地坐标系图参考椭球上的空间直角坐标系（2）空间直角坐标系以椭球体中心为原点，起始子午面与赤道面交线为X 轴，在赤道面上与X 轴正交的方向为Y 轴，椭球体的旋转轴为Z 轴，构成右手坐标系OXYZ ，在该坐标系中，P 点的位置用X ，Y ，Z 表示。
(3) 子午面直角坐标系图 子午面直角坐标系设P 点的大地经度为λ，在过P 点的子午面上，以子午圈椭圆中心为原点，建立x ，y 平面直角坐标系。
在该坐标系中，P 的位置用y x ,,λ表示。
2）坐标系之间的相互关系（1）子午面直角坐标系同大地坐标系的关系在这两个坐标系中，λ是相同的，因此，问题在于推求x ，y 同ϕ的关系。
如图所示，过P 点作法线Pn ，它与x 轴之夹角为ϕ，过P 点作子午圈的切线TP ，它与x 轴的夹角为(ϕπ+2)。
由解析几何学可知，该夹角的正切值叫做曲线在P 点处之切线的斜率，它等于曲线在该点处的一阶导数ϕϕπcot )2tan(−=+=dxdyϕϕ图 子午面直角坐标系与大地坐标系的关系推导又由于P 点在以O 为中心的子午椭圆上，故它的直角坐标x ，y 必满足12222=+by a x上式对x 取导数，得yxa b dx dy ⋅−=22上述式子比较可得ϕtan )1(2e x y −=将其代入椭圆方程得ϕϕ22sin 1cos e a x −=ϕϕ222sin 1sin )1(e e a y −−=上两式即子午面直角坐标x ，y 同大地纬度ϕ的关系式。
若N Pn =，由图直接看出ϕcos N x = 与上述x 的表达式比较ϕ22sin 1e aN −=于是有ϕsin )1(2e N y −= 又由图可以看出ϕsin PQ y = 比较可得)1(2e N PQ −= 显然2Ne Qn =上两式指明了Pn 在赤道两侧的长度（Pn 本身是P 点卯酉圈曲率半径）。