GPS卫星导航定位原理与方法2版(刘基余编著)思维导图
第五章 GPS卫星定位的基本原理(2)PPT课件
同步观测不同的卫星,从而获得充分多的观 测量,提高定位精度。
21
6 载波相位法静态绝对定位
▪ 接收机 k 对卫星 j 的载波相位测量的观测方程:
k j N k j c f fta ftb c f 1 c f 2
❖ 多项式拟合法:
根据几个相位观测量拟合一个n阶多项式, 据此预估下一个观测值,并与实测值比较
6
用高次差检查周跳
高次差具有随机特性,无周跳现象存在。
7
用高次差检查周跳
历元t5观测值有周跳,使四次差产生异常。
8
3. 在卫星间求差法
❖ 由于每颗卫星的载波相位观测值受到的接收 机振荡器的随机误差的影响相同,所以在卫 星间求差即可消除接收机振荡器的随机误差 引起的周跳误差。
• f:接收机产生的固定参考频率
• c: 光速
• ρ:卫星至接收机之间的距离 (未知数)
• :整周未知数(未知数)
•δρ1:电离层影响 •δρ2:对流层影响 •δta :卫星钟差 •δtb :接收机钟差(未知数)22
某历元时刻接收 机k 对卫星m 的 相位观测量
m k kkmNkm
某历元时刻接收 机k 对卫星n 的 相位观测量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
n kkknNkn
9
4. 用双频观测值修复周跳(1)
❖ 又称电离层残差法 ❖ 对双频载波相位观测值进行组合运算,同
时考虑电离层折射改正,结果中只剩下整 周数之差和电离层折射的残差项。利用此 结果即可探测周跳。
z
19
4 伪距法绝对定位的步骤(3)
▪ 利用最小二乘原理(通过最小化误差的平方 和找到一组数据的最佳函数匹配)求解测站坐
GPS定位的基本原理课件
i (Ti ) p (T p ) i (ti ) p (t p ) f ti f t p
26
1 基本原理
2 测码伪距 3 载波相位测量 4 卫星坐标
式中:
aip=-
X
p (T p )-Xi0
p i0
,b p=- Y i
p (T p )-Yi0
p i0
,cip=- Z
p (T p )-Zi0
p i0
,i
c ti
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1 基本原理
2 测码伪距 3 载波相位测量 4 卫星坐标
2.3 伪距绝对定位原理(续)
如果一个历元同时观测了n个卫星,可列出n个形如上式的观测方程, 写成矩阵的形式为:
2.3 伪距绝对定位原理
卫星P的 GPS标准时
卫星钟面时间
tp T p tp
卫星P钟误差
接收机钟面时间
ti Ti ti
接收机i的 GPS标准时
接收机i钟误差
/ ti t p (Ti ti ) (T p t p ) (Ti T p ) ( ti t p ) ti t p
/ •c
用测得的传播时间代替 测距码的产生和测量和卫星 钟与接收机钟紧密相关。因 此, 测得的传播时间里含有 卫星钟和接收机钟的误差;
用光速近似 代替
信号在传播 过程中经过电 离层和对流层, 传播速度已不 完全为光速
星站几何 距离, 即 真实距离
/ 1 2 c ti c t p
伪距, 即测 得的距离
协 方 差 矩
DX 02QX
C/A码约为3
GPS定位器原理【附原理图】
GPS定位器原理【附原理图】在了解GPS定位器工作原理之前,首先先了解一下GPS定位器是什么?简单的来说,GPS定位器是内置了一种叫“GPS模块”和“移动通信模块的终端”,通过将GPS模块获得的定位数据通过移动通信模块(GSM/GPRS网络)传到网站的一台服务器,从而可以实现在电脑看查询终端的地理位置。
那么其原理是怎么工作的呢?GPS 信号接收机的主要工作任务是:能够捕捉到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,然后跟踪这些卫星信号的运行状况,将这些所接收的信号进行放大、变换与处理,以便可以测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间,解译出GPS卫星所发送的导航电文,实时地计算出测站的三维位置,位置,甚至三维速度和时间。
当在静态定位中,PS 接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变,接收机高精度地测量GPS信号的传播时间,利用GPS卫星在轨的已知位置,解算出接收机天线所在位置的三维坐标。
而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。
GPS信号接收机所位于的运动物体叫做载体(如航行中的船舰,空中的飞机,行走的车辆等)。
载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动,接收机用GPS 信号实时地测得运动载体的状态参数(瞬间三维位置和三维速度)。
接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包,构成完整的GPS用户设备。
GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。
对于测地型接收机来说,两个单元一般分成两个独立的部件,观测时将天线单元安置在测站上,接收单元置于测站附近的适当地方,用电缆线将两者连接成一个整机。
也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体,观测时将其安置在测站点上。
关于GPS定位器去哪里购买,很多人都说讯拓科盛挺好的!GPS接收机一般用蓄电池做电源。
同时采用机内机外两种直流电源。
设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。
在用机外电池的过程中,机内电池自动充电。
GPS卫星定位的基本原理PPT课件
c (ba )(io n 4 -4)tr o p
将式(4-3)代入式(4-4),即得实际距离 系式为
i o n t r o (p 4c v -t 5a )c v t b
和伪距
之 间的关
18
GPS测量定位技术
二、伪距法定位的原理
如果已知卫星的钟差 和v t a接收机的钟差 ,v又t b 可精确求得 电离层折射改正和对流层折射改正,那么测定了伪距 ,就 可求 得实际距离 。实际距 离 与卫星坐 标(x、y、z)和 接收机坐标(X、Y、Z)之间又有下列关系:
4
GPS测量定位技术
二、单点定位和相对定位
GPS单点定位也叫绝对定位,就是采用一台接收机进行定位 的模式,它所确定的是接收机天线在WGS-84世界大地坐标系 统中的绝对位置,所以单点定位的结果也属于该坐标系统。
GPS单点定位的实质,即是空间距离后方交会。对此,在一 个测站上观测3颗卫星获取3个独立的距离观测量就够了。但是 由于GPS采用了单程测距原理,此时卫星钟与用户接收机钟不 能保持同步,所以实际的观测距离均含有卫星钟和接收机钟不 同步的误差影响,习惯上称之为伪距。其中卫星钟差可以用卫 星电文中提供的钟差参数加以修正,而接收机的钟差只能作为 一个未知参数,与测站的坐标在数据的处理中一并求解。因此, 在一个测站上为了求解出4个未知参数(3个点位坐标分量和1 个钟差系数),至少需要4个同步伪距观测值。也就是说,至少 必须同时观测4颗卫星。
16
GPS测量定位技术
二、伪距法定位的原理
为了解决定位问题,首先需将观测时得到的伪距 改正为 卫星至接收机之间的实际距离 。
设卫星钟的瞬时读数为时发出信号 ,t a 其正确的标准时刻
为 ; a 该信号到达接收机的时间为 ,t 其b 正确的标准时刻为 。
《GPS卫星定位原理》课件
未来发展趋势
展望GPS技术在未来的发展前景, 例如更多的卫星部署和增强的定 位精度。
六、总结
1
GPS发展前景
分析GPS技术的未来发展趋势和潜在应用领域。
2
未来应用前景
展示GPS在未来可能应用的新领域,如自动驾驶和物联网。
3
GPS的优缺点
总结GPS技术的优点和限制,以便更好地了解其适用性。
介绍GPS接收机的基本组成部分, 如天线、前置放大器和数字处 理器。
GPS接收机原理
解释GPS接收机如何接收和解码 GPS信号以获取定位信息。
GPS接收机误差
讨论GPS接收机常见的误差源, 如大气延迟和多径效应。
四、GPS定位原理
1
GPS定位方法
详细介绍GPS定位的原理和常用的定位算法,如三角测量和差分定位。
2
GPS定位误差
列举影响GPS定位精度的因素,如卫星几何、钟差和接收机误差。
3
GPS定位精度提高方法
提供改善GPS定位精度的方法,如增加卫星数量和使用差分GPS技术。
五、GPS应用
军事领域应用
说明GPS在军事上的多种应用, 如导航、目标定位和军事行动协 调。
民用领域应用
介绍GPS在民用领域中的广泛应 用,如车载导航、运动追踪和位 置服务。
解释GPS系统Байду номын сангаас的卫星、地面 控制和用户设备的组成部分。
二、GPS信号
1 GPS信号结构
详细说明GPS信号的多频带结构和每个频段的作用。
2 GPS信号属性
列举GPS信号的属性,例如码类型、数据速率和功率。
3 GPS信号发射
概述GPS卫星如何发射信号并覆盖整个地球。
三、GPS接收机
GPS卫星定位原理
(2)、伪距测量的观测方程 在前面的讨论中我们假设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 的条件下求得的时延 就 不严格等于卫星信号的传播时间 t ,它还包含 了两台钟不同步的影响在内。此外,由于信号 并不是完全在真空中传播的,因而观测值中 也包含了大气传播延迟误差。在伪距测量中, (t) max 一般把在R 的条件下求得的时延 和真空 中的光速c的乘积 c 当作观测值,下面我 们将建立卫星与接收机之间的几何距离 与观 测值 之间的关系式。
② 外业观测的组织和实施较为自由方便;
③ 数据处理也较为简单。
单点定位的缺点: 单点定位的结果受卫星星历误差和卫星 信号传播过程中的大气延迟误差的影响比较 显著,所以定位精度较差。 单点定位模式在船舶、飞机的导航、地 质矿产勘探、暗礁定位、建立浮标、海洋捕 鱼及低精度测量等领域中有着广泛的应用前 景,在国防建设中也有重要的作用。
第二节 伪距法定位
伪距法定位是导航及低精度测量中所用 的一种定位方法。它具有速度快、无多值性 问题等优点,其精度已满足部分用户的需要。 在进行载波相位测量时,精确的伪距测量资 料也是极有用的辅助资料。 优越性 ① 速度快、无多值性问题,利用增加观测 时间可以提高定位精度 ② 虽然测量定位精度低,但足以满足部分 用户的需要。
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。
第07章讲义GPS定位原理
二、GPS定位的基本原理
B C
A
ρ2
ρ1
ρ3
D
ρ4
确定卫星与接收机之间的距离ρ为。
GPS定位就是把卫星看成是“飞行”的控制点,根据测量的 星站距离,进行空间距离后方交会,确定地面接收机的位置。
A2 (x xA)2 (y yA)2 (z zA)2
B2 (x xB)2 (y yB)2 (z zB)2
C2 (x xC)2 (y yC)2 (z zC)2
D2 (x xD)2 (y yD)2 (z zD)2
其中:xA,yA,zA为A点的空间直角坐标: xB,yB,zB为B点的空间直角坐标; xC,yC,zC为C点的空间直角坐标; xD,yD,zD为D点的空间直角坐标。
地面控制部分
Colorado springs
55
Hawaii
Ascencion Diego Garcia
kwajalein
一个主控站: Colorado springs 三个注入站: Ascencion
Diego Garcia
kwajalein 五个监测站=1个主控站+3个注入站+ Hawaii
地面控制部分 ——监测站
功能多、精度高,连续提供动态目标的 三维位置信息、三维速度和时间信息
实时定位速度快 抗干扰性能好,保密性强
对大地测量的优势
• 作用灵活,操作简便
– 无需站间通视,与地面点的几何图形无关
• 定位精度高 • 观测时间短,经济效益高 • 全天候作业
GPS 系统的组成
GPS原理与应用第二章 坐标系统和时间系统解析PPT课件
城 市
坐标系。
与 环
二者仅存在由岁差引起 的坐标轴指向的不同。
二者差别由地球自转轴 的章动现象引起。
境 科 学
05
学
地 信
X
X
Y Rz(ZA)RY(A)RZ(A)Y
X
X
Y RX()RZ()RX()Y
院
专
ZM(t)
ZM(t0)
Zc(t)
ZM(t)
业
瞬时平天 协议天球
瞬时天球
瞬时平天 王
球坐标系 坐标系
宇 明
与地球体固连在一起且与地球同步运动的坐标系,其
中以地心为原点的坐标系则称为地心地固坐标系
0099..1122.2.02200 20
GPS
原 理
天球
与
应 用
• 天球:地球质心为中心,半径任意的假想球体
城 市 与
• 天轴与天极:地球自转轴的延伸为天轴,与天 环
球的交点为天极
境 科
05 • 天球赤道面:过地球质心与天轴垂直的平面
GPS
原
理
与
应 用
城 市 与
环
境
科
学
05
学
地
院
信
专
业
王 宇 明
0099..1122.2.02200 20
GPS
原
理
25800年
章动椭圆
与 应
r= n
岁差章动叠加
用
Pn 18.6年
城 市 与 环
境
科
学
05
学
地
院
信
专
业
王 宇 明
0099..1122.2.02200 20
GPS导航定位原理培训讲义PPT(图片丰富)
GPS定位的几何关系
sj(t1) Z
ij(t1) ij(t2)
Zi
Xi Yi X
sj(t2) Y
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伪距定位观测方程
假设卫星至观测站的几何距离为ij,在忽略 大气影响的情况下可得相应的伪距:
~i j
ti j c
c
j i
ctij
ijLeabharlann ctij当卫星钟与接收机钟严格同步时,上式所确
定的伪距即为站星几何距离。~i j
在绝对定位和相对定位中,又都包含静态和动 态两种形式。
Slide 3
GPS观测量的基本概念
无论采取何种GPS定位方法,都是通过 观测GPS卫星而获得某种观测量来实现 的。GPS卫星信号含有多种定位信息, 根据不同的要求,可以从中获得不同的 观测量,主要包括: •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。 •由积分多普勒计数得出的伪距。 •由干涉法测量得出的时间延迟。
j k
t
k
j k
t
k
k
t
k
Slide 17
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,
Slide 11
伪距定位观测方程
几何距离 与卫星坐标(Xs, Ys, Zs)和
接收机坐标(X,Y,Z)之间有如下关系:
2 X s X 2 Ys Y 2 Zs Z 2
其中卫星坐标可根据卫星导航电文求得,所 以式中只包含接收机坐标三个未知数。由于 电离层改正数和对流层改正数可以按照一定
的模型求解出,那么如果将接收机钟差 tk
Slide 5
GPS伪距测量
GNSS卫星导航定位的主要误差──GNSS导航定位误差之二
Liu Jiyu (School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,Wuhan,430079)
播误差 ;三是 GPS 信号接收机所产生的 GPS 信号测量误差,简
称接收误差。
图1 GPS卫星导航定位误差的主要分量
上述三大误差详如图 1 所示。根据国内外许多实测资料及其 理论研究成果,现将主要误差分量的量级列于表 1。从表 1 数据 可见,卫星误差是三大误差之首,应该特别予以关注,而予以论 述之。
相位中心之间的距离(即站星距离),进而将它和 GNSS 卫星在
轨位置联合而解算出用户的三维坐标 ;该三维位置误差为
mP=PDOP×mρ
(1)
式中,PDOP 为三维位置几何精度因子 ;以 GPS 卫星导航定
位为例,对于由 24 颗 GPS 卫星组成的 GPS 星座,PDOP 的最大
值为 18,而其最小值是 1.8 ;mρ 为站星距离的测量误差。 从式(1)可见,GPS 卫星导航定位精度的高低,不仅取决
卫星误差 ;GPS 信号从卫星传播到用户接收天线的传播误差 ;GPS 信号接收机所产生的 GPS 信号测量误差,简称接收误差。
关键词 :卫星误差 ;传播误差 ;接收误差
doi :10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.02.001
中图分类号 :TN96 文献标示码 :A 文章编码 :1672-7274(2019)02-0001-03
Navቤተ መጻሕፍቲ ባይዱgation Lectures
GPS2第二章 坐标系统和时间系统
赤道 平面
Y
平地球坐标系的Z轴指
X
向国际协定原点CIO 。
PS
协议地球坐标系和瞬时地球坐标系之间的转换 地极的瞬时坐标由国际地球自转服务组织
(International Earth Rotation Service-IERS)根据多 个台站计算出来的。协议地球坐标系和瞬时地球坐 标系之间的转换关系为:
在空间变化,而且还受地球内部质量不均匀影响 在地球内部运动。前者导致岁差和章动,后者导 致极移。 极移:地球自转轴相对地球体的
位置并不是固定的,因而, 地极点在地球表面上的位 置,是随时间而变化的, 这种现象称为极移。
研究分析表明,极移周期有两种:一种周期约为 一年,振幅约为0.1″的变化;另一种周期约为432天, 振幅约为0.2″的变化,即张德勒(S.C.Chandler )周期 变化。
L arctan Y X
B arctan{Z(N H) /[ X 2 Y 2 N(1 e2) H)]}
H Z / sin B N (1 e2 )
式中, N a / 1 e2 sin2 B ,N为该点的卯酉圈
曲率半径。
岁差、章动和极移的影响 地球的自转轴不仅受日、月引力作用而使其
为什么选用空间直角坐标系? 任一点的空 间位置可由该点在三个坐标
面的投影(X,Y,Z)唯一地确定,通过坐 标平移、旋转和尺度转换,可以将一个点的 位置方便的从一个坐标系转换至另一个坐标 系。与某一空间直角坐标系所相应的大地坐 标系(B,L,H),只是坐标表现形式不 同,实质上是完全等价的,两者之间可相互 转化。
协议天球坐标系CIS (惯性坐标系):z
国际大地测量学
会(International