《GPS定位系统》PPT课件
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《GPS绝对定位原》课件
间。
GPS信号接收器通常采用高精度 振荡器来确保时间基准的准确性
。
GPS信号接收器的使用方法
01
开启GPS信号接收器， 搜索并锁定至少四颗 GPS卫星信号。
02
等待接收机计算出位置 和时间信息，通常需要 几秒钟时间。
03
使用GPS信号接收器的 导航功能，输入目的地 坐标或地名，获取导航 路线和指示。
交通导航
车辆导航
为驾驶员提供准确的定位和导航 服务，避免迷路和走错路线。
航空导航
为飞机提供精确的定位和导航信 息，确保飞行安全。
地质测量
矿产资源勘探
通过GPS进行地质测量，帮助寻找和 确定矿产资源的分布和储量。
地形地貌测绘
对地形地貌进行精确测量，为土地规 划、城市建设和环境保护提供数据支 持。
气象观测
04
在行驶过程中，保持接 收器与卫星的持续通信 ，以便实时更新位置和 导航信息。
04
绝对定位的误差来源
卫星轨道误差
卫星轨道误差是指卫星在地球轨道上 运行时产生的偏差，可能是由于地球 引力、太阳辐射压和其他因素的影响 。
轨道误差可以通过轨道修正模型进行 修正，以减小其对定位精度的影响。
轨道误差会导致卫星位置和速度的不 准确，从而影响GPS定位的准确性。
气象监测
利用GPS观测气象数据，如风速、风向、气压等，为天气预报提供准确数据。
气候变化研究
通过GPS观测地球气候变化，为气候变化研究提供重要数据支持。
THANKS
感谢观看
受多种因素影响，包括 卫星轨道误差、信号传 播误差、接收机误差等
。
实时定位精度
通常在10米左右，但在 某些条件下可达到厘米
级精度。
GPS信号接收器通常采用高精度 振荡器来确保时间基准的准确性
。
GPS信号接收器的使用方法
01
开启GPS信号接收器， 搜索并锁定至少四颗 GPS卫星信号。
02
等待接收机计算出位置 和时间信息，通常需要 几秒钟时间。
03
使用GPS信号接收器的 导航功能，输入目的地 坐标或地名，获取导航 路线和指示。
交通导航
车辆导航
为驾驶员提供准确的定位和导航 服务，避免迷路和走错路线。
航空导航
为飞机提供精确的定位和导航信 息，确保飞行安全。
地质测量
矿产资源勘探
通过GPS进行地质测量，帮助寻找和 确定矿产资源的分布和储量。
地形地貌测绘
对地形地貌进行精确测量，为土地规 划、城市建设和环境保护提供数据支 持。
气象观测
04
在行驶过程中，保持接 收器与卫星的持续通信 ，以便实时更新位置和 导航信息。
04
绝对定位的误差来源
卫星轨道误差
卫星轨道误差是指卫星在地球轨道上 运行时产生的偏差，可能是由于地球 引力、太阳辐射压和其他因素的影响 。
轨道误差可以通过轨道修正模型进行 修正，以减小其对定位精度的影响。
轨道误差会导致卫星位置和速度的不 准确，从而影响GPS定位的准确性。
气象监测
利用GPS观测气象数据，如风速、风向、气压等，为天气预报提供准确数据。
气候变化研究
通过GPS观测地球气候变化，为气候变化研究提供重要数据支持。
THANKS
感谢观看
受多种因素影响，包括 卫星轨道误差、信号传 播误差、接收机误差等
。
实时定位精度
通常在10米左右，但在 某些条件下可达到厘米
级精度。
GPS教学课件：第3章 - GPS系统导航定位基础
中南大学测绘与国土信息工程系
16
GPS时间系统的两种定义方式
● 主 钟 方 式 ： 由 主 控 站 的 主 钟 定 义 ， GPS 系 统 时 间 在 1991年6月17日以前由在科罗拉多的GPS主控站的 主钟产生。
●合成钟方式：由所有地面钟和卫星钟组成的钟组定义 ，系统时间尺度由各个钟的加权平均得到。这就是合 成钟（Composite Clock, CC）的概念。合成钟又 称‘纸’钟，由所有监测站和卫星钟组成。
➢ WGS84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议 地球极方向，X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z 轴构成右手系。
中南大学测绘与国土信息工程系
14
世界大地坐标参考系统(WGS84)
➢ 椭球常数：
长半轴： a = 6378137.0 m
气阻力、光辐射压力以及地球潮汐力等。 ➢ 受摄轨道：同时考虑摄动力作用下的卫星运动轨道。 ➢ 受摄轨道的确定：先通过研究无摄运动确定无摄轨道，再研究
各种摄动力对卫星运动的影响，并对卫星的无摄轨道加以修正 ，从而确定卫星受摄运动轨道的瞬时特征。
中南大学测绘与国土信息工程系
23
卫星受摄运动
中南大学测绘与国土信息工程系
中南大学测绘与国土信息工程系
11
大地坐标系
中南大学测绘与国土信息工程系
12
地球坐标系两种表达形式的转换
对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间转换关系如下：
X (N H ) cos B cos L
Y (N H ) cos B sin L
Z [(N (1 e2 ) H ) sin B]
中南大学测绘与国土信息工程系
第五章--GPS卫星定位的基本原理ppt课件
周跳修复的必要性
➢相位观测值中存在周跳，相当于观测值中存在粗 差，将会严重影响GPS基线解算过程中的最小二 乘估计，使基线解算失败或严重歪曲基线解算的 结果。在GPS动态定位中，如数值为1周的周跳不 修复，将会导致数十厘米的误差。这对于高精度 的GPS测量是无法接受的。
➢周跳的探测与修复是GPS载波相位数据处理中不
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3
5.1 概述
空 间 距 离 交 会 原 理 图
编辑版pppt
4
5.1 概述
GPS卫星定位的基本原理
观测方程
P点的三维坐标（X，Y，Z）
编辑版pppt
5
5.1 概述
GPS卫星定位方法分类
❖ 依据测距的原理划分： 1）伪距法定位 2）载波相位测量定位 3）差分GPS定位
编辑版pppt
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30
• 动态解算整周未知数的方法，其应用尚有一定的局限
5.5 GPS绝对定位与相对定位
GPS绝对定位的精度
▪ 受卫星轨道误差、钟差以及信号传 播误差等影响，定位精度较低
- 静态绝对定位精度约为米级 - 动态绝对定位精度为10-40m
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31
5.5 GPS绝对定位与相对定位
6
5.1 概述
GPS卫星定位方法分类（续）
❖ 根据待定点的运动状态划分：
1）静态定位：对于固定不动的待定点，将
GPS接收机安置于其上，观测数分钟乃至更长的时 间，以确定该点的三维坐标，又叫绝对定位。
2）动态定位：若以两台GPS接收机分别置于
两个待定点上，则通过一定时间的观测，可以确定 两个待定点之间的相对位置，又叫相对定位。
为单位)后即可得到λN0 。 •将整周未知数当作平差中的待定参数——经典方法
➢相位观测值中存在周跳，相当于观测值中存在粗 差，将会严重影响GPS基线解算过程中的最小二 乘估计，使基线解算失败或严重歪曲基线解算的 结果。在GPS动态定位中，如数值为1周的周跳不 修复，将会导致数十厘米的误差。这对于高精度 的GPS测量是无法接受的。
➢周跳的探测与修复是GPS载波相位数据处理中不
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3
5.1 概述
空 间 距 离 交 会 原 理 图
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4
5.1 概述
GPS卫星定位的基本原理
观测方程
P点的三维坐标（X，Y，Z）
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5.1 概述
GPS卫星定位方法分类
❖ 依据测距的原理划分： 1）伪距法定位 2）载波相位测量定位 3）差分GPS定位
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• 动态解算整周未知数的方法，其应用尚有一定的局限
5.5 GPS绝对定位与相对定位
GPS绝对定位的精度
▪ 受卫星轨道误差、钟差以及信号传 播误差等影响，定位精度较低
- 静态绝对定位精度约为米级 - 动态绝对定位精度为10-40m
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5.5 GPS绝对定位与相对定位
6
5.1 概述
GPS卫星定位方法分类（续）
❖ 根据待定点的运动状态划分：
1）静态定位：对于固定不动的待定点，将
GPS接收机安置于其上，观测数分钟乃至更长的时 间，以确定该点的三维坐标，又叫绝对定位。
2）动态定位：若以两台GPS接收机分别置于
两个待定点上，则通过一定时间的观测，可以确定 两个待定点之间的相对位置，又叫相对定位。
为单位)后即可得到λN0 。 •将整周未知数当作平差中的待定参数——经典方法
GPS原理与应用PPT课件
来适应车队管理的需要。
18
最近，越来越多普通消费者买得起的GPS接收器出 现了。随着技术的进步，这些设备的功能越来越完 善，几乎每月都有新的功能出现，但价格在下跌， 尺寸也越来越小了。
消费类GPS手持机的价格从几百元到几千元不等， 它们基本上都有12个并行通道和数据功能。有些甚 至能与便携电脑相连，可以上传/下载GPS信息，并 且使用精确到街道级的地图软件，可以在PC的屏幕 上实时跟踪你的位置或自动导航。
29
6．信号干扰
要给予你一个很好的定位，GPS接收器需要至少 3～5颗卫星是可见的。如果你在峡谷中或者两边高 楼林立的街道上，或者在茂密的丛林里，你可能不 能与足够的卫星联系，从而无法定位或者只能得到 二维坐标。同样，如果你在一个建筑里面，你可能 无法更新你的位置，一些GPS接收器有单独的天线可 以贴在挡风玻璃上，或者一个外置天线可以放在车 顶上，这有助于你的接收器得到更多的卫星信号。
Colorado springs
5 5
Hawaii
Ascencion
Diego Garcia
kwajalein
9
3．GPS信号接收机 GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按
一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号， 并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号 进行变换、放大和处理，以便测量出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，甚至三维速度和时间。
在商业领域，消费类GPS主要用在勘测制图， 航空、航海导航，车辆追踪系统，移动计算机 和蜂窝电话平台等方面。
17
勘测制图由一系列的定位系统组成，一般都要求 特殊的GPS设备。
在勘测方面的应用 有：结构和工程勘测、道路测 量和地质研究。收集到的数据可以以后再估算， 也可以在 野外实时使用。制图过程中使用大量的 GIS数据库的数据，还有纸质地图的数据。 许多 商业和政府机构使用GPS设备来跟踪他们的车辆 位置，这一般需要借助无线通信技术。一 些GPS 接收器集成了收音机、无线电话和移动数据终端
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最近，越来越多普通消费者买得起的GPS接收器出 现了。随着技术的进步，这些设备的功能越来越完 善，几乎每月都有新的功能出现，但价格在下跌， 尺寸也越来越小了。
消费类GPS手持机的价格从几百元到几千元不等， 它们基本上都有12个并行通道和数据功能。有些甚 至能与便携电脑相连，可以上传/下载GPS信息，并 且使用精确到街道级的地图软件，可以在PC的屏幕 上实时跟踪你的位置或自动导航。
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6．信号干扰
要给予你一个很好的定位，GPS接收器需要至少 3～5颗卫星是可见的。如果你在峡谷中或者两边高 楼林立的街道上，或者在茂密的丛林里，你可能不 能与足够的卫星联系，从而无法定位或者只能得到 二维坐标。同样，如果你在一个建筑里面，你可能 无法更新你的位置，一些GPS接收器有单独的天线可 以贴在挡风玻璃上，或者一个外置天线可以放在车 顶上，这有助于你的接收器得到更多的卫星信号。
Colorado springs
5 5
Hawaii
Ascencion
Diego Garcia
kwajalein
9
3．GPS信号接收机 GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按
一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号， 并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号 进行变换、放大和处理，以便测量出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，甚至三维速度和时间。
在商业领域，消费类GPS主要用在勘测制图， 航空、航海导航，车辆追踪系统，移动计算机 和蜂窝电话平台等方面。
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勘测制图由一系列的定位系统组成，一般都要求 特殊的GPS设备。
在勘测方面的应用 有：结构和工程勘测、道路测 量和地质研究。收集到的数据可以以后再估算， 也可以在 野外实时使用。制图过程中使用大量的 GIS数据库的数据，还有纸质地图的数据。 许多 商业和政府机构使用GPS设备来跟踪他们的车辆 位置，这一般需要借助无线通信技术。一 些GPS 接收器集成了收音机、无线电话和移动数据终端
GPS 介绍ppt课件
• 三、GSP接受机分类 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------11~14
•
3.1 按接收机的用途分类
地面管制部份：这是为了追踪及控制上述卫星运转，所设置的地面 管制站，主要工作为负责修正与维护 每个卫星能保持正常运转的各项参数数据，以确保每个卫星都能提供正确的讯息给使用者 接收机来接收；
使用者接收机：追踪所有的 GPS 卫星，并实时地计算出接收机所在 位置的坐标、移动速度及时间，各种 蓝牙 GPS 即属于此部份。
GPS介绍
制作人：周勇
1
制作日期：2010.11.14
目录
• 一、GPS基础知识简介-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3~9
• 六、GPS模块知名品牌介绍--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------29
• 七、辅助全球卫星定位系统介绍-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------30~37
《GPS定位系统》课件
GPS硬件构成
卫星
GPS软件构成
软件平台
GPS硬件构成
接收机
GPS软件构成
S信号传输原理
通过卫星传输GPS信号到接收机
3 GPS信号处理原理
对接收到的GPS信号进行处理和计算
2 GPS信号接收原理
接收机接收并解读GPS信号
GPS定位系统的应用
• 军事领域 • 民用领域 • 科学领域
GPS定位系统在各领域发挥着重要作用，推动了现代导航和定位技术的发展。
2 GPS定位系统的应用前景
随着技术的不断发展，GPS定位系统的应用前景将更加广阔，为人们的生活带来更多便 利。
GPS定位系统的优缺点
优点
• 便捷准确 • 大范围覆盖 • 全天候使用
缺点
• 受信号干扰 • 定位误差存在 • 隐私问题
GPS定位系统的发展前景
发展趋势
• 定位精度提升 • 应用领域拓展 • 技术与智能设备结合
发展方向
• 增强定位性能 • 解决现有问题 • 保护用户隐私
结论
1 GPS定位系统的重要性
《GPS定位系统》PPT课 件
GPS定位系统是一种使用全球卫星导航系统来确定位置的技术。通过介绍 GPS定位系统的概述、构成、工作原理、应用领域、优缺点和发展前景，本 课件将带您深入了解这一重要技术。
什么是GPS定位系统
• GPS系统概述 • GPS定位与原理 • GPS定位技术的应用领域
GPS定位系统的构成
GPS的基本知识ppt课件
(f0=10.23Mz)经倍频和分频产生。154和120倍频后，分别 形成L波段的两个载波频率信号 (L1=1575.42Mz,L2=12227.60Mz), 波 长 分 别 为 19.03cm 和 24.42cm。
• 调制在L载波上的信号包括的C/A码，P码和D码,其中：
• C/A码 (粗码，对应的波长为293.1m)。
(1)选取网中一点的坐标值并加以固定，或给以适当的权； (2)网中的点均不固定，通过自由网伪逆平差或拟稳平差，确 定网的位置基准；
(3)在网中选若干点的坐标值并加以固定； (4)选网中若干点(直至全部点)的坐标值并给以适当的权。
二、外业观测方法
1、外业观测计划设计
(1)编制GPS卫星可见性预报图：利用卫星预报软件，输入测区 中心点概略坐标、作业时间、卫星截止高度角≥15°等，利用不 超过20天的星历文件即可编制卫星预报图。
(2)编制作业调度表：应根据仪器数量、交通工具状况、测区 交通环境及卫星预报状况制定作业调度表。作业表应包括：
• 观测时段(测站上开始接收卫星信号到停止观测，连续工 作的时间段)，注明开、关机时间；
• 测站号、测站名；接收机号、作业员；
二、外业观测方法
1、外业观测计划设计
2、野外观测
野外观测应严格按照GPS测量规范的技术设计要求进行。
3 GPS卫星定位的基本原理
GPS卫星定位原理是测量学中的空间距离交会方法。
S1
SS22：
• 按观测值的不同，分为伪距观测定位 和载波相位测量定位；
• 按使用同步观测的接收机数和定位解算方法来分，有单点定位 (绝对定位)和差分定位(相对定位)； • 根据接收机的运动状态可分为静态定位 和动态定位。
网的图形设计
• 调制在L载波上的信号包括的C/A码，P码和D码,其中：
• C/A码 (粗码，对应的波长为293.1m)。
(1)选取网中一点的坐标值并加以固定，或给以适当的权； (2)网中的点均不固定，通过自由网伪逆平差或拟稳平差，确 定网的位置基准；
(3)在网中选若干点的坐标值并加以固定； (4)选网中若干点(直至全部点)的坐标值并给以适当的权。
二、外业观测方法
1、外业观测计划设计
(1)编制GPS卫星可见性预报图：利用卫星预报软件，输入测区 中心点概略坐标、作业时间、卫星截止高度角≥15°等，利用不 超过20天的星历文件即可编制卫星预报图。
(2)编制作业调度表：应根据仪器数量、交通工具状况、测区 交通环境及卫星预报状况制定作业调度表。作业表应包括：
• 观测时段(测站上开始接收卫星信号到停止观测，连续工 作的时间段)，注明开、关机时间；
• 测站号、测站名；接收机号、作业员；
二、外业观测方法
1、外业观测计划设计
2、野外观测
野外观测应严格按照GPS测量规范的技术设计要求进行。
3 GPS卫星定位的基本原理
GPS卫星定位原理是测量学中的空间距离交会方法。
S1
SS22：
• 按观测值的不同，分为伪距观测定位 和载波相位测量定位；
• 按使用同步观测的接收机数和定位解算方法来分，有单点定位 (绝对定位)和差分定位(相对定位)； • 根据接收机的运动状态可分为静态定位 和动态定位。
网的图形设计
GPS课件-坐标系统和时间系统
1
3 2
3
1
1
2 1
1
§2.4 WGS84坐標系
1、WGS84坐標系的定義
Z
協議地極
零子午面
協議地球坐標系
原點：地球質心M
M Y
X
Z軸：指向BIH1985.0定義的協議地極
X軸：指向BIH1985.0定義的零子午面與CTP相應的赤道交點
Y軸：垂直於XMZ平面，構成右手直角坐標系
ZCTS
ZT
xp yp
XCTS
M
協議赤道
XT
暫態赤道
YT
YCTS
X
X
Y
Ry
( x p )Rx
(
y p )Y
Z CTS
Z T
1
Ry
(
x
p
)Rx
(
y
p
)
0
0 1
xp yp
x p y p 1
4、協議天球坐標系到協議地球坐標系的轉換
兩坐標系之間的關係：
1）原點相同，均位於地球質心；
2）暫態天球坐標系的z軸和暫態地球坐標系的Z軸指向相同；
Rz
(ζ
)
sin
ζ
cos ζ
0
0
0 1
z 0.6406161T 0.0003041T 2 0.0000051T 3 ζ 0.6406161T 0.0000839T 2 0.0000050T 3 θ 0.6406161T 0.0001185T 2 0.0000116T 3
T (t t0 ) 從標準曆元 t0 到觀測曆元 t 的儒略世紀數
Y
X
x D sin Z cos A
y
D
《GPS卫星定位原理》PPT课件
静态定位与动态定位的不同点
静态定位
动态定位
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。
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
均为已知值。待定点P即为需要确定的船舶位置。用户用专用的无线电接收机按被
动式测距方式测定了至A点的距离RA和至B点的距离RB。于是我们就能根据以A为 圆心，以RA为半径的定位圆和以B为圆心以RB为半径的定位圆交出待定点P的位置.
A （圆心）
B（圆心）
当然两圆相交一般有两个交点，但根据待定点的概略位置通常是不难加以判断 和取舍的。而且为了提高解的精度和可靠性，实际上使用的已知信号发射台也往 往不止两个。也就是说实际上我们往往是从三个或三个以上已知点来交会P点的。 在这种情况下便不再存在多值性问题。
后到达接收机，接收机在自己的时钟控制下产生一组结构完全相同的测距码（复制 码），并通过时延器使其延迟时间 。将这两组测距码进行相关处理，若自相关系
数已和接收，到则的继来续自调卫整星延的迟测时距间码对，齐直，到复自制相t码关的系延数迟时间或趋就近等于于1卫为星止信。号此的时传复播制时码
间 。 将 乘 上光速c后即可求得卫星至接收机的伪距。
播时间 ，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，一般把
在
的条件下求得的时延 和真空中的光速c的乘积 当作观测值，下面我
们将建立卫星与接收机之间R(的t) 几 m何a距x 离 与观测值 之间的关系式。
GPS相对定位原理课件
可见出现在方程右端的未知数只有观测站T2 的坐标，三 差模型的优点是消除了整周未知数的影响，但使观测 方知程参的考数点量可进得一未步知减参少数。总当量观为测3(n站i-1数)，为此ni，外相，对在某组一成已三 差观测方程时，若取一观测卫星为参考卫星，并取某 一11))((历nntt--元11))为。 参为3(n考确i-1历定)，元观即，测(则站nj-三未1)(差知nt-观数1)测，方必3，程须或总满n数足t 为((nni(-jn+1i)2-1)(/n)(jn(-nj-j1-)。 说明为确定未知参数所必需的观测历元数与观测站数 无关，只与同步观测卫星数有关。
则观测站Ti至所测卫星sj的距离按泰勒级数展开并取其
一次微小项，
GPS相对定位原理
可得
ij(t)ij0lij(t)
mij(t)
Xi nij(t)Yi
Zi
j i0
Xj(t)Xi0 2Yj(t)Yi0 2Zj(t)Zi0 212
上式中Xj(t), Yj(t), Zj(t)为卫星sj于历元t的瞬时坐标。
方程，一般取一个观测站为参考点，同时取一颗观测 卫星为参考卫星。
GPS相对定位原理
如果以ni表示观测站数，以nj和nt表示所测卫星数和观测 历元数，则双差观测方程总数为(ni-1) (nj-1) nt。而待定 参数总数为3(ni-1)+ (ni-1)(nj-1)，式中第一项为待定点 坐标未知数，第二项为双差模型中出现的整周未知数
(3+nj+nt)，为了通过数据处理得到确定的解，必须满足
条件： (ni-1) nj nt (ni-1) (3+nj+nt)，由于(ni-1) 1，则
有nj nt (3+nj+nt)，即
则观测站Ti至所测卫星sj的距离按泰勒级数展开并取其
一次微小项，
GPS相对定位原理
可得
ij(t)ij0lij(t)
mij(t)
Xi nij(t)Yi
Zi
j i0
Xj(t)Xi0 2Yj(t)Yi0 2Zj(t)Zi0 212
上式中Xj(t), Yj(t), Zj(t)为卫星sj于历元t的瞬时坐标。
方程，一般取一个观测站为参考点，同时取一颗观测 卫星为参考卫星。
GPS相对定位原理
如果以ni表示观测站数，以nj和nt表示所测卫星数和观测 历元数，则双差观测方程总数为(ni-1) (nj-1) nt。而待定 参数总数为3(ni-1)+ (ni-1)(nj-1)，式中第一项为待定点 坐标未知数，第二项为双差模型中出现的整周未知数
(3+nj+nt)，为了通过数据处理得到确定的解，必须满足
条件： (ni-1) nj nt (ni-1) (3+nj+nt)，由于(ni-1) 1，则
有nj nt (3+nj+nt)，即
GPS原理 ppt课件
在GPS观测量中包含了卫星和接收机的 钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差 ，在定位计算时还要受到卫星广播星历误 差的影响，在进行相对定位时大部分公共 误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大 提高，双频接收机可以根据两个频率的观 测量抵消大气中电离层误差的主要部分， 能够大大提升定位精度。
Si
Sl
• 地面部分
– 主控站：1个 – 监测站：5个 – 注入站：3个 – 通讯与辅助系统
系统组成
– 主控站 • 管理、协调地面监控系统各部分的工作 • 编算广播星历 － 轨道参数、卫星钟改正数等 • 调整卫星状态 • 调度卫星
– 监测站 • 对卫星进行跟踪观测 • 记录气象数据 • 将数据传送到主控站
i
Pk
i
Pj
l
Pj
l
Pk
Pj
•可以消去卫星钟的系统偏差 •可以消去接收机时钟的误差 •可以解算出整周模糊度
Pk
•可以消去轨道（星历）误差的影响 •可以削弱大气折射对观测值的影响
RTK 工作原理图解
（Real Time Kinematic）
为什么要向您推荐 GPS
GPS测量与经典测量方法的对比：
➢不需要相互通视 ➢观测作业不受天气条件的影响 ➢网的质量与点位的分布情况无关 ➢能达到大地测量所需要的精度水平 ➢白天和夜间均可作业 ➢经济效益显著
各卫星系统的特点
系统特征
GPS
载波频率GHz
1.23,1.58
卫星高度km
20200
卫星数
21+3
GLONASS 1.61,1.25
19100 21+3
COMPASS 2491.75
21500 30+5
GPS卫星导航PPT课件
（2）实时差分动态定位 它是用安设在一个运动载体上GPS信 号接收机，及安设在一个基准站之间的另一台GPS接收机， 联合测得该运动载体的实时位置，从而描绘出该运动载体的 运行轨道，故差分动态定位又称相对动态定位。
（3）后处理差分动态定位 它和实时差分动态定位的主要差 别在于，在运动载体和基准站之间，不必像实时动态定位那 样建立实时数据传输，而是在定位观测以后，对两台GPS接 收机所采集的定位数据进行测后的联合处理，从而计算出接 收机所在运动载体在对应时间上坐标位置。
3后处理差分动态定位它和实时差分动态定位的主要差别在于在运动载体和基准站之间不必像实时动态定位那样建立实时数据传输而是在定位观测以后对两台gps接收机所采集的定位数据进行测后的联合处理从而计算出接收机所在运动载体在对应时间上坐标位置
GPS技术
讲授老师：王志芳
第六章 GPS卫星导航
6.1 概述 6.2 GPS卫星导航原理 6.3 GPS用于测速、测时、测姿态 6.4 GPS卫星导航方法 6.5 精密单点定位技术
6.4 GPS卫星导航方法
6.4.3差分GPS导航
由于SA政策降低了使用C/A码的民用用户的精度，因而就提 出了如何提高民用定位精度的问题，差分GPS就是适应这一要 求而产生的。 ， 工作原理
在地面已知位置设置一个地面站，地面站由一个GPS差分接 收机和一个差分发射机组成。差分接收机接收卫星信号，监测 GPS差分系统的误差，并按规定的时间间隔把修正信息发送给 用户，用户用修正信息校正自己的测量或位置解。
6.4 GPS卫星导航方法
6.4.1 基本概念：
对于任何某一具体导航过程，首先必须确定本次航行的起始 点、目的点以及航行计划路径。路径的标定一般是用一系列均 匀分布于路径上的坐标点来确定(航路点)。
（3）后处理差分动态定位 它和实时差分动态定位的主要差 别在于，在运动载体和基准站之间，不必像实时动态定位那 样建立实时数据传输，而是在定位观测以后，对两台GPS接 收机所采集的定位数据进行测后的联合处理，从而计算出接 收机所在运动载体在对应时间上坐标位置。
3后处理差分动态定位它和实时差分动态定位的主要差别在于在运动载体和基准站之间不必像实时动态定位那样建立实时数据传输而是在定位观测以后对两台gps接收机所采集的定位数据进行测后的联合处理从而计算出接收机所在运动载体在对应时间上坐标位置
GPS技术
讲授老师：王志芳
第六章 GPS卫星导航
6.1 概述 6.2 GPS卫星导航原理 6.3 GPS用于测速、测时、测姿态 6.4 GPS卫星导航方法 6.5 精密单点定位技术
6.4 GPS卫星导航方法
6.4.3差分GPS导航
由于SA政策降低了使用C/A码的民用用户的精度，因而就提 出了如何提高民用定位精度的问题，差分GPS就是适应这一要 求而产生的。 ， 工作原理
在地面已知位置设置一个地面站，地面站由一个GPS差分接 收机和一个差分发射机组成。差分接收机接收卫星信号，监测 GPS差分系统的误差，并按规定的时间间隔把修正信息发送给 用户，用户用修正信息校正自己的测量或位置解。
6.4 GPS卫星导航方法
6.4.1 基本概念：
对于任何某一具体导航过程，首先必须确定本次航行的起始 点、目的点以及航行计划路径。路径的标定一般是用一系列均 匀分布于路径上的坐标点来确定(航路点)。
《GPS卫星导航》PPT课件
d r )
及
X j Xk
2
Y j Yk
2
Z j Zk
2
1
2 dr
(6-8)
应
则基准/动态接收机的钟差之差所引起的距离偏差为：
用
dr cd k d r
(6-9)
如果基准/动态接收机各观测了4颗GPS卫星，则按（6-8）列 出4个方程式，可解出4个未知数（Xk，Yk，Zk，△dr）。
便得到线性方程：
用
X A1B
（6－2）
6.2.1 单点动态定位
G
其中矩阵:
P
X X u Yu Zu T
S 测 量 原
X
1
10
X u0
X2
X u0
Y 1 Zu0
1 0
Y 1 X u0
理
20
20
Z 1 Zu0
10
Z 2 Zu0
20
1
1
及 应
X 3 X u0
30
1 c
[ij I (t)
ijT
(t)]
上述计算可见，当观测站坐标已知时，只需观测1颗卫星，即可确定未知钟差
差数；如果观测站坐标未知，则至少同步观测4颗卫星，以便在确定观测站
G
位置的同时，确定接收机钟差（如前述的实时绝对定位）。
P
单站单机测时的目的在于确定用户时钟相对GPS时的偏差，进一步根据导航
S
及 由此可得载体运行方向的速度为 应
用
vs X 2 Y2 Z 2 1 2
上述测定航速的方法，不需要新的观测量，计算
简单，测速的实质仍是定位。上述计算是在时间段
G P
t内的平均速度，如果计算过程中所取时间间隔过
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GPS测量与经典测量方法的对比：
➢不需要相互通视 ➢观测作业不受天气条件的影响 ➢网的质量与点位的分布情况无关 ➢能达到大地测量所需要的精度水平 ➢白天和夜间均可作业 ➢经济效益显著
GPS用于大地测量
（三）GPS 的系统组成
用户部分
GPS接收机
空间部分
24颗GPS卫星组成
监控站
注入站 主控站
控制部分
级别
A
B
项目
固定误差 a(mm)
RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距 观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机。
RTK测量原理图
发射电台
接收电台
移
GPS主机
GPS主机
动 站
基准站
采集器
(一) GPS用于大地测量
1、GPS静态定位的主要应用领域
GPS静态定位主要用于建立各级测量控制网，其优点为： ➢定位精度高，其基线的相对精度非常高 ➢选点灵活、不需要造标、费用低 ➢全天候作业 ➢观测时间短 ➢观测数据处理自动化
差 ▪ 另外有接收机的对中、整平误差等
（四）GPS载波相位测量
1.采用载波相位观测值
L1=19c m
卫星广播
的电磁波
L2=24 cm C/A=293 m
信号：
p=29.3 m
• 信号量测精度优于波长的1/100
L1载波 L2载波
C/A码 P-码
• 载波波长比C/A码波长 短得多
• 所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距
(三) 单点定位结果的获取
• 单点定位解可以理解为一个测边后方交会问题 • 卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的
伪距(由时间延迟计算得到) • 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差，所以要同步观
测4颗卫星，解算四个未知参数：纬度 , 经度 , 大地高程 h , 钟差 t
伪距单点定位原理
▪ 绝对定位（单点定位） ▪ 相对定位 ▪ 差分定位
▪ 依定位采用的观测值 伪距测量（伪距定位） 载波相位测量
▪ 依时效 ▪ 实时定位 ▪ 事后定位
卫星信号结构
(三)GPS定位原理
基准频率 10.23MHZ
154
120 50比特/S
L1 1575.42MHZ
L2 1227.60MHZ
10
C/A码
P•码
ρSi (Xi XS )2 (Yi YS )2 (Zi ZS )2 C(Ti TS )
伪距单点定位的应用特点
▪ 既能用于静态定位，也可进行动态定位而用于导航 ▪ 定位速度快、实时性好 ▪ 对信号的强度要求不高 ▪ 但定位精度较低（理论上为10米~30米，在SA和AS
技术作用下误差达100米以上）
(2)确保美国军事安全，服务于全球战略 (3)导航精度可达10—20m (4)1994年3月28日建成，取代其它导航系统
GPS用于军事
15000
10000 5000
0 0
1000
2000
3000
15000 10000
5000 0 0
1000
2000
3000
飞行高度 9,840 英尺/ 3,000米
迭哥•伽西亚(Diego Garcia)—印度洋 卡瓦加兰(kwajalein)—太平洋
五个监测站 = 1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii)
GPS 用户部分
1. GPS接收机的功能
• 跟踪、接收、放大、处理卫星信号，测量出信号从卫星到天线的传播时间。 • 解译导航电文，实时解算测站三维位置。
GPS主机部分:
1.变频器 2.信号通道 3.微处理器 4.存储器 5.显示器
GPS电源部分:
测地型GPS接收机
显示控制器
天线 前置放大器
信号
供电
射电部分
命令 数据
供电，控制
微处理器
信息 控制
供电 数据
数据存器
电源部分
导航型GPS接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备(手持机)
（四）GPS的功能
(C/A码或P码)定位高得多的测距精度
载波相位测量 的特点
• 定位精度比伪距定位精度 高
• 可用于进行
• 静态绝对定位 、
• 静态相对定 位、
• 差分动态定位
设法解算出初始整周未知数
Ambiguity
Time (0)
Time (i)
Ambiguity
Counted Cycles Phase Measurement
1. WGS-84坐标系 World Geodetic System-1984坐标是GPS所采用的坐标系统， GPS发布的星历参数都是基于此坐标系的。
WGS-84的椭球参数：a=6378137m, 1/f=298.257 2.1954北京坐标系(C54)
克拉索夫斯基椭球参数： a=6378245m, 1/f=298.3 3.1980西安坐标系(C80)
第8章 全球定位系统的定位技术
（一）GPS及其背景 1. 它的全称是卫星授时测距导航系统/全球定位系统
（NAVSTAR/GPS；Navigation System timing And Ranging/Global Positioning System）
2. GPS是美国军方研制的第二代卫星导航系统 (1)全球通用，24小时可以定位，测速和授时
1个主控站 5个监控站 3个注入站
空间星座部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载波信号 提供其它辅助信息
地面控制部分： 中心控制系统 实现时间同步
轨 跟踪卫星进行定
用户部分： 接收卫星信号 记录处理数据
息 提供导航定位信
注入站
GPS 空间星座部分
GPS卫星
• 24颗卫星(21+3) • 6个轨道平面 • 55º轨道倾角 • 20200km轨道高度(地面高度) • 11小时58分(恒星时)轨道周期 • 5个多小时出现在地平线以上(每颗星) • 在全球各处能观测到高度角>15°的卫星 4 颗以上
• 导航
• 海空导航、车辆引行、导弹制导等
• 测速
• 其精度可达0.1m/s
• 测时与授时
• 其精度可达340ns（1纳秒=10-9秒）
• 定位
Ambiguity
Time (0)
Time (i)
Ambiguity
Counted Cycles Phase Measurement
（一） GPS 坐 标 系
2. GPS接收机的类型
（1）按用途分： •导航型 3. •G••P授测S1接9时地81收年型型G机PS的接收发机问展世
（2）按信号频率分： • 单频（L1） • 双频（L1和L2）
• 测地型已从第一代发展到第三代,目前还在飞速发展。
GPS天线部分: 将微弱的卫星电 磁波信号转变为 电信号,并放大
B
RTD测量原理图
发射电台
测深仪
移
GPS主机 接收电台 GPS主机
动
站
电脑
基准站
载波相位差分定位技术
• 如果使用载波 差分或同时使 用 载 波 差分 及 伪距差分则定 位精度可达510 mm + 1ppm
A
B
什么是RTK技术
常规GPS的测量方法，如静态、快速静态、动态测量都 需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在 野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相 位动态实时差分(Real - Time Kinematic)方法，是GPS应用 的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制 测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）
GPS 卫星在轨道上的分布
GPS 地面监控部分
控制部分 1 个主控站 3 个 注入站 5个监控站
Colorado spri ngs
55
GSP地面控制站
kwajalein
Hawaii
Ascencion Diego Garci a
一个主控站：科罗拉多•斯必灵司 三个注入站：阿松森(Ascencion)—大西洋
组成星际站际两次差分观测值
Si
Sl
Pik
Pij
Plj
Plk
Pj
•可以消去卫星钟的系统偏差 •可以消去接收机时钟的误差
Pk
•可以消去轨道(星历)误差的影响 •可以削弱大气折射对观测值的影响
伪距差分定位技术
• 伪距差分测量精 度 可 达 0.5m - 5 m
• 此种测量形式一 般 称 为 DGPS
A
• 测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成 (1)初始整周未知数n；(2) t 0至t i 时刻的整周记数Ci；(3)相
位尾数i • 如果信号没有失锁，则每一个观测值包含同一个初始整周未知数n • 为了利用载波相位进行定位，必须设法先解算出初始整周未知数，取
得总观测值n+Ci+ i
初始整周未知数的确定与定位精度的关系
GPS定位的误差来源
❖ 与GPS卫星有关的因素 SA技术：人为的降低广播星历精度(ε技术，2000年5月取
消), AS技术：防电子欺骗技术；卫星星历误差； 卫星钟差
❖ 与传播途径有关的因素 电离层延迟； 对流层延迟； 多路径效应
❖ 与接收机有关的因素 接收机钟差； 天线相位中心误差； 接收机软件和硬件误
系统特征 载波频率GHz 卫星高度km
卫星数 卫星周期h 卫星钟稳定度
GLONASS 1.61,1.25
19100 21+3 11:15 10-11
GPS 1.23,1.58
20200 21+3 11:58 10-12
➢不需要相互通视 ➢观测作业不受天气条件的影响 ➢网的质量与点位的分布情况无关 ➢能达到大地测量所需要的精度水平 ➢白天和夜间均可作业 ➢经济效益显著
GPS用于大地测量
（三）GPS 的系统组成
用户部分
GPS接收机
空间部分
24颗GPS卫星组成
监控站
注入站 主控站
控制部分
级别
A
B
项目
固定误差 a(mm)
RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距 观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机。
RTK测量原理图
发射电台
接收电台
移
GPS主机
GPS主机
动 站
基准站
采集器
(一) GPS用于大地测量
1、GPS静态定位的主要应用领域
GPS静态定位主要用于建立各级测量控制网，其优点为： ➢定位精度高，其基线的相对精度非常高 ➢选点灵活、不需要造标、费用低 ➢全天候作业 ➢观测时间短 ➢观测数据处理自动化
差 ▪ 另外有接收机的对中、整平误差等
（四）GPS载波相位测量
1.采用载波相位观测值
L1=19c m
卫星广播
的电磁波
L2=24 cm C/A=293 m
信号：
p=29.3 m
• 信号量测精度优于波长的1/100
L1载波 L2载波
C/A码 P-码
• 载波波长比C/A码波长 短得多
• 所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距
(三) 单点定位结果的获取
• 单点定位解可以理解为一个测边后方交会问题 • 卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的
伪距(由时间延迟计算得到) • 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差，所以要同步观
测4颗卫星，解算四个未知参数：纬度 , 经度 , 大地高程 h , 钟差 t
伪距单点定位原理
▪ 绝对定位（单点定位） ▪ 相对定位 ▪ 差分定位
▪ 依定位采用的观测值 伪距测量（伪距定位） 载波相位测量
▪ 依时效 ▪ 实时定位 ▪ 事后定位
卫星信号结构
(三)GPS定位原理
基准频率 10.23MHZ
154
120 50比特/S
L1 1575.42MHZ
L2 1227.60MHZ
10
C/A码
P•码
ρSi (Xi XS )2 (Yi YS )2 (Zi ZS )2 C(Ti TS )
伪距单点定位的应用特点
▪ 既能用于静态定位，也可进行动态定位而用于导航 ▪ 定位速度快、实时性好 ▪ 对信号的强度要求不高 ▪ 但定位精度较低（理论上为10米~30米，在SA和AS
技术作用下误差达100米以上）
(2)确保美国军事安全，服务于全球战略 (3)导航精度可达10—20m (4)1994年3月28日建成，取代其它导航系统
GPS用于军事
15000
10000 5000
0 0
1000
2000
3000
15000 10000
5000 0 0
1000
2000
3000
飞行高度 9,840 英尺/ 3,000米
迭哥•伽西亚(Diego Garcia)—印度洋 卡瓦加兰(kwajalein)—太平洋
五个监测站 = 1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii)
GPS 用户部分
1. GPS接收机的功能
• 跟踪、接收、放大、处理卫星信号，测量出信号从卫星到天线的传播时间。 • 解译导航电文，实时解算测站三维位置。
GPS主机部分:
1.变频器 2.信号通道 3.微处理器 4.存储器 5.显示器
GPS电源部分:
测地型GPS接收机
显示控制器
天线 前置放大器
信号
供电
射电部分
命令 数据
供电，控制
微处理器
信息 控制
供电 数据
数据存器
电源部分
导航型GPS接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备(手持机)
（四）GPS的功能
(C/A码或P码)定位高得多的测距精度
载波相位测量 的特点
• 定位精度比伪距定位精度 高
• 可用于进行
• 静态绝对定位 、
• 静态相对定 位、
• 差分动态定位
设法解算出初始整周未知数
Ambiguity
Time (0)
Time (i)
Ambiguity
Counted Cycles Phase Measurement
1. WGS-84坐标系 World Geodetic System-1984坐标是GPS所采用的坐标系统， GPS发布的星历参数都是基于此坐标系的。
WGS-84的椭球参数：a=6378137m, 1/f=298.257 2.1954北京坐标系(C54)
克拉索夫斯基椭球参数： a=6378245m, 1/f=298.3 3.1980西安坐标系(C80)
第8章 全球定位系统的定位技术
（一）GPS及其背景 1. 它的全称是卫星授时测距导航系统/全球定位系统
（NAVSTAR/GPS；Navigation System timing And Ranging/Global Positioning System）
2. GPS是美国军方研制的第二代卫星导航系统 (1)全球通用，24小时可以定位，测速和授时
1个主控站 5个监控站 3个注入站
空间星座部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载波信号 提供其它辅助信息
地面控制部分： 中心控制系统 实现时间同步
轨 跟踪卫星进行定
用户部分： 接收卫星信号 记录处理数据
息 提供导航定位信
注入站
GPS 空间星座部分
GPS卫星
• 24颗卫星(21+3) • 6个轨道平面 • 55º轨道倾角 • 20200km轨道高度(地面高度) • 11小时58分(恒星时)轨道周期 • 5个多小时出现在地平线以上(每颗星) • 在全球各处能观测到高度角>15°的卫星 4 颗以上
• 导航
• 海空导航、车辆引行、导弹制导等
• 测速
• 其精度可达0.1m/s
• 测时与授时
• 其精度可达340ns（1纳秒=10-9秒）
• 定位
Ambiguity
Time (0)
Time (i)
Ambiguity
Counted Cycles Phase Measurement
（一） GPS 坐 标 系
2. GPS接收机的类型
（1）按用途分： •导航型 3. •G••P授测S1接9时地81收年型型G机PS的接收发机问展世
（2）按信号频率分： • 单频（L1） • 双频（L1和L2）
• 测地型已从第一代发展到第三代,目前还在飞速发展。
GPS天线部分: 将微弱的卫星电 磁波信号转变为 电信号,并放大
B
RTD测量原理图
发射电台
测深仪
移
GPS主机 接收电台 GPS主机
动
站
电脑
基准站
载波相位差分定位技术
• 如果使用载波 差分或同时使 用 载 波 差分 及 伪距差分则定 位精度可达510 mm + 1ppm
A
B
什么是RTK技术
常规GPS的测量方法，如静态、快速静态、动态测量都 需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在 野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相 位动态实时差分(Real - Time Kinematic)方法，是GPS应用 的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制 测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）
GPS 卫星在轨道上的分布
GPS 地面监控部分
控制部分 1 个主控站 3 个 注入站 5个监控站
Colorado spri ngs
55
GSP地面控制站
kwajalein
Hawaii
Ascencion Diego Garci a
一个主控站：科罗拉多•斯必灵司 三个注入站：阿松森(Ascencion)—大西洋
组成星际站际两次差分观测值
Si
Sl
Pik
Pij
Plj
Plk
Pj
•可以消去卫星钟的系统偏差 •可以消去接收机时钟的误差
Pk
•可以消去轨道(星历)误差的影响 •可以削弱大气折射对观测值的影响
伪距差分定位技术
• 伪距差分测量精 度 可 达 0.5m - 5 m
• 此种测量形式一 般 称 为 DGPS
A
• 测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成 (1)初始整周未知数n；(2) t 0至t i 时刻的整周记数Ci；(3)相
位尾数i • 如果信号没有失锁，则每一个观测值包含同一个初始整周未知数n • 为了利用载波相位进行定位，必须设法先解算出初始整周未知数，取
得总观测值n+Ci+ i
初始整周未知数的确定与定位精度的关系
GPS定位的误差来源
❖ 与GPS卫星有关的因素 SA技术：人为的降低广播星历精度(ε技术，2000年5月取
消), AS技术：防电子欺骗技术；卫星星历误差； 卫星钟差
❖ 与传播途径有关的因素 电离层延迟； 对流层延迟； 多路径效应
❖ 与接收机有关的因素 接收机钟差； 天线相位中心误差； 接收机软件和硬件误
系统特征 载波频率GHz 卫星高度km
卫星数 卫星周期h 卫星钟稳定度
GLONASS 1.61,1.25
19100 21+3 11:15 10-11
GPS 1.23,1.58
20200 21+3 11:58 10-12