gps 06gps卫星导航

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1、GPS原理及应用上海海洋大学海洋学院Email:wshen@shou.edu.cn课程类别：海技专业基础课讲授：沈蔚第六章GPS卫星导航6.1概述6.2GPS卫星导航原理6.3GPS卫星用于测速、测时、测姿态6.4GPS卫星导航方法6.5精密单点定位技术手机导航键广义的导航浮标导航导航概念的演变起源于航海：引导运动载体从一个地点航行到另一个地点的过程众多运载工具的导航：飞机、火箭、导弹、核潜艇、巨型油轮、人造卫星、宇宙飞船除了保证航行安全，还要为载体或载体中的监视、测量、装备等系统提供精确的导航信息导

2、航种类船位导航术天文导航无线电导航惯性导航卫星导航导航：与地理位置相关导航：确定航行体运动到什么地方和向何方向运动。起点终点导航：广义的动态定位关键：确定航行体的即时位置其他：载体的瞬时速度，精确的时间，载体的姿态GPS卫星导航运动载体的七维状态参数（三维坐标、三维速度、时间）运动载体的三维姿态参数应用广泛：航空航天、渔业、导游、农业、大地测量、地球物理学、气球气象学、载人航天GPS卫星导航相对于GPS静态定位的优点用户多样速度多变实时定位数据和精度多变6.2GPS卫星导航原理单点动态定位实时差分动态

3、定位后处理差分动态定位单点动态定位安设在一个运动载体上的GPS信号接收机，自主地测得该运动载体的实时位置又称绝对动态定位实时差分动态定位差分改正数基准接收机动态接收机基准接收机和动态接收机联合测得运动载体的实时位置，从而描绘出载体的运动轨迹后处理差分动态定位基准接收机和动态接收机之间不必建立实时数据传输，而是在定位观测后，对两台接收机所采集的数据进行测后的联合处理，从而计算出运动载体在对应时间的坐标如：GPS航空摄影测量技术GPS绝对定位的方法：静态动态：伪距法绝对定位伪距法（测码）载波相位测量（测相

4、）6.2.1单点动态定位绝对动态定位单点动态定位的观测方程基本方程：：站星距离（伪距）；Xu,Yu,Zu:动态用户的瞬时位置；Xj,Yj,Zj:第j颗卫星的瞬时位置；d:站星距离偏差。对比：给定用户三维坐标的初始值：求解:-用户坐标改正值-站星距离偏差d观测方程的解观测方程的解（续）对基本方程中的Xu,Yu,Zu分别微分，得：X=A-1B：对应于第j颗卫星的伪距观测值观测方程的解（续）解算运动载体的实时点位时，后续点位的初始坐标值可依据前一个点位坐标假定因此，关键是确定第一个点位坐标的初始值6.2.2

5、差分动态定位原理图伪距差分动态定位基准站R至卫星j的伪距：卫星星历误差引起的距离偏差伪距的改正值：伪距差分动态定位（续）动态站k至卫星j的伪距：加上伪距改正值：当动态接收机与基准站距离在1000km以内时，上式中后三项为零，则伪距差分动态定位（续）解算4个未知数：6.2.3动态载波相位差分测量动态用户和基准站同时观测4颗相同的GPS卫星，解算在t时刻用户位置估值和改正数（参考GPS卫星定位基本原理（二））。RTK-DGPS6.3.1GPS测速利用GPS信号进行速度测量，是基于站星距离的测量速度：运动质

6、点在单位时间内的距离变化率6.3GPS测速、测时、测姿态站星距离（可求出）可忽略不计站星距离变化率（可求出）运动载体的三维速度表达式：伪距法单点动态定位基本方程：微分GPS测速（续）GPS卫星的运行速度可根据导航电文求得初始化：运动载体上的接收机静止，则：解算4个未知数：用户三维速度和接收机钟差变化率GPS测速（续）运动载体的速度：6.3.2GPS定时定时的应用：日常生活（闹钟、交通工具）航天发射现代大地测量学（4维）…GPS的时间系统每颗卫星上装有四台原子钟GPS时间受到美国海军天文台（USNO）的

7、监测地面主控站能以优于5ns的精度，使GPS时间和世界协调时UTC之差保持在1s以内GPS卫星向用户播发自己的钟差、钟速和钟漂等参数GPS卫星已成为一种全球性的用户无限的时间信号源GPS定时的目的原子时协调世界时修正世界时测定用户时钟相对于GPS时间的偏差，并依据导航电文，计算出协调世界时UTC。GPS定时的方法一站单机定时法共视比对定时法一站单机定时法在一个已知位置测站上，用一台GPS接收机观测一颗GPS卫星，测定用户时钟的偏差。某颗卫星在时刻发射的信号初相，经过电离层和对流层到达用户天线的时

8、刻为，则信号传播时间为：电离层和对流层时延可由导航电文中获得一站单机的定时方程式所求值相对于GPS时间之差可由导航电文中获得用户时钟偏差：（式子右边均为已知）一站单机的定时方程式（续）当同时观测4颗GPS卫星时，可在不知测站坐标的情况下，同时测得用户时钟偏差和测站坐标。一站单机的定时方程式（续）共视比对定时法在两个测站上各安设一台GPS接收机，在相同的时间内，观测同一颗GPS卫星，测定用户时钟偏差。共视比对定时法（续）A、B两个测站所测得的用户时钟偏差分