《GPS卫星定位原理》PPT课件

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1、第五章GPS卫星定位的基本原理学习目标：①了解GPS测速原理和定时原理。②理解主动式测距和被动式测距、伪距及测定与计算、动态定位的特点。③掌握GPS定位、静态定位、动态定位、单点定位、相对定位等的基本概念和载波相位测量方法。主要内容：第一节GPS定位概述第二节伪距法定位原理第三节载波相位的测量原理第四节GPS动态定位原理第一节GPS定位概述一、静态定位与动态定位二、单点定位和相对定位三、主动式测距和被动式测距四、用GPS定位的基本方法GPS的定位实质：把卫星视为“动态”的控制点，在已知其瞬时坐标的条件下，进行空间距离后方交会，确定用

2、户接收机天线所处的位置。GPS定位方法分类：按接收机天线所处的状态不同（1）静态定位（2）动态定位按参考点位置的不同（1）单点定位（2）相对定位。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

3、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。静态定位在大地测量、精密工程测量、地球动力学及地震监测等领域内得到了广泛的应用，是精密定位中的基本模式。随着快速解算整周模糊度技术的出现，静态定位的作业时间可大为减少，因而在普通测量和一般工程测量等领域内也将得到广泛应用。2.动态定位在定位过程中，接收机位于运动着的载体，天线也处于运动状态的定位。严格地说，静态定位和动态定位的根本区别并不在于待定点本身是否在运动，而在于建立数学模型中待定点的位置是否可看成常数。也就是说

4、，在观测期间待定点的位置和允许的定位误差相比是否显著，能否忽略不计。由于进行静态定位时待定点的位置可视为固定不动，因而就有可能通过大量的重复观测来提高定位精度。按照接收机载体的运动速度（1）低动态（几十米/秒）（2）中等动态（几百米/秒）（3）高动态（几千米/秒）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

5、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；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。确定同步跟踪相同的GPS卫星信号的若干台接收机之间的相对位置的一种定位

6、方法。2.相对定位（差分定位）相对定位的优点：精度很高。这是由于用同步观测资料进行相对定位时，对于步测站来讲有许多误差是相同的或大体相同的（如卫星钟的钟误差、卫星星历误差、卫星信号在大气中的传播误差等）在相对定位的过程中这些误差可得以消除或大幅度削弱，因而可获得很高精度的相对位置。相对定位的缺点：①需用多台（至少两台）接收机进行同步观测，若其中一台接收机因故未能按预定计划按时开机观测或在观测过程中出现故障，都将使得与该测站有关的相对定位工作无法进行。所以，②相对定位中，外业观测的组织和实施就较单点定位更为复杂；③数据处理更为麻烦。相

7、对定位的结果是各同步跟踪站之间的基线向量（三维坐标差）。因而至少需给出网中一个点的坐标后才能求出其余各点的坐标。相对定位不仅可用于静态定位，也可用于动态定位。相对定位这种模式在大地测量、工程测量、地壳形变监测等精密定位领域内得到了广泛的应用。在导航和动态定位中，为了提高精度经常采用一种所谓“差分定位”的方法。其基本做法是：将一台接收机安置在地面已知点上作为基准点，其余接收机则分别安置在需要确定其位置的运动载体上。安置在已知点上的静止接收机最好能跟踪视场中所有可见卫星，以便与所有的流动接收机均能实现同步观测。根据基准点的已知坐标即可求

8、出定位结果的坐标改正数（位置差分法）或距离观测值的改正数（距离差分法）。通过基准点和流动用户之间的数据链把这些改正数实时传送给流动用户，以便用户能对流动接收机的定位结果（测站坐标）或距离观测值进行改正，提高定位的精度和可靠性。在差分定