GPS卫星定位原理.doc

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1、《GPS测量技术与应用》电子教案第三章GPS卫星定位原理第一节概论第二节伪距测量原理学时：2学时目的、要求：1、理解GPS定位的实质；2、理解伪距定位法的基本原理；3、掌握伪距的含义。4、载波相位测量的原理教学内容概述：一、GPS卫星定位原理概述1．GPS定位原理GPS的定位原理就是利用空间分布的卫星以及卫星与地面点的距离交会得出地面点位置。简言之，GPS定位原理是一种空间的距离交会原理。2．GPS定位方法分类利用GPS进行定位的方法有很多种。若按照参考点的位置不同，则定位方法可分为（1）绝对定位。即在协议地球坐标系中，利用一台接收

2、机来测定该点相对于协议地球质心的位置，也叫单点定位。这里可认为参考点与协议地球质心相重合。GPS定位所采用的协议地球坐标系为WGS-84坐标系。因此绝对定位的坐标最初成果为WGS-84坐标。（2）相对定位。即在协议地球坐标系中，利用两台以上的接收机测定观测点至某一地面参考点（已知点）之间的相对位置。也就是测定地面参考点到未知点的坐标增量。按用户接收机在作业中的运动状态不同，则定位方法可分为（1）静态定位。即在定位过程中，将接收机安置在测站点上并固定不动。严格说来，这种静止状态只是相对的，通常指接收机相对与其周围点位没有发生变化。（2

3、）动态定位。即在定位过程中，接收机处于运动状态。GPS绝对定位和相对定位中，又都包含静态和动态两种方式。即动态绝对定位、静态绝对定位、动态相对定位和静态相对定位。若依照测距的原理不同，又可分为测码伪距法定位、测相伪距法定位、差分定位等。1．GPS测量的基本观测量由于卫星信号含有多种定位信息，根据不同的要求和方法，可获得不同的观测量：（1）测码伪距观测量（码相位观测量）；（2）测相伪距观测量（载波相位观测量）；（3）多普勒积分计数伪距差；（4）干涉法测量时间延迟；目前，在GPS定位测量中，广泛采用的观测量为前两种，即码相位观测量和载波

4、相位观测量。2．测码伪距测量2．1码相位测量测码伪距测量是通过测量GPS卫星发射的测距码信号到达用户接收机的传播时间，从而计算出接收机至卫星的距离，即（3-2）式中：——传播时间；——光速2．2测码伪距观测方程及其线性化GPS采用单程测距原理，要准确地测定站星之间的距离，必须使卫星钟与用户接收机钟保持严格同步，同时考虑大气层对卫星信号的影响。3．测相伪距测量甘肃林业职业技术学院测绘工程系5《GPS测量技术与应用》电子教案3．1载波相位测量载波相位测量是通过测量GPS卫星发射的载波信号从GPS卫星发射到GPS接收机的传播路程上的相位变

5、化，从而确定传播距离。因而又称为测相伪距测量。3．2载波信号的传播时间卫星信号的实际传播时间表示为：（3-26）3．3测相伪距观测方程及其线性化4．整周未知数的确定4.1平差待定参数法4.2快速解算法（FARA）4.3动态法5．周跳的探测分析与修复周跳就是由于GPS接收机对于卫星信号的失锁，而导致GPS接收机中载波相位观测值中的整周计数所发生的突变。产生周跳的主要原因是卫星信号失锁，例如卫星信号被障碍物遮挡而暂时中断，或受到无线电信号干扰而造成失锁等。这些原因都会使计数器的整周数发生错误，由于载波相位观测量为瞬时观测值，因此不足一周

6、的小数部分总能保持正确。重点：1、理解GPS定位的实质；2、理解伪距定位法的基本原理；3、掌握伪距的含义。4、载波相位测量的原理难点：1、理解GPS定位的实质；2、理解伪距定位法的基本原理；3、载波相位测量的原理思考题（作业）：1．用文字配合公式和图形说明GPS定位的基本原理。2．GPS定位方法有哪些？各种方法适合于何种测量工作？备注（教学组织形式、教学方法与手段等及其它需注明的问题）：采用总分结构的讲解形式，首先概括地介绍GPS定位的方式和方法，然后详细讲述四种定位方法的原理并将其作比较，强调伪距定位法和载波相位测量法的重要性和优

7、越性。随后由静态定位模式过渡到动态定位模式，简介伪距差分定位的原理、GPS测时和测速原理，使学生掌握了GPS定位的理论知识。最后布置作业题使学生巩固本章内容。课后记：本章需要学生了解有关物理方面的知识，能够用波的概念来理解伪距定位法和载波相位测量法的基本原理。课后要及时复习，加深对所讲知识点的理解，再通过课后作业巩固本章内容。教材中第四章的开头也有关于本章的学习目标，可以帮助同学们有的放矢地复习。甘肃林业职业技术学院测绘工程系5《GPS测量技术与应用》电子教案第三章GPS卫星定位原理第三节绝对定位原理第四节GPS相对定位原理学时：2

8、学时目的、要求：1、理解绝对定位原理；2、理解GPS相对定位原理；3、掌握常用的三种差分法。教学内容概述：一、绝对定位原理GPS绝对定位又叫单点定位，即以GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值为基础，并根据卫星星历确定的卫星瞬时坐标，