GPS导航定位原理介绍版.pptx

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按用户接收机作业时所处的状态划分:
(1)静态定位:在定位过程中,接收机位置静止不动,是固定的。静止状态只是相对的,在卫星大地测量中的静止状态通常是指待定点的位置相对其周围点位没有发生变化,或变化极其缓慢,以致在观测期内可以忽略。
(2)动态定位:在定位过程中,接收机天线处于运动状态。
在绝对定位和相对定位中,又都包含静态和动态两种形式。
GPS定位方法分类
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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。
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GPS观测量的基本概念
采用积分多普勒计数法进行定位时,所需观测时间较长,一般数小时,同时观测过程中,要求接收机的震荡器保持高度稳定。干涉法测量时,所需设备较昂贵,数据处理复杂。
这两种方法在GPS定位中,尚难以获得广泛应用。
目前广泛应用的基本观测量主要有码相位观测量和载波相位观测量。
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GPS伪距测量
伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测出的到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置,采用距离交会的方法(原理与观测方程将随后介绍)求定接收机天线所在点的三维坐标。
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什么叫伪距?
所测伪距就是由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。由于卫星时钟、接收机时钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟,实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离有一定差值,因此一般称量测出的距离为伪距。
用C/A码进行测量的伪距为C/A码伪距,用P码测量的伪距为P码伪距。
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伪距法定位特点
伪距法定位虽然一次定位精度不高,P码定位误差约为10m,C/A码定位误差为20-30m,但因其具有定位速度快,且无多值性问题等优点,仍然是GPS定位系统进行导航的最基本方法。同时,所测伪距又可作为载波相位测量中解决整波数不确定问题(整周模糊度)的辅助资料。
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sj(t1)
sj(t2)
X
Y
Z
Yi
Xi
Zi
ij(t1)
ij(t2)
GPS定位的几何关系
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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:
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。为伪距, 为真正几何距离, 为接收机和卫星之间钟差。
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通常GPS卫星的钟差可从卫星发播的导航电文中获得,经钟差改正后,各卫星之间的时间同步差可保持在20ns以内。如果忽略卫星之间钟差影响,并考虑电离层、对流层折射影响,可得:
伪距定位观测方程
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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:
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也作为未知数,则共有四个未知数。因此,接收机必须同时至少测定四颗卫星的距离才能解算出接收机的三维坐标值。