东南大学交通基础设施检测技术课件定位系统.ppt

定位系统?GPS全球***导航系统(Global Positioning System-GPS)是美国从本世纪70年代开始研制,历时20年,耗资200亿美元,于1994年全面建成,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。?并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科,从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。无线电导航系统?罗兰--C:工作在100KHZ,由三个地面导航台组成,导航工作区域2000KM,一般精度200-300M。Omega(奥米茄):工作在十几千赫。由八个地面导航台组成,可覆盖全球。精度几英里。?多卜勒系统:利用多卜勒频移原理,通过测量其频移得到运动物参数(地速和偏流角),推算出飞行器位置,属自备式航位推算系统。误差随航程增加而累加。GPS发展历程?第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年,共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。?第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年,又陆续发射了7颗试验卫星,研制了各种用途接收机。实验表明,GPS定位精度远远超过设计标准。?第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功,表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即(21+3)GPS星座已经建成,今后将根据计划更换失效的卫星。GPS系统的组成?空间部分:21颗工作卫星,3颗备用卫星。?地面支撑系统:1个主控站,3个注入站,5个监测站。?用户设备部分:接收GPS卫星发射信号,以获得必要的导航和定位信息,经数据处理,完成导航和定位工作。GPS接收机(用户部分)GPS接收机由天线单元和接收单元(包括通道单元、计算与显示单元、存储单元、电源等)GPS接收机的主要功能为:1)选择卫星2)搜捕和跟踪配选卫星信号3)获取粗略伪距并进行修正4)定位计算天线前置放大器信号处理器微处理器导航计算机数据存储器外部传输振荡器用户信息传输电源图1 GPS接收机体系结构?用户如何测量与卫星的距离呢?GPS采用的办法,是在卫星和用户机上各安装一个时钟,并在卫星发送的测距信号中包含发送时的时间信息。这样,用户机在接收到测距信号后,只要与自身时钟的时间对比,就可以获得发送时间与接收时间的时差,再乘以光速,就可以得到与卫星的距离了。但在实际应用中,这个做法仍有缺陷。由于用户机受空间和能源的限制,只能采用精度较差的石英钟,因此不可能做到与卫星时钟的完全同步,这样测量出来的时间差和由此所计算得出的距离必然会有较大的误差。为消除这一误差,GPS测距时同时接收4颗卫星的信号,从而把钟差也作为一个未知数,与坐标共同组成一个四元方程组,与坐标一齐解算出来,从而保证了相当高的定位精度。GPS定位原理5、GPS定位原理(1)绝对定位原理以GPS卫星和用户接收机天线之间距离(或距离差)的观测量为基础,并根据已知的卫星瞬时坐标来确定用户接收机天线所对应的电位,即观测站的位置。问题:由于卫星时钟与用户接受机时钟难以保持严格同步,所以实际观测的观测站至卫星之间的距离均含有卫星钟和接收机时钟同步差的影响,故称之为伪距?GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置。如图所示,假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机,可以测定GPS信号到达接收机的时间△t,再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式: