GPS卫星定位基本原理.docx
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1、GPS定位方法 GPS定位的方法是多种多样的,用户可以依据不同的用途承受不同的定位方法。 GPS定位方法可依据不同的分类标准,作如下划分:1、依据定位所承受的观测值(1)伪距定位;(2)载波相位定位2、依据定位时接收机的运动状态 m 静态定位2动态定位3 .依据定位的模式(1)确定定位2相对定位(3)差分定位.依据猎取定位结果的时间(1)实时定位2)事后定位伪距测量定义:伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测出得到四颗以上GPS卫星的伪距 以及己知的卫星位置,承受距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。伪距:由卫星放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。 载波
2、相位测量为什么承受载波相位测量载波相位测量是利用GPS卫星放射的载波为测距信号。 由于载波的波长(入Ll = 19cm,入L2 = 24cm)比测距码波长(入C/A=293m,入p=29.3m) 要短得多,因此对载波进展相位测量,就可能得到较高的测量定位精度。重建载波方法1)码相关法(2)平方法整周未知数NO确实定 整周未知数NO确实定是载波相位测量中特有的问题,也是进一步提高GPS定位精 度、提高作业速度的关键所在。 确定整周未知数的方法主要有四种:伪距法、NO作为未知数参与平差法、三差法和 快速确定整周未知数法。载波相位观测应留意:整周数的变化局部由计数器记录,此间信号不能连续,假设此间到
3、达接收机的信号被遮 挡,造成失锁,遮挡期间整周记数暂停,遮挡移去后连续记数,这就丢掉了遮挡期间的假设干整 周数。这种状况叫整周跳。引起周跳的另一缘由是强电磁干扰。因各项误差影响,整周未知数往往不为整数。整周跳变的修复在何种状况下修复周跳有意义? 假设由于电源的故障或振荡器本身的故障使信号临时中断,那么中断前后信号本身 失去了连续性。恢复正常工作后的观测值中不但整周计数不正确,缺乏整周的局部 也不对。这时,修复周跳没有意义。 假设是其他缘由,如卫星信号被某些障碍物挡住,外界干扰使信号临时失锁等,使 信号整周计数临时中断,而缺乏一周的相位差局部仍是正确的。这时,修复周跳才 有意义。整周跳变的探测与
4、修复常用的方法1)屏幕扫描法(2)用高次差或多项式拟合法13)在 卫星间求差法(4)用双频观测值修复周跳用双频观测值修复周跳 优点:组合后的 值中,只涉及频率,取决于电离层残差影响,无须预先知道测站 和卫星的坐标。 缺点:不能顾及多路径效应和测量噪声的影响,另外假设两个载波相位观测值中都 消灭周跳,则不能承受这种方法,而只能承受其他方法探测和修复周跳。GPS确定定位与相对定位1、确定定位也称单点定位,是指在协议地球坐标系中,直接确定观测站相对于坐标原点地球质 心确定坐标的一种方法。确定定位的分类确定定位可依据天线所处的状态分为动态确定定位和静态确定定位。无论动态还是 静态,所依据的观测量都是所
5、测的站星伪距。 依据观测量的性质,伪距有测码伪距和测相伪距,确定定位相应分为测码伪距确定 定位和测相伪距确定定位。确定定位的精度由于受到卫星轨道误差、钟差以及信号传播误差等因素的影响,静态确定定位的精 度约为米级,而动态确定定位的精度为10-40m。这一精度只能用于一般导航定位中, 远不能满足大地测量周密定位的要求。2、相对定位GPS相对定位,是至少用两台GPS接收机,同步观测一样的GPS卫星,确定两台接收机天 线之间的相对位置(坐标差)。它是目前GPS定位中精度最高的一种定位方法。广泛应用于 大地测量、周密工程测量、地球动力学的争论和周密导航。静态确定定位原理静态确定定位时观测站是固定的,可
6、以于不同历元同步观测不同卫星,取得充分多的伪距观测 量,通过最小二乘法平差,提高定位精度。最小二乘法:最小二乘法是一种数学优化技术,它通过最小化误差的平方和找到一组数据的最正 确函数匹配。测码伪距静态确定定位假设观测的时间较长,接收机钟差的变化往往不能无视。依据不同状况,或者将钟差表示为多 项式形式,把多项式系数作为未知数在平差计算中求解;或简洁地对不同观测历元引入相异的 独立钟差参数,在平差计算中一并解算。动态确定定位在用户承受机安置在运动的载体上并处于动态状况下,确定载体瞬时确定位置的定 位方法。应用载波相位观测值进展静态确定定位载波相位观测值精度高,有可能获得精度较高的定位结果。但定位精
7、度仍受卫星轨 道误差和大气折射误差等影响,只有当卫星轨道精度较高,并以必要的精度对观测 量参加电离层和对流层等项修正,才能发挥测相法确定定位潜能; 同时如何防止和修复整周变跳,对保障定位精度格外重要。 另外,整周未知数NO,理论上是整数,但由于观测误差和各修正量误差的影响,平 差求解后不再是整数。 假设把非整数的整周未知数调整为相近的整数,作为固定值代入重求解其它未知参 数,所得的解称为固定解,而相应整周未知数为非整数的解成为浮动解。精度因子(GDOP)的数值与所测卫星的几何分布图形有关。假设由观测站与四颗观测卫星所 构成的六面体体积为V,则分析说明,精度因子GDOP与该六面体体积V的倒数成正
8、比。 六面体的体积越大,所测卫星在空间的分布范围也越大,GDOP值越小;反之,卫星分布 范围越小,GDOP值越大。实际工作中选择和评价观测卫星分布图形:一颗卫星处于天顶,其余3颗卫星相距120度时, 所构成的六面体体积接近最大。相对定位相对定位是用两台接收机分别安置在基线的两端,同步观测一样的GPS卫星,以确定基线 端点的相对位置或基线向量。相对定位有静态相对定位和动态相对定位之分。一次差:将观测值直接相减的过程叫做求一次差。所获得的结果被当作虚拟观测值,叫做载波相 位观测值的一次差或单差。常用的求一次差是在接收机间求一次差。二次差:对载波相位观测值的一次差分观测值连续求差,所得的结果仍可以被
9、当作虚拟观测值, 叫做载波相位观测值的二次差或双差。三次差:对二次差连续求差称为求三次差。所得结果叫做载波相位观测值的三次差或三差。 常用的求三次差是在接收机、卫星和历元之间求三次差。 单差观测值中可以消退与卫星有关的载波相位及其钟差项, 双差观测值中可以消退与接收机有关的载波相位及其钟差项, 三差观测值中可以消退与卫星和接收机有关的初始整周模糊度项N。SA技术:SA技术称为有选择可用性技术,即人为地将误差引入卫星钟和卫星数据中,有 意降低GPS定位精度。使C/A码定位的精度从原来的20m降低到100m。 SA技术的主要内容:(1)在播送星历中,对GPS卫星的基准频率承受3技术,使星历 精度降
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