7第七章GPS定位技术课案.ppt

第七章 GPS定位技术;7.1 概述;俄罗斯的GLONASS卫星定位系统 欧空局的伽利略系统等 我国自行设计的“北斗一号”卫星导航定位系统;GPS定位技术特点： 观测站之间无需通视； 定位精度高； 观测时间短； 提供三维坐标； 操作简便； 全天候作业。; ;1.空间星座部分; GPS卫星的主体呈圆柱形，直径约为1.5m，重774kg，两侧有两块双叶太阳能板，以保证工作用电；每颗卫星装有4台高精度原子钟，为GPS提供高精度时间标准。卫星的设计寿命为7.5年;功能 1）接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令； 2）卫星上设有微处理机，进行部分必要的数据处理工作； 3）通过星载的高精度铷钟、铯钟产生基准信号和提供精密的时间标准； 4）向用户发送导航定位信号； 5）在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。 ;2、地面监控部分;地面监控站的作用－采集数据;地面主控站的作用－处理数据、协调、管理监控系统和卫星 协调和管理地面监控系统 根据监测站的所有观测资料，推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等，并把这些数据送到注入站 提供全球定位系统的时间基准 调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行 启用备用卫星，以代替失效的工作卫星;注入站的作用 ;3、用户接收部分;按用途;导航型GPS机;测量型GPS接收机;GPS的应用;海上测量;海上导航; 空中应用 空中测量制图方面，航空摄影测量内方位测定及空中重力点位置测量等 空中运输导航方面，飞机飞行导航、着陆导航及空中喷洒农药控制等;空中测量;空中导航;太空应用 低空卫星(GPS为高空卫星)或其他太空飞行体的定位及导航、等高测量等? 休闲娱乐应用 应用于登山、探险定位及湖泊游乐区遊艇的导航等用途;7.3 GPS定位原理;由于卫星钟和接收钟之间存在同步差，故得到的解有误差，因而也叫伪距离测量。 卫星钟钟差可以通过参数加以修正，而接收机钟差无法测定，但可以作为一个未知参数与观测站坐标在数据处理中一并解出，故需要实时求解4个未知参数（3个点位坐标分量及1个钟差参数），至少应有4个同步伪距观测量，即至少必须同步观测4颗卫星。 GPS绝对定位分类(根据用户接收天线所处的状态)： 动态绝对定位：用户设备安装在运动的载体上，即确定载体瞬时绝对位置的定位方法，如飞机、船舶、车辆导航。 静态绝对定位：接收机天线处于静止状态，确定观测站绝对坐标的方法，主要用于大地测量。;GPS绝对定位误差： 卫星轨道误差； 钟差； 信号传播误差。 最终所依据的观测量均是卫星至观测站的伪距，故又称为伪距定位法。伪距有测码伪距和测相伪距，故绝对定位又分为测码伪距绝对定位和测相伪距绝对定位。;2. GPS相对定位原理 GPS相对定位，也叫差分GPS定位，是目前GPS测量中定位精度最高的定位方法，广泛应用于大地测量、精密工程测量、地球动力学的研究及精密导航。 分类： 静态相对定位 动态相对定位;1） GPS静态相对定位概念 静态相对定位：用两台接收机分别安置在基线的两端点，其位置静止不动，同步观测相同的4颗以上GPS卫星，确定基线两端点在WGS-84坐标系中的相对位置。 实际工作中，常将接收机数目扩展到3台以上，同时测定若干条基线向量，以提高工作效率和精度。 静态相对定位优点：以载波相位为基本观测量，同时采用不同载波相位观测量的线性组合可以有效削弱卫星星历误差、信号传播误差以及接收机时钟误差对定位的影响，且天线长时间固定，可获得足够多的观测数据，故观测精度高。 ;静态相对定位缺点：观测时间长，1～1.5h。 目前发展的整周快速逼近技术，大大缩短了观测时间，为GPS定位技术开辟了更广泛的应用前景。 2） GPS动态相对定位概念 以解决动态绝对定位定位精度不高的缺点 动态相对定位：用两台接收机，将一台安置在基准站上固定不动，另一台安置在运动的载体上，同步观测相同的卫星。也叫差分GPS定位。 特点：定位精度高 ;7.5 GPS卫星信号接收机;按接收机的用途： 导航型接收机： 用来确定飞机、船舶、导弹等运动载体的实时位置和速度，主要用于导航。 采用C/A码伪距单点实时定位，精度较低(5～10m)，但结构简单、操作方便、价格便宜，故应用广泛。 低动态型：用于车载和船载导航 中动态型：用于飞行速度低于400km/h的民用机载 高动态型：用于飞行速度高于400km/h的飞机、导弹的机载，拥有这类的用户一般均为特许用户，可利用P码，定位精度可高达±2m。;测量型接收机： 早期用于大地测量和工程控制测量，一般均采用载波相位，定位精度可高达厘米以上级。 近年开发的实时差分动态定位(RTD-GPS)可用于精密导航和海上定位，开发的实时相位差分动态定位(RTK-GPS)主要用于精密导航