7第七章 GPS定位技术幻灯片.ppt

第七章 GPS定位技术 7.1 概述 GPS全球定位系统（Global Positioning System）是美国从1973年开始研制，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。 GPS是一种全球性、全天候连续实时定位系统。 GPS 定位系统可用于测量、导航，还可用于高精度测速(0.1m/s)和测时(几十毫微秒) 。可为用户连续提供动态目标的三维位置、三维速度及时间信息。 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。 7.2 GPS系统的组成 1.空间星座部分 24颗卫星(21+3) 6个轨道平面 55o轨道倾角 20200km轨道高度(地面高度) 11h58min(恒星时)轨道周期 5个多小时出现在地平线以上(每颗星) 位于地平线上的卫星数目：4～11颗 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 地面监控部分主要包括： 一个主控站：科罗拉多?斯平土 三个注入站：阿森松岛（Ascencion) 迪戈?伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站：1个主控站+3个注入站+夏威夷（Hawaii) 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 GPS的应用 海上应用 海上测量制图方面，探油平台定位、海上重力点位置测量、浮标位置测量、鱼群位置测量、港湾及码头測量等 海上运输导航方面，轮船在河流及海上导航、海洋科学研究、海难搜巡与救护等 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 1. GPS绝对定位原理 绝对定位参考点：地球质心 坐标系：WGS-84坐标 接收机数量：一台，故又称为单点定位 定位原理：以GPS卫星和接收机天线之间的距离观测量为基准，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收机天线所在的位置。 定位实质：空间距离后方交会，即至少需同步观测3颗卫星，以求解1个点坐标(x,y,z)的3个未知数 。 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