GPS關(guān)于農(nóng)業(yè)等課件

1、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù) 基于基于GPS的測(cè)試技術(shù)的測(cè)試技術(shù) 精勤求學(xué) 敦篤勵(lì)志 果毅力行 忠恕任事Xian Jiaotong University主要內(nèi)容主要內(nèi)容 v 衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)u GPS系統(tǒng)組成、其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) v GPS定位原理定位原理u 時(shí)空坐標(biāo)、偽距測(cè)量、載波相位測(cè)量 u 絕對(duì)定位與相對(duì)定位、差分定位 v 典型應(yīng)用典型應(yīng)用u 煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng) Xian Jiaotong UniversityGPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) v GPS全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Positioning System-GPS)是美國(guó)從是美國(guó)從

2、20世紀(jì)世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)年代開始研制，歷時(shí)20年，耗資年，耗資200億美元，于億美元，于1994年全面建成，年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。系統(tǒng)。 Xian Jiaotong Universityv GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn): 全球、全天候工作全球、全天候工作：能為用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維位置、：能為用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維位置、三維速度和精密時(shí)間。不受天氣的影響。三維速度和精密時(shí)間。不受天氣的影響。 定位精度高定位精度高：?jiǎn)螜C(jī)定位精度優(yōu)于：?jiǎn)螜C(jī)定位精度優(yōu)于

3、10米，采用差分定位，精度米，采用差分定位，精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)?？蛇_(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。 功能多、應(yīng)用廣功能多、應(yīng)用廣：大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變形監(jiān)測(cè)、資源勘載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變形監(jiān)測(cè)、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等。察、地球動(dòng)力學(xué)等。 GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong Universityv GPS系統(tǒng)的組成：系統(tǒng)的組成：空間星座部分、空間星座部分、地面支撐系統(tǒng)、用戶設(shè)備部分地面支撐系統(tǒng)、用戶設(shè)備部分v 空間星座部分空間星座部分： 21顆工作衛(wèi)星，顆工作衛(wèi)星，3顆

4、備用衛(wèi)星。顆備用衛(wèi)星。 24顆衛(wèi)星均勻分布在顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道面內(nèi)。個(gè)軌道面內(nèi)。 衛(wèi)星軌道傾角為衛(wèi)星軌道傾角為55，各軌道平面相差，各軌道平面相差60。 軌道平面高度為軌道平面高度為20200km，衛(wèi)星運(yùn)行周期，衛(wèi)星運(yùn)行周期11小時(shí)小時(shí)58分。分。 地面觀測(cè)者見(jiàn)的衛(wèi)星顆數(shù)最少為地面觀測(cè)者見(jiàn)的衛(wèi)星顆數(shù)最少為4顆，最多可達(dá)顆，最多可達(dá)11顆。顆。GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong Universityv 空間星座部分空間星座部分： GPS衛(wèi)星的核心部件是衛(wèi)星的核心部件是高精度的時(shí)鐘高精度的時(shí)鐘、導(dǎo)航電文存儲(chǔ)器導(dǎo)航電文存儲(chǔ)器、雙雙頻發(fā)射和接收頻發(fā)射和接收以及以及

5、微處理機(jī)。微處理機(jī)。 每顆每顆GPS工作衛(wèi)星一般安設(shè)工作衛(wèi)星一般安設(shè)2臺(tái)銣原子鐘和臺(tái)銣原子鐘和2臺(tái)銫原子鐘，未臺(tái)銫原子鐘，未來(lái)采用更穩(wěn)定的氫原子鐘（頻率穩(wěn)定度優(yōu)于來(lái)采用更穩(wěn)定的氫原子鐘（頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-14s）。）。 衛(wèi)星鐘由地面站檢驗(yàn)，其鐘差、鐘速連同其他信息由地面站衛(wèi)星鐘由地面站檢驗(yàn)，其鐘差、鐘速連同其他信息由地面站注入衛(wèi)星后，再轉(zhuǎn)化給用戶設(shè)備。注入衛(wèi)星后，再轉(zhuǎn)化給用戶設(shè)備。 GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong Universityv 空間星座部分空間星座部分： 向廣大用戶連續(xù)發(fā)送定位信息；向廣大用戶連續(xù)發(fā)送定位信息； 接收和存儲(chǔ)由地面監(jiān)控站發(fā)來(lái)的衛(wèi)星導(dǎo)

6、航電文等信息，并適接收和存儲(chǔ)由地面監(jiān)控站發(fā)來(lái)的衛(wèi)星導(dǎo)航電文等信息，并適時(shí)地發(fā)送給廣大用戶；時(shí)地發(fā)送給廣大用戶； 接收并執(zhí)行由地面監(jiān)控站發(fā)來(lái)的控制指令，適時(shí)地改正運(yùn)行接收并執(zhí)行由地面監(jiān)控站發(fā)來(lái)的控制指令，適時(shí)地改正運(yùn)行偏差或啟用備用衛(wèi)星等；偏差或啟用備用衛(wèi)星等； 通過(guò)星載的高精度銣鐘和銫鐘，提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)星載的高精度銣鐘和銫鐘，提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong UniversityGPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) v 地面支撐系統(tǒng)地面支撐系統(tǒng)： 主控站主控站：根據(jù)跟蹤觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算各衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參：根據(jù)跟蹤觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算各

7、衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參數(shù)以及大氣修正參數(shù)等，編制成導(dǎo)航電文并傳送至各注入站；數(shù)以及大氣修正參數(shù)等，編制成導(dǎo)航電文并傳送至各注入站；調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星；啟用備用衛(wèi)星；管理協(xié)調(diào)各地面監(jiān)控調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星；啟用備用衛(wèi)星；管理協(xié)調(diào)各地面監(jiān)控系統(tǒng)的工作。系統(tǒng)的工作。 注入站注入站：將主控站發(fā)來(lái)的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)器；：將主控站發(fā)來(lái)的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)器；向主控站發(fā)射信號(hào)報(bào)告自己的工作狀態(tài)。向主控站發(fā)射信號(hào)報(bào)告自己的工作狀態(tài)。 監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)站：數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心，用：數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心，用GPS接收機(jī)對(duì)可見(jiàn)衛(wèi)星進(jìn)行接收機(jī)對(duì)可見(jiàn)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，為主控站提供衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)。連續(xù)觀測(cè)，為主控站

8、提供衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)。 Xian Jiaotong UniversityGPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) v 用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分： 接收接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。 包括包括GPS接收機(jī)接收機(jī)及及天線天線、微處理器微處理器、終端設(shè)備和電源等。、終端設(shè)備和電源等。 天線單元能夠接收來(lái)自任何方向的天線單元能夠接收來(lái)自任何方向的GPS信號(hào)，將極微弱的信號(hào)，將極微弱的GPS信號(hào)電流予以放大。信號(hào)電流予以放大。 微處理機(jī)能選擇合適的衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量，以獲得最佳的幾何圖微處理

9、機(jī)能選擇合適的衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量，以獲得最佳的幾何圖形；能根據(jù)觀測(cè)值及衛(wèi)星星歷求得所需的定位信息。形；能根據(jù)觀測(cè)值及衛(wèi)星星歷求得所需的定位信息。Xian Jiaotong University其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)v 伴隨著眾多衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的興起，全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)伴隨著眾多衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的興起，全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)有一個(gè)全新的稱呼：有一個(gè)全新的稱呼：GNSS（GLObal NAvigation Satellite System）。）。v GLONASS系統(tǒng)系統(tǒng)： 前蘇聯(lián)從前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)的與美國(guó)年代初開始建設(shè)的與美國(guó)GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)

10、，由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測(cè)控制站和用戶設(shè)備組成。定位系統(tǒng)，由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測(cè)控制站和用戶設(shè)備組成?，F(xiàn)在由俄羅斯空間局管理?，F(xiàn)在由俄羅斯空間局管理。 GLONASS系統(tǒng)的衛(wèi)星星座由系統(tǒng)的衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在顆衛(wèi)星組成，均勻分布在3個(gè)近圓形的軌道平面上，每個(gè)軌道面?zhèn)€近圓形的軌道平面上，每個(gè)軌道面8顆衛(wèi)星，軌道高度顆衛(wèi)星，軌道高度19100公里，運(yùn)行周期公里，運(yùn)行周期11小時(shí)小時(shí)15分，軌道傾角分，軌道傾角64.8。 GLONASS系統(tǒng)采用軍民合用、不加密的開放政策。目前在系統(tǒng)采用軍民合用、不加密的開放政策。目前在軌工作衛(wèi)星約為軌工作衛(wèi)星約為18顆。顆。 Xian Jiaotong U

11、niversityv Galileo衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)： Galileo系統(tǒng)是歐洲自主、獨(dú)立的全球多模式衛(wèi)星定位導(dǎo)航系系統(tǒng)是歐洲自主、獨(dú)立的全球多模式衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，提供高精度，高可靠性的定位服務(wù)，實(shí)現(xiàn)完全非軍方控統(tǒng)，提供高精度，高可靠性的定位服務(wù)，實(shí)現(xiàn)完全非軍方控制、管理。制、管理。 能夠和能夠和GPS、GLONASS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)內(nèi)的相互合作，用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)內(nèi)的相互合作，用戶可以用一個(gè)多系統(tǒng)接收機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航。戶可以用一個(gè)多系統(tǒng)接收機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航。 中國(guó)在中國(guó)在2004年年10月正式加入月正式加入“Galileo計(jì)劃計(jì)劃”。 Galileo系統(tǒng)由系統(tǒng)由30顆（顆（27

12、顆工作衛(wèi)星顆工作衛(wèi)星+3顆在軌備用衛(wèi)星）衛(wèi)星顆在軌備用衛(wèi)星）衛(wèi)星組成，均勻分布在組成，均勻分布在3個(gè)軌道上，整個(gè)系統(tǒng)擬在個(gè)軌道上，整個(gè)系統(tǒng)擬在2010年之前投年之前投入正式運(yùn)行。入正式運(yùn)行。 其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong Universityv 北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)：北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)： 中國(guó)自行研制開發(fā)的區(qū)中國(guó)自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)。與通信系統(tǒng)。 北斗一代包括北斗一代包括2顆地球同顆地球同步衛(wèi)星、步衛(wèi)星、2顆備用星、地顆備用星、地面中心站和用戶終端。面中心站和用戶終端。其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系

13、統(tǒng) “北斗北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星使用示意圖導(dǎo)航衛(wèi)星使用示意圖 Xian Jiaotong University 北斗系統(tǒng)三大功能北斗系統(tǒng)三大功能：快速定位快速定位：北斗系統(tǒng)可為服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶提供全天候、高精：北斗系統(tǒng)可為服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶提供全天候、高精度、快速實(shí)時(shí)定位服務(wù)，定位精度度、快速實(shí)時(shí)定位服務(wù)，定位精度20100m；短報(bào)文通信短報(bào)文通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報(bào)文通信功能，用：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報(bào)文通信功能，用戶可以一次傳送戶可以一次傳送4060個(gè)漢字的短報(bào)文信息；個(gè)漢字的短報(bào)文信息；精密授時(shí)精密授時(shí)：北斗系統(tǒng)具有精密授時(shí)功能，可向用戶提供：北斗系統(tǒng)具有精密授時(shí)功能，可向用戶提供20ns

14、-100ns時(shí)間同步精度。時(shí)間同步精度。 北斗二代由北斗二代由5顆靜止軌道衛(wèi)星和顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。定位精度在成，提供開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。定位精度在1米左右。米左右。其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong University 劣勢(shì)：劣勢(shì)： 北斗屬于有源定位系統(tǒng)，系統(tǒng)北斗屬于有源定位系統(tǒng)，系統(tǒng)容量有限，終端比較復(fù)雜。容量有限，終端比較復(fù)雜。 北斗屬于區(qū)域定位系統(tǒng)，目前北斗屬于區(qū)域定位系統(tǒng)，目前只能為中國(guó)以及周邊地區(qū)提供只能為中國(guó)以及周邊地區(qū)提供定位服務(wù)。定位服務(wù)。其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系

15、統(tǒng) 北斗優(yōu)勢(shì)：北斗優(yōu)勢(shì)： 和美國(guó)的和美國(guó)的GPS、俄羅斯的、俄羅斯的GLONASS相比，具有通訊功能。相比，具有通訊功能。 全天候快速定位，與全天候快速定位，與GPS精度相當(dāng)。精度相當(dāng)。 安全可靠，保密性強(qiáng)。安全可靠，保密性強(qiáng)。Xian Jiaotong Universityv 北斗應(yīng)用五大優(yōu)勢(shì)：北斗應(yīng)用五大優(yōu)勢(shì)： 同時(shí)具備定位與通信功能，無(wú)需其他通信系統(tǒng)支持；同時(shí)具備定位與通信功能，無(wú)需其他通信系統(tǒng)支持； 覆蓋中國(guó)及周邊國(guó)家和地區(qū)，覆蓋中國(guó)及周邊國(guó)家和地區(qū)，24小時(shí)全天候服務(wù)，無(wú)通信盲小時(shí)全天候服務(wù)，無(wú)通信盲區(qū)；區(qū)； 特別適合集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控與管理，以及無(wú)依托地區(qū)數(shù)據(jù)特別適合集團(tuán)用戶大范圍

16、監(jiān)控與管理，以及無(wú)依托地區(qū)數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用；采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用； 獨(dú)特的中心節(jié)點(diǎn)式定位處理和指揮型用戶機(jī)設(shè)計(jì)，可同時(shí)解獨(dú)特的中心節(jié)點(diǎn)式定位處理和指揮型用戶機(jī)設(shè)計(jì)，可同時(shí)解決決“我在哪我在哪”和和“你在哪你在哪”； 自主系統(tǒng)，高強(qiáng)度加密設(shè)計(jì)，安全、可靠、穩(wěn)定，適合關(guān)鍵自主系統(tǒng)，高強(qiáng)度加密設(shè)計(jì)，安全、可靠、穩(wěn)定，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用。部門應(yīng)用。 已成功用于陜西省防汛雨量監(jiān)測(cè)速報(bào)、海南省漁船監(jiān)已成功用于陜西省防汛雨量監(jiān)測(cè)速報(bào)、海南省漁船監(jiān)控、青藏鐵路機(jī)車監(jiān)控與管理等項(xiàng)目?？?、青藏鐵路機(jī)車監(jiān)控與管理等項(xiàng)目。 其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong Universit

17、yv 利用利用無(wú)線電測(cè)距交會(huì)確定點(diǎn)位無(wú)線電測(cè)距交會(huì)確定點(diǎn)位的方法，可以根據(jù)的方法，可以根據(jù)3個(gè)以上個(gè)以上地面已知點(diǎn)（控制站）交會(huì)出衛(wèi)星的位置，反之也可以利地面已知點(diǎn)（控制站）交會(huì)出衛(wèi)星的位置，反之也可以利用用3顆以上衛(wèi)星的已知空間位置交會(huì)出地面位置點(diǎn)（用戶顆以上衛(wèi)星的已知空間位置交會(huì)出地面位置點(diǎn)（用戶接收機(jī)）的位置。接收機(jī)）的位置。v GPS衛(wèi)星發(fā)射衛(wèi)星發(fā)射測(cè)距信號(hào)測(cè)距信號(hào)和和導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文，導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星，導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星的位置信息。用戶用的位置信息。用戶用GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻接收機(jī)在某一時(shí)刻同時(shí)接收同時(shí)接收3顆顆以上以上GPS衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量出測(cè)站點(diǎn)（接收機(jī)天線中心）衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量

18、出測(cè)站點(diǎn)（接收機(jī)天線中心）P至每顆衛(wèi)星的至每顆衛(wèi)星的距離距離并解算出該時(shí)刻并解算出該時(shí)刻GPS衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，然后根據(jù)距離交會(huì)法解算出測(cè)站然后根據(jù)距離交會(huì)法解算出測(cè)站P的位置。的位置。 GPS定位原理定位原理 Xian Jiaotong Universityv GPS時(shí)空參考系時(shí)空參考系 v 衛(wèi)星的廣播信號(hào)衛(wèi)星的廣播信號(hào) v 偽距測(cè)量偽距測(cè)量 v 載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量 v 絕對(duì)定位和相對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 v 差分差分GPS定位定位 GPS定位原理定位原理 Xian Jiaotong UniversityGPS時(shí)空參考系時(shí)空參考系 v GPS導(dǎo)航定位中的坐標(biāo)系統(tǒng)導(dǎo)航定位

19、中的坐標(biāo)系統(tǒng) 天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系：與地球自轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，便于描述繞地球質(zhì)心作圓周與地球自轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，便于描述繞地球質(zhì)心作圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和確定衛(wèi)星的運(yùn)行軌道。運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和確定衛(wèi)星的運(yùn)行軌道。 地固坐標(biāo)系地固坐標(biāo)系：固結(jié)在地球上和地球一起公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的地球坐固結(jié)在地球上和地球一起公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的地球坐標(biāo)系，便于描述標(biāo)系，便于描述GPS接收機(jī)載體在地球表面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。地接收機(jī)載體在地球表面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。地固坐標(biāo)系是用一輔助面（參考橢球面）定義的。固坐標(biāo)系是用一輔助面（參考橢球面）定義的。Xian Jiaotong University WGS-84（world geodetic system）大地坐

20、標(biāo)系）大地坐標(biāo)系地固坐標(biāo)地固坐標(biāo)系，原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，系，原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸平行于軸平行于BIH1984.0時(shí)元（國(guó)際時(shí)元（國(guó)際時(shí)間局于時(shí)間局于1984年定義的地球參考系）定義的協(xié)議地球極年定義的地球參考系）定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，）方向，X軸指向軸指向BIH1984.0時(shí)元定義的零子午面和時(shí)元定義的零子午面和協(xié)議地球赤道的交點(diǎn)，協(xié)議地球赤道的交點(diǎn)，Y軸與軸與Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。WGS-84大地坐標(biāo)系定義了地球形狀的橢球模型。大地坐標(biāo)系定義了地球形狀的橢球模型。 國(guó)家大地坐標(biāo)系國(guó)家大地坐標(biāo)系目前常用的兩個(gè)國(guó)家大地坐標(biāo)系是目前常用的兩個(gè)國(guó)家大地坐標(biāo)系是1954年

21、北京坐標(biāo)系和年北京坐標(biāo)系和1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系（大地原點(diǎn)設(shè)在陜西年國(guó)家大地坐標(biāo)系（大地原點(diǎn)設(shè)在陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)）。省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)）。 地方獨(dú)立坐標(biāo)系地方獨(dú)立坐標(biāo)系 在城市和工程測(cè)量中，常常建立適合在城市和工程測(cè)量中，常常建立適合本地區(qū)的地方獨(dú)立坐標(biāo)系。本地區(qū)的地方獨(dú)立坐標(biāo)系。GPS時(shí)空參考系時(shí)空參考系 Xian Jiaotong Universityv GPS導(dǎo)航定位中的時(shí)間系統(tǒng)導(dǎo)航定位中的時(shí)間系統(tǒng)在在GPS測(cè)量中，時(shí)間系統(tǒng)是最重要、最基本的物理量，沒(méi)測(cè)量中，時(shí)間系統(tǒng)是最重要、最基本的物理量，沒(méi)有高精度的時(shí)間基準(zhǔn)，就沒(méi)有有高精度的時(shí)間基準(zhǔn)，就沒(méi)有GPS定位。定位。 時(shí)間系統(tǒng)包含有時(shí)間系統(tǒng)

22、包含有“時(shí)刻時(shí)刻”和和“時(shí)間間隔時(shí)間間隔”兩個(gè)概念。時(shí)刻兩個(gè)概念。時(shí)刻是發(fā)生某一事件的瞬間，在天文學(xué)和衛(wèi)星測(cè)量中，與所獲是發(fā)生某一事件的瞬間，在天文學(xué)和衛(wèi)星測(cè)量中，與所獲數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻稱為數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻稱為歷元?dú)v元。時(shí)間間隔是指發(fā)生某一現(xiàn)象所。時(shí)間間隔是指發(fā)生某一現(xiàn)象所經(jīng)歷的過(guò)程，是這一過(guò)程始末的時(shí)間差，所以時(shí)間間隔測(cè)經(jīng)歷的過(guò)程，是這一過(guò)程始末的時(shí)間差，所以時(shí)間間隔測(cè)量也稱為相對(duì)測(cè)量。量也稱為相對(duì)測(cè)量。時(shí)間系統(tǒng)有其時(shí)間系統(tǒng)有其尺度尺度（時(shí)間的單位）和（時(shí)間的單位）和原點(diǎn)原點(diǎn)（起始?xì)v元），（起始?xì)v元），只有把尺度和原點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，才能給出統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)和只有把尺度和原點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，才能給出統(tǒng)一的時(shí)間

23、系統(tǒng)和準(zhǔn)確的時(shí)間概念。準(zhǔn)確的時(shí)間概念。GPS時(shí)空參考系時(shí)空參考系 Xian Jiaotong University以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)：以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)： 恒星時(shí)恒星時(shí)ST（Sidereal Time）：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，春分點(diǎn)連：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間間隔為一恒星日，一恒星日分續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間間隔為一恒星日，一恒星日分為為24個(gè)恒星時(shí)。個(gè)恒星時(shí)。 平太陽(yáng)時(shí)平太陽(yáng)時(shí)MT（Mean Solar Time）：平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本：平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)本地子午圈的時(shí)間間隔為一平太日，一平太日分為地子午圈的時(shí)間間隔為一平太日，一平太日分為24平太時(shí)。平太時(shí)。平太陽(yáng)的運(yùn)

24、動(dòng)速度等于真太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的平均速度。平太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)速度等于真太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的平均速度。 世界時(shí)世界時(shí)UT（Universal Time）：零經(jīng)度子午圈（格林威治子：零經(jīng)度子午圈（格林威治子午圈）所對(duì)應(yīng)的平太陽(yáng)時(shí)且以平子夜為零時(shí)起算的時(shí)間系統(tǒng)。午圈）所對(duì)應(yīng)的平太陽(yáng)時(shí)且以平子夜為零時(shí)起算的時(shí)間系統(tǒng)。GPS時(shí)空參考系時(shí)空參考系 Xian Jiaotong University以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)的特征為基礎(chǔ)：以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)的特征為基礎(chǔ)： 原子時(shí)原子時(shí)ATI（International Atomic Time）：秒長(zhǎng)定義為銫原：秒長(zhǎng)定義為銫原子子Cs133基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射振蕩基態(tài)的兩個(gè)超精

25、細(xì)能級(jí)間躍遷輻射振蕩9192631170周所持續(xù)的時(shí)間。周所持續(xù)的時(shí)間。 協(xié)調(diào)世界時(shí)協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC（Coordinated Universal Time）：采用原：采用原子時(shí)秒長(zhǎng)，并使用閏秒的方法使其與世界時(shí)的時(shí)刻相接近，子時(shí)秒長(zhǎng)，并使用閏秒的方法使其與世界時(shí)的時(shí)刻相接近， 是與地球自轉(zhuǎn)相一致的尺度均勻的時(shí)間系統(tǒng)。是與地球自轉(zhuǎn)相一致的尺度均勻的時(shí)間系統(tǒng)。 GPS時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)：簡(jiǎn)稱：簡(jiǎn)稱GPST，與原子時(shí)秒長(zhǎng)相同，但原點(diǎn)不，與原子時(shí)秒長(zhǎng)相同，但原點(diǎn)不同。同。GPST不跳秒，保持時(shí)間的連續(xù)。不跳秒，保持時(shí)間的連續(xù)。GPST與原子時(shí)在任與原子時(shí)在任一瞬間均有一瞬間均有19s的偏差。的偏差。GP

26、S時(shí)空參考系時(shí)空參考系 Xian Jiaotong Universityv GPS衛(wèi)星的廣播信號(hào)衛(wèi)星的廣播信號(hào)包含包含3種成分：種成分：數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)碼（或稱（或稱D碼，也稱為基帶信號(hào)）、碼，也稱為基帶信號(hào)）、測(cè)距碼測(cè)距碼（C/A碼、碼、P碼或碼或Y碼）和碼）和載波信號(hào)載波信號(hào)（L1和和L2）。）。 數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)碼（D碼）中包含有多種與導(dǎo)航有關(guān)的信息，包括衛(wèi)星碼）中包含有多種與導(dǎo)航有關(guān)的信息，包括衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘鐘差改正參數(shù)、測(cè)距時(shí)間標(biāo)志及大氣折射改的星歷、衛(wèi)星鐘鐘差改正參數(shù)、測(cè)距時(shí)間標(biāo)志及大氣折射改正參數(shù)和由正參數(shù)和由C/A碼捕獲碼捕獲P碼等導(dǎo)航信息。這些信息為碼等導(dǎo)航信息。這些信息為GPS導(dǎo)導(dǎo)

27、航定位提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，所以又稱為航定位提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，所以又稱為導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文。衛(wèi)星的廣播信號(hào)衛(wèi)星的廣播信號(hào) Xian Jiaotong University C/A碼（碼（coarse/acquisition）是由兩個(gè)是由兩個(gè)10級(jí)反饋移位寄存器級(jí)反饋移位寄存器相結(jié)合而產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼，用于分址、搜捕衛(wèi)星信號(hào)和粗測(cè)相結(jié)合而產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼，用于分址、搜捕衛(wèi)星信號(hào)和粗測(cè)距，是具有一定抗干擾能力的明碼，提供給民用。距，是具有一定抗干擾能力的明碼，提供給民用。C/A碼的碼的碼長(zhǎng)很短，只有碼長(zhǎng)很短，只有1023bit，易于捕獲。，易于捕獲。C/A碼的碼元寬度較大，碼的碼元寬度較大，測(cè)距精度較低，所以測(cè)距精

28、度較低，所以C/A碼也稱為粗碼。碼也稱為粗碼。 P碼（碼（precise code）是由兩組各有兩個(gè)是由兩組各有兩個(gè)12級(jí)反饋移位寄存器級(jí)反饋移位寄存器結(jié)合產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼。結(jié)合產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼。P碼序列非常長(zhǎng)，一般先捕獲碼序列非常長(zhǎng)，一般先捕獲C/A碼，碼，然后根據(jù)導(dǎo)航電文中給出的有關(guān)信息捕獲然后根據(jù)導(dǎo)航電文中給出的有關(guān)信息捕獲P碼。碼。P碼碼元寬碼碼元寬度僅為度僅為C/A碼的碼的1/10，用于較高精度的定位，又稱為精碼。，用于較高精度的定位，又稱為精碼。是用做精測(cè)距、抗干擾及保密的軍用碼，極少用于民用。是用做精測(cè)距、抗干擾及保密的軍用碼，極少用于民用。 衛(wèi)星的廣播信號(hào)衛(wèi)星的廣播信號(hào) Xian

29、Jiaotong University GPS衛(wèi)星天線發(fā)射的信號(hào)是將導(dǎo)航電文經(jīng)過(guò)兩級(jí)調(diào)制后的信衛(wèi)星天線發(fā)射的信號(hào)是將導(dǎo)航電文經(jīng)過(guò)兩級(jí)調(diào)制后的信號(hào)。號(hào)。第一級(jí)調(diào)制第一級(jí)調(diào)制是將低頻是將低頻D碼分別調(diào)制在高頻碼分別調(diào)制在高頻C/A碼和碼和P碼上，碼上，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)D碼的偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻。碼的偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻。第二級(jí)第二級(jí)是將一級(jí)調(diào)制的組合碼是將一級(jí)調(diào)制的組合碼再分別調(diào)制在兩個(gè)載波頻率上（再分別調(diào)制在兩個(gè)載波頻率上（L1和和L2）。最后衛(wèi)星向地面）。最后衛(wèi)星向地面發(fā)射兩種已調(diào)波。發(fā)射兩種已調(diào)波。 在載波在載波L1上調(diào)制了上調(diào)制了C/A碼和碼和P碼，在載波碼，在載波L2上調(diào)制了上調(diào)制了P碼，采碼，采用用BPS

30、K方式調(diào)制。這里的方式調(diào)制。這里的C/A碼和碼和P碼都已實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)碼碼都已實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)碼的擴(kuò)頻。使用兩個(gè)載波頻率發(fā)射是為了對(duì)大氣層效應(yīng)產(chǎn)生的的擴(kuò)頻。使用兩個(gè)載波頻率發(fā)射是為了對(duì)大氣層效應(yīng)產(chǎn)生的附加延遲進(jìn)行附加延遲進(jìn)行雙頻校正雙頻校正。衛(wèi)星的廣播信號(hào)衛(wèi)星的廣播信號(hào) Xian Jiaotong Universityv 偽距：偽距：由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速得出的量測(cè)距離。傳播時(shí)間乘以光速得出的量測(cè)距離。v 偽距法定位：偽距法定位：由由GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)出接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)出4顆以上顆以上GPS衛(wèi)星的偽距，并根據(jù)已知的衛(wèi)星位置，

31、采用距衛(wèi)星的偽距，并根據(jù)已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會(huì)法確定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。離交會(huì)法確定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。 v 分為分為C/A碼偽距碼偽距和和P碼偽距碼偽距。 偽距測(cè)量原理偽距測(cè)量原理 Xian Jiaotong University偽距測(cè)量原理偽距測(cè)量原理 偽距測(cè)量原理圖偽距測(cè)量原理圖 Xian Jiaotong University偽距測(cè)量的基本方程：偽距測(cè)量的基本方程：當(dāng)當(dāng) 取得最大值時(shí)，根據(jù)測(cè)距碼自相關(guān)的特性可得：取得最大值時(shí)，根據(jù)測(cè)距碼自相關(guān)的特性可得：式中，式中， 為偽距測(cè)量值，為偽距測(cè)量值，R為衛(wèi)星至接收機(jī)的幾何距離，為衛(wèi)星至接收機(jī)的幾何距離，T為為測(cè)距碼的周

32、期，測(cè)距碼的周期， 為相應(yīng)測(cè)距碼的波長(zhǎng)，為相應(yīng)測(cè)距碼的波長(zhǎng)，n = 0，1，2，是是正整數(shù)，正整數(shù)，c為信號(hào)傳播速度。為信號(hào)傳播速度。式中式中 稱為測(cè)距模糊度。當(dāng)測(cè)稱為測(cè)距模糊度。當(dāng)測(cè)距碼的波長(zhǎng)小于測(cè)定的距離時(shí)，存在測(cè)距模糊度的問(wèn)題。距碼的波長(zhǎng)小于測(cè)定的距離時(shí)，存在測(cè)距模糊度的問(wèn)題。 偽距測(cè)量原理偽距測(cè)量原理 RtnTRc tn n偽距測(cè)量值是待測(cè)距離偽距測(cè)量值是待測(cè)距離R與鐘差等效距離之和。與鐘差等效距離之和。 (1)Xian Jiaotong University()()()jjjkkkjjjjkkkkjkTttTttttTTttttRcttjT 衛(wèi)星衛(wèi)星j發(fā)射信號(hào)的發(fā)射信號(hào)的GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)

33、。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)。 衛(wèi)星衛(wèi)星j發(fā)射信號(hào)的鐘面時(shí)間。發(fā)射信號(hào)的鐘面時(shí)間。 jt 接收機(jī)接收機(jī)k接收到該信號(hào)的接收到該信號(hào)的GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)。 kT 接收機(jī)接收機(jī)k接收到該信號(hào)的鐘面時(shí)間。接收到該信號(hào)的鐘面時(shí)間。 ktjktt、 分別表示衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘相對(duì)于分別表示衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘相對(duì)于GPS標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的偏差。準(zhǔn)時(shí)的偏差。 偽距測(cè)量原理偽距測(cè)量原理 (2)Xian Jiaotong University 若再考慮到信號(hào)傳播經(jīng)電離層（若再考慮到信號(hào)傳播經(jīng)電離層（ionosphere）的延遲）的延遲 和大和大氣對(duì)流層（氣對(duì)流層（troposphere）的延遲）的延遲 ， jkITRc tc tIT幾何距離

34、幾何距離R與衛(wèi)星坐標(biāo)和接收機(jī)坐標(biāo)之間有如下關(guān)系：與衛(wèi)星坐標(biāo)和接收機(jī)坐標(biāo)之間有如下關(guān)系： 2222()()()jjjkkkRXXYYZZ4個(gè)未知數(shù)為：個(gè)未知數(shù)為： 3個(gè)接收機(jī)坐標(biāo)、接收機(jī)鐘差。個(gè)接收機(jī)坐標(biāo)、接收機(jī)鐘差。 偽距測(cè)量原理偽距測(cè)量原理 (3)Xian Jiaotong University測(cè)碼偽距觀測(cè)方程的常用形式為：測(cè)碼偽距觀測(cè)方程的常用形式為： ,( )( )( )( )( )( )jjjjjkkkk Ik TtR tc t tc tttt其中，其中， 222 1/2( )( )( )( )( )( )( ) jkjjjkkkRtXtXtYtY tZtZt偽距測(cè)量原理偽距測(cè)量原理

35、(4)Xian Jiaotong University載波相位測(cè)量原理載波相位測(cè)量原理 由于測(cè)距碼的碼元長(zhǎng)度較大，對(duì)于一些高精度應(yīng)用來(lái)講其測(cè)距由于測(cè)距碼的碼元長(zhǎng)度較大，對(duì)于一些高精度應(yīng)用來(lái)講其測(cè)距精度太低無(wú)法滿足要求。把精度太低無(wú)法滿足要求。把載波作為測(cè)量信號(hào)載波作為測(cè)量信號(hào)，由于載波的波長(zhǎng)，由于載波的波長(zhǎng)較短，所以可以達(dá)到很高的精度。較短，所以可以達(dá)到很高的精度。 載波相位測(cè)量的觀測(cè)量載波相位測(cè)量的觀測(cè)量是是GPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本振參考信號(hào)的與接收機(jī)本振參考信號(hào)的相位差相位差： jjjkkkkttt通常的相位或相位差測(cè)量只是測(cè)出一周以內(nèi)的相位值，

36、實(shí)際通常的相位或相位差測(cè)量只是測(cè)出一周以內(nèi)的相位值，實(shí)際測(cè)量中，如果對(duì)整周進(jìn)行計(jì)數(shù)，則測(cè)量中，如果對(duì)整周進(jìn)行計(jì)數(shù)，則自某一初始取樣時(shí)刻自某一初始取樣時(shí)刻t0以后就以后就可以取得連續(xù)的相位測(cè)量值?？梢匀〉眠B續(xù)的相位測(cè)量值。(a) Xian Jiaotong University載波相位測(cè)量原理載波相位測(cè)量原理 Xian Jiaotong University載波相位測(cè)量原理載波相位測(cè)量原理 00( )jjjjkkkkkkkttNtNtt 載波相位觀測(cè)量是載波相位觀測(cè)量是接收機(jī)（天線）和衛(wèi)星位置的函數(shù)接收機(jī)（天線）和衛(wèi)星位置的函數(shù)，只，只有得到了它們之間的函數(shù)關(guān)系，才能從觀測(cè)量中求解出接收機(jī)有得到

37、了它們之間的函數(shù)關(guān)系，才能從觀測(cè)量中求解出接收機(jī)（或衛(wèi)星）的位置。（或衛(wèi)星）的位置。 設(shè)時(shí)鐘振蕩頻率為設(shè)時(shí)鐘振蕩頻率為 f ：(b) ()()()jjkkkjjkkjjkktf ttf TTfttffttXian Jiaotong University(c) ,11( ) 1( )1( )( )( )( )jjjjkkkkkjjjk Ik TftRtRtfRtt tcccff ttttc(d) 0( )jjjkkkttNt載波相位測(cè)量原理載波相位測(cè)量原理 衛(wèi)星信號(hào)傳播的實(shí)際時(shí)間為：衛(wèi)星信號(hào)傳播的實(shí)際時(shí)間為： ,111( ) 1( )( )( )1( )( )jjjjkkkkkkkkkjjk I

38、kk TkR tR tR tt tcccttcXian Jiaotong University在相對(duì)定位中，如果基線較短（兩測(cè)站的基線距離在相對(duì)定位中，如果基線較短（兩測(cè)站的基線距離20km），有），有關(guān)幾何距離變化率的項(xiàng)可以忽略，式（關(guān)幾何距離變化率的項(xiàng)可以忽略，式（d）簡(jiǎn)化為：）簡(jiǎn)化為： 0,( )( )( )( )( )jjjjjjkkkkk Ik TfftR tft tttNtttcc測(cè)相偽距觀測(cè)方程測(cè)相偽距觀測(cè)方程: 0,( )( )( )( )( )jjjjjjkkkkk Ik TtR tct tttNttt在實(shí)際中一般采用的是上式觀測(cè)量的各種線性組合（即差分），因在實(shí)際中一般采用

39、的是上式觀測(cè)量的各種線性組合（即差分），因此它是載波相位測(cè)量的理論基礎(chǔ)。此它是載波相位測(cè)量的理論基礎(chǔ)。 載波相位測(cè)量原理載波相位測(cè)量原理 Xian Jiaotong Universityv 整周未知數(shù)整周未知數(shù) 的確定的確定 偽距法偽距法0( )jkNt偽距法是在進(jìn)行載波相位測(cè)量的同時(shí)又進(jìn)行了偽距測(cè)量，將偽距法是在進(jìn)行載波相位測(cè)量的同時(shí)又進(jìn)行了偽距測(cè)量，將偽距觀測(cè)值減去載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值（以長(zhǎng)度為度量）后偽距觀測(cè)值減去載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值（以長(zhǎng)度為度量）后即可得到即可得到 。但由于偽距測(cè)量的精度較低，所以要有較。但由于偽距測(cè)量的精度較低，所以要有較多的多的 取平均值后才能獲得正確的整

40、波段數(shù)。取平均值后才能獲得正確的整波段數(shù)。 0( )jkNt0( )jkNt載波相位測(cè)量原理載波相位測(cè)量原理 Xian Jiaotong University絕對(duì)定位和相對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 v 絕對(duì)定位：絕對(duì)定位：即單點(diǎn)定位，利用即單點(diǎn)定位，利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離觀測(cè)值直接確定用戶接收機(jī)天線在的距離觀測(cè)值直接確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系中的相對(duì)于坐標(biāo)系原點(diǎn)的絕對(duì)位置。中的相對(duì)于坐標(biāo)系原點(diǎn)的絕對(duì)位置。 絕對(duì)定位又分為絕對(duì)定位又分為靜態(tài)絕對(duì)定位靜態(tài)絕對(duì)定位和和動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位。v 相對(duì)定位：相對(duì)定位：用至少兩臺(tái)用至少兩臺(tái)GPS接收機(jī)，

41、同步觀測(cè)相同的接收機(jī)，同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對(duì)位置（坐標(biāo)差）。衛(wèi)星，確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對(duì)位置（坐標(biāo)差）。是目前是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法。定位中精度最高的一種定位方法。 Xian Jiaotong Universityv 靜態(tài)絕對(duì)定位靜態(tài)絕對(duì)定位通過(guò)連續(xù)地在不同歷元（天文學(xué)中的時(shí)刻）同步觀測(cè)不通過(guò)連續(xù)地在不同歷元（天文學(xué)中的時(shí)刻）同步觀測(cè)不同的衛(wèi)星，測(cè)定衛(wèi)星至觀測(cè)站的偽距，獲得充分的觀測(cè)數(shù)據(jù)，同的衛(wèi)星，測(cè)定衛(wèi)星至觀測(cè)站的偽距，獲得充分的觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)處理獲得觀測(cè)站的絕對(duì)坐標(biāo)。然后對(duì)數(shù)據(jù)處理獲得觀測(cè)站的絕對(duì)坐標(biāo)。通過(guò)將偽距測(cè)量方程通過(guò)將偽

42、距測(cè)量方程線性化線性化，由觀測(cè)站同步跟蹤，由觀測(cè)站同步跟蹤4顆以顆以上的衛(wèi)星，列出上的衛(wèi)星，列出矩陣形式矩陣形式的方程組，可以從中解算出觀測(cè)站的方程組，可以從中解算出觀測(cè)站三維坐標(biāo)。三維坐標(biāo)。絕對(duì)定位和相對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 ,( )( )( )( )( )( )jjjjjkkkk Ik TtR tc t tc tttt偽距觀測(cè)方程的線性化：偽距觀測(cè)方程的線性化： Xian Jiaotong Universityv 令令 、 分別為觀測(cè)站坐標(biāo)的近分別為觀測(cè)站坐標(biāo)的近似值與改正數(shù)，設(shè)似值與改正數(shù)，設(shè) 、 、 為為 t 時(shí)刻衛(wèi)星時(shí)刻衛(wèi)星 j 的的三維地心坐標(biāo)，三維地心坐標(biāo)，Xk、Yk、Zk為觀

43、測(cè)站的三維地心坐標(biāo)。則有：為觀測(cè)站的三維地心坐標(biāo)。則有： 000(,)kkkXYZ(,)kkkXYZ( )jXt( )jYt( )jZt000kkkkkkkkkXXXYYYZZZt 時(shí)刻觀測(cè)站與衛(wèi)星時(shí)刻觀測(cè)站與衛(wèi)星 j 之間的幾何距離即為：之間的幾何距離即為： 222 1/2( )( )( )( ) jjjjkkkR tXtXYtYZtZ絕對(duì)定位和相對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 Xian Jiaotong Universityv 對(duì)對(duì) 以以 為中心用泰勒級(jí)數(shù)展開并取一次項(xiàng)后可為中心用泰勒級(jí)數(shù)展開并取一次項(xiàng)后可得：得： ( )jR t000(,)kkkXYZ0000( )( )( )( )( )()

44、()()jjjjjkkkR tR tR tR tR tXYZXYZ式中：式中： 222 1/20000( )( )( )( ) jjjjkkkR tXtXYtYZtZ000000000( )1()( )( )( )( )1()( )( )( )( )1()( )( )( )jjjkjjjjkjjjjkjR tXtXltXR tR tYtYm tYR tR tZtZn tZR t 絕對(duì)定位和相對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 Xian Jiaotong Universityv 觀測(cè)站與衛(wèi)星觀測(cè)站與衛(wèi)星 j 的幾何距離的線性化表達(dá)式為：的幾何距離的線性化表達(dá)式為： 0( )( )( )( )( )jjjj

45、jkkkR tR tltXm tYn tZ線性化的偽距測(cè)量觀測(cè)方程為：線性化的偽距測(cè)量觀測(cè)方程為： 0,( )( ) ( )( )( )( )( )( )( )kjjjjjkkkjjjkk Ik TXtR tltm tn tYZc t tc tttt對(duì)于接收機(jī)對(duì)于接收機(jī)k和衛(wèi)星和衛(wèi)星j，令：，令： ,( )( )( )( )jjjjkkk Ik TStttt( )( )( )jjkktc t tc tt絕對(duì)定位和相對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 Xian Jiaotong University0( )( )( ) ( )( )( )kjjjjjjkkkkXR tSttltm tn tYZ由觀測(cè)站同步

46、跟蹤由觀測(cè)站同步跟蹤4顆衛(wèi)星，則顆衛(wèi)星，則j1，2，3，4，采用矩陣形式，采用矩陣形式，則有：則有：111110222220333330444440( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )( )1kkkkkkjkkXR tS tl tm tn tYR tStltm tn tZR tStl tm tn ttR tStltm tn t上式可以簡(jiǎn)化為：上式可以簡(jiǎn)化為： ( )( )( )kkA tG tL t偽距法絕對(duì)定位解可表示為：偽距法絕對(duì)定位解可表示為： 1( )( )( )kkG tA tL t絕對(duì)定位和相

47、對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 Xian Jiaotong Universityv 動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位又稱單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位，是用安設(shè)在運(yùn)動(dòng)載體上的又稱單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位，是用安設(shè)在運(yùn)動(dòng)載體上的GPS接收機(jī)接收機(jī)自主地測(cè)量該運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置，從而描繪出該運(yùn)動(dòng)載體的自主地測(cè)量該運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置，從而描繪出該運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)行軌跡。只用于精度要求不高的飛機(jī)、船舶以及陸地導(dǎo)航。運(yùn)行軌跡。只用于精度要求不高的飛機(jī)、船舶以及陸地導(dǎo)航。如：普通車載如：普通車載GPS定位。定位。絕對(duì)定位和相對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 Xian Jiaotong University 相對(duì)定位是用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線的兩端，同步觀相對(duì)

48、定位是用兩臺(tái)接收機(jī)分別安置在基線的兩端，同步觀測(cè)相同的測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)的相對(duì)位置或基線向量。衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)的相對(duì)位置或基線向量。 觀測(cè)值的線性組合：觀測(cè)值的線性組合： 在兩個(gè)觀測(cè)站或多個(gè)觀測(cè)站同步觀測(cè)相同衛(wèi)星的情況下，在兩個(gè)觀測(cè)站或多個(gè)觀測(cè)站同步觀測(cè)相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層的折射誤差等對(duì)觀測(cè)量的影響具有一定的相關(guān)性，利用這些的折射誤差等對(duì)觀測(cè)量的影響具有一定的相關(guān)性，利用這些觀觀測(cè)量的不同組合（求差）測(cè)量的不同組合（求差）進(jìn)行相對(duì)定位，可以有效地消除或減進(jìn)行相對(duì)定位，可

49、以有效地消除或減弱相關(guān)誤差的影響，從而提高相對(duì)定位的精度。弱相關(guān)誤差的影響，從而提高相對(duì)定位的精度。 v 靜態(tài)相對(duì)定位（靜態(tài)差分定位）靜態(tài)相對(duì)定位（靜態(tài)差分定位）絕對(duì)定位和相對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 Xian Jiaotong University求差法示意圖求差法示意圖絕對(duì)定位和相對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 Xian Jiaotong University求差方法：求差方法：GPS載波相位載波相位可以在可以在衛(wèi)星間衛(wèi)星間求差，在求差，在接收機(jī)間接收機(jī)間求求差，也可以在差，也可以在不同歷元間不同歷元間求差。求差。將觀測(cè)值直接相減的過(guò)程叫做求一次差，所得結(jié)果叫將觀測(cè)值直接相減的過(guò)程叫做求一次差，所

50、得結(jié)果叫做載波相位觀測(cè)值的一次差或單差。常用的求一次差做載波相位觀測(cè)值的一次差或單差。常用的求一次差是在接收機(jī)間求一次差。是在接收機(jī)間求一次差。 一次差為：一次差為：作用：作用：消除與衛(wèi)星有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)。消除與衛(wèi)星有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)。1221( )( )( )kkkiiiSDttt 1221( )( )( )jjjiiiSDttt 絕對(duì)定位和相對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 Xian Jiaotong University二次差：二次差：對(duì)載波相位觀測(cè)值的一次差分觀測(cè)值繼續(xù)求差，叫對(duì)載波相位觀測(cè)值的一次差分觀測(cè)值繼續(xù)求差，叫做載波相位觀測(cè)值的二次差或雙差，常用的求二次差是在接做載波相

51、位觀測(cè)值的二次差或雙差，常用的求二次差是在接收機(jī)間求一次差后再在衛(wèi)星間求二次差，叫做星站二次差分。收機(jī)間求一次差后再在衛(wèi)星間求二次差，叫做星站二次差分。 作用：作用：可以消除與接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)?？梢韵c接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)。1212122121( )( )( )( )( )( )( )kjjkjjkkiiiiiiiDDtSDtSDttttt絕對(duì)定位和相對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 Xian Jiaotong University三次差：三次差：對(duì)二次差繼續(xù)求差稱為三次差，常用的求三次差是在對(duì)二次差繼續(xù)求差稱為三次差，常用的求三次差是在接收機(jī)、衛(wèi)星和歷元之間求三次差。接收機(jī)

52、、衛(wèi)星和歷元之間求三次差。 作用：作用：可消除與衛(wèi)星和接收機(jī)有關(guān)的初始整周模糊度?？上c衛(wèi)星和接收機(jī)有關(guān)的初始整周模糊度。12112112( ,)()( )kjkjkjiiiiTDt tDDtDDt絕對(duì)定位和相對(duì)定位絕對(duì)定位和相對(duì)定位 解算方法解算方法：由載波相位觀測(cè)方程：由載波相位觀測(cè)方程gg單差觀測(cè)方程（雙差、三差）單差觀測(cè)方程（雙差、三差）gg線性化線性化gg方程組求解方程組求解Xian Jiaotong UniversityDGPS測(cè)量系統(tǒng)組成測(cè)量系統(tǒng)組成：包括動(dòng)態(tài)接收機(jī)和基準(zhǔn)接收機(jī)。：包括動(dòng)態(tài)接收機(jī)和基準(zhǔn)接收機(jī)。DGPS的測(cè)量原理的測(cè)量原理：兩種接收機(jī)同步地對(duì)一組在視：兩種接收機(jī)同

53、步地對(duì)一組在視GPS衛(wèi)星衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，基準(zhǔn)接收機(jī)為動(dòng)態(tài)接收機(jī)提供差分改正數(shù)，稱之進(jìn)行觀測(cè)，基準(zhǔn)接收機(jī)為動(dòng)態(tài)接收機(jī)提供差分改正數(shù)，稱之為為DGPS數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)接收機(jī)根據(jù)自己的數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)接收機(jī)根據(jù)自己的GPS觀測(cè)值和來(lái)自基觀測(cè)值和來(lái)自基準(zhǔn)接收機(jī)的準(zhǔn)接收機(jī)的DGPS數(shù)據(jù)，精確地解算出用戶的三維坐標(biāo)。數(shù)據(jù)，精確地解算出用戶的三維坐標(biāo)。 分類分類：?jiǎn)位鶞?zhǔn)站差分單基準(zhǔn)站差分（位置差分、偽距差分、載波相位差（位置差分、偽距差分、載波相位差分）、多個(gè)基準(zhǔn)站的分）、多個(gè)基準(zhǔn)站的局部區(qū)域差分、廣域差分。局部區(qū)域差分、廣域差分。 差分差分GPS（DGPS）定位）定位 Xian Jiaotong University單

54、站單站GPS差分差分l位置差分法：位置差分法：基準(zhǔn)接收機(jī)向動(dòng)態(tài)用戶發(fā)送的基準(zhǔn)接收機(jī)向動(dòng)態(tài)用戶發(fā)送的DGPS數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)是“位置校正值位置校正值”。l偽距差分法：偽距差分法：基準(zhǔn)接收機(jī)向動(dòng)態(tài)用戶發(fā)送的基準(zhǔn)接收機(jī)向動(dòng)態(tài)用戶發(fā)送的DGPS數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)是 “偽距校正值偽距校正值”。3. 載波相位差分法載波相位差分法 ：基準(zhǔn)接收機(jī)向動(dòng)態(tài)用戶發(fā)送的基準(zhǔn)接收機(jī)向動(dòng)態(tài)用戶發(fā)送的DGPS數(shù)數(shù)據(jù)是據(jù)是 “載波相位校正值載波相位校正值”。差分差分GPS（DGPS）定位）定位 位置差分和偽距差分的定位精度為米級(jí)，而載波相位差位置差分和偽距差分的定位精度為米級(jí)，而載波相位差分實(shí)時(shí)三維定位精度達(dá)到厘米級(jí)。分實(shí)時(shí)三維定位精度達(dá)

55、到厘米級(jí)。Xian Jiaotong UniversityGPS的應(yīng)用的應(yīng)用 v GPS能為交通工具提供實(shí)時(shí)的三維位置，被稱為是能為交通工具提供實(shí)時(shí)的三維位置，被稱為是智能交通系統(tǒng)智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport Systems，簡(jiǎn)，簡(jiǎn)稱稱ITS）的基石。）的基石。 v GPS在在ITS中的應(yīng)用主要分為兩大類：一是中的應(yīng)用主要分為兩大類：一是車輛自車輛自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)主導(dǎo)航定位系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱車輛導(dǎo)航系統(tǒng)）；二是（簡(jiǎn)稱車輛導(dǎo)航系統(tǒng)）；二是車輛車輛跟蹤、調(diào)度、監(jiān)控定位系統(tǒng)跟蹤、調(diào)度、監(jiān)控定位系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱車輛運(yùn)營(yíng)管理系（簡(jiǎn)稱車輛運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)）。統(tǒng)）。 Xian Jiaotong U

56、niversityv 車輛導(dǎo)航系統(tǒng)：車輛導(dǎo)航系統(tǒng)：車輛通過(guò)車載車輛通過(guò)車載GPS實(shí)時(shí)測(cè)定所處的三維位實(shí)時(shí)測(cè)定所處的三維位置，并配合電子地圖完成道路引導(dǎo)、交通信息查詢、目的置，并配合電子地圖完成道路引導(dǎo)、交通信息查詢、目的地尋找等。需要時(shí)，也可將位置信息報(bào)告給交通、安全管地尋找等。需要時(shí)，也可將位置信息報(bào)告給交通、安全管理部門。理部門。 可用于可用于車輛導(dǎo)航車輛導(dǎo)航或或行人導(dǎo)航行人導(dǎo)航。GPS的應(yīng)用的應(yīng)用 Xian Jiaotong Universityv 車輛運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)車輛運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)：使車輛運(yùn)營(yíng)管理部門、安全保衛(wèi)部門：使車輛運(yùn)營(yíng)管理部門、安全保衛(wèi)部門及時(shí)掌握車輛的運(yùn)行狀況，便于對(duì)車輛進(jìn)行指

57、揮調(diào)度，同及時(shí)掌握車輛的運(yùn)行狀況，便于對(duì)車輛進(jìn)行指揮調(diào)度，同時(shí)為駕駛員提供交通、公安和服務(wù)信息。時(shí)為駕駛員提供交通、公安和服務(wù)信息。 GPS的應(yīng)用的應(yīng)用 Xian Jiaotong Universityv 車輛運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)車輛運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)主要應(yīng)用主要應(yīng)用： 1） 急救、公交車監(jiān)控和調(diào)度系統(tǒng)急救、公交車監(jiān)控和調(diào)度系統(tǒng)。調(diào)整車輛運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)。調(diào)整車輛運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)有效管理。電子站牌。有效管理。電子站牌。 2） 的士叫車服務(wù)系統(tǒng)的士叫車服務(wù)系統(tǒng)。通過(guò)。通過(guò)GPS定位快速找到離乘客最近的定位快速找到離乘客最近的空載車，答復(fù)客戶載客的士的車牌號(hào)和到達(dá)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)快空載車，答復(fù)客戶載客的士的車牌號(hào)和到

58、達(dá)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的優(yōu)質(zhì)叫車服務(wù)。速響應(yīng)的優(yōu)質(zhì)叫車服務(wù)。 3） 長(zhǎng)途運(yùn)輸貨運(yùn)系統(tǒng)長(zhǎng)途運(yùn)輸貨運(yùn)系統(tǒng)。對(duì)車輛行使?fàn)顟B(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，貨主。對(duì)車輛行使?fàn)顟B(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，貨主實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物流動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)在線查詢。運(yùn)輸公司可以通過(guò)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物流動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)在線查詢。運(yùn)輸公司可以通過(guò)監(jiān)控中心或網(wǎng)上查詢了解車輛工作狀態(tài)。中心或網(wǎng)上查詢了解車輛工作狀態(tài)。GPS的應(yīng)用的應(yīng)用 Xian Jiaotong University煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng) 紅塔集團(tuán)煙草運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問(wèn)題主要有：紅塔集團(tuán)煙草運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問(wèn)題主要有：不能夠?yàn)槭袌?chǎng)營(yíng)銷人員和領(lǐng)導(dǎo)決策提供必要的及時(shí)的卷不能夠?yàn)槭袌?chǎng)營(yíng)銷人員和領(lǐng)導(dǎo)決策提

59、供必要的及時(shí)的卷 煙運(yùn)輸實(shí)時(shí)信息，不能向煙草公司提供及時(shí)準(zhǔn)確的貨源煙運(yùn)輸實(shí)時(shí)信息，不能向煙草公司提供及時(shí)準(zhǔn)確的貨源 信息，不利于卷煙投放控制；信息，不利于卷煙投放控制；存在煙草運(yùn)輸?shù)陌踩詥?wèn)題；存在煙草運(yùn)輸?shù)陌踩詥?wèn)題；未建立快速、高效和敏捷的物流體系支持營(yíng)銷工作，實(shí)未建立快速、高效和敏捷的物流體系支持營(yíng)銷工作，實(shí) 現(xiàn)高效車輛調(diào)度管理缺乏必要的系統(tǒng)支持?，F(xiàn)高效車輛調(diào)度管理缺乏必要的系統(tǒng)支持。Xian Jiaotong University系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Xian Jiaotong University煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng) 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成運(yùn)輸車輛：運(yùn)輸車輛： 可接受可接受GPS信號(hào)

60、，計(jì)算車輛的位置、速度、方向等定信號(hào)，計(jì)算車輛的位置、速度、方向等定位數(shù)據(jù)；位數(shù)據(jù)； 可接受監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的指令，并按照指令指定的模式可接受監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的指令，并按照指令指定的模式工作；工作； 可檢測(cè)設(shè)備的各種工作狀態(tài)，依照異常情況產(chǎn)生各種可檢測(cè)設(shè)備的各種工作狀態(tài)，依照異常情況產(chǎn)生各種報(bào)警數(shù)據(jù)；報(bào)警數(shù)據(jù)； 通過(guò)通過(guò)GSM模塊與模塊與GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，將定位數(shù)據(jù)和報(bào)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，將定位數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)發(fā)往指定的短信中心或短信網(wǎng)關(guān)。警數(shù)據(jù)發(fā)往指定的短信中心或短信網(wǎng)關(guān)。Xian Jiaotong UniversityGSM網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 該系統(tǒng)采用中國(guó)移動(dòng)通信公司的該系統(tǒng)采用中國(guó)移動(dòng)通信公司的GSM網(wǎng)絡(luò)。通