GPS衛(wèi)星定位原理及其應(yīng)用絕對定位原理課件

GPS衛(wèi)星定位原理及其應(yīng)用

絕對定位原理

1/3/20231GPS衛(wèi)星定位原理及其應(yīng)用

絕對定位原理第六章GPS絕對定位原理本章研究的內(nèi)容：1.測碼偽距和測相偽距絕對定位方法和相應(yīng)的定位模型。2.絕對定位在導(dǎo)航學(xué)中定位精度的評價方法。3.衛(wèi)星的幾何分布對定位精度的影響。4.利用GPS測時和測速的基本原理。1/3/20232第六章GPS絕對定位原理本章研究的內(nèi)容：12/26/202一、絕對定位方法概述1.什么是絕對定位2.與相對定位的區(qū)別3.絕對定位的基本原理4.絕對定位的實質(zhì)5.絕對定位的分類1/3/20233一、絕對定位方法概述1.什么是絕對定位12/26/20223二、動態(tài)絕對定位1.測碼偽距動態(tài)絕對定位測碼偽距觀測方程可寫為或?qū)憺?/3/20234二、動態(tài)絕對定位1.測碼偽距動態(tài)絕對定位測碼偽距觀測方程可寫在同一測站同步觀測4顆衛(wèi)星得到方程組1/3/20235在同一測站同步觀測4顆衛(wèi)星得到方程組12/26/20225取測站坐標(biāo)初始值向量為：其改正數(shù)向量為：則有方程組：1/3/20236取測站坐標(biāo)初始值向量為：其改正數(shù)向量為：則有方程組：12/2則方程可寫為：由此可得到：當(dāng)存在多余觀測時，可寫成誤差方程組的形式：1/3/20237則方程可寫為：由此可得到：當(dāng)存在多余觀測時，可寫成誤差方程組2.測相偽距動態(tài)絕對定位測相偽距觀測方程為：設(shè)1/3/202382.測相偽距動態(tài)絕對定位測相偽距觀測方程為：設(shè)12/26/2測相偽距觀測方程可變?yōu)椋寒?dāng)存在多余觀測時，誤差方程式可表示為其中：1/3/20239測相偽距觀測方程可變?yōu)椋寒?dāng)存在多余觀測時，誤差方程式可表示為當(dāng)同一歷元同步觀測衛(wèi)星數(shù)為時，

則可一列出誤差方程組為：1/3/202310當(dāng)同一歷元同步觀測衛(wèi)星數(shù)為時，

則可一列出誤差方程三、靜態(tài)絕對定位原理1.測碼偽距靜態(tài)絕對定位法1/3/202311三、靜態(tài)絕對定位原理1.測碼偽距靜態(tài)絕對定位法12/26/22.測相偽距靜態(tài)絕對定位法1/3/2023122.測相偽距靜態(tài)絕對定位法12/26/202212當(dāng)不同歷元觀測不同衛(wèi)星的誤差方程組為：1/3/202313當(dāng)不同歷元觀測不同衛(wèi)星的誤差方程組為：12/26/20221四、觀測衛(wèi)星的幾何分布及其對絕對定位精度的影響決定GPS絕對定位精度的兩個因素是：（1）所測衛(wèi)星在空間的幾何分布（衛(wèi)星分布的幾何圖形）。（2）觀測量的精度。1.絕對定位精度的評價以測碼偽距為觀測量，進(jìn)行動態(tài)絕對定位時，根據(jù)測碼偽距方程可以得到在空間直角坐標(biāo)系中權(quán)系數(shù)陣為或：1/3/202314四、觀測衛(wèi)星的幾何分布及其對絕對定位精度的影響決定GPS絕對對于大地坐標(biāo)系中相應(yīng)點位坐標(biāo)的權(quán)系數(shù)陣為：1/3/202315對于大地坐標(biāo)系中相應(yīng)點位坐標(biāo)的權(quán)系數(shù)陣為：12/26/202為偽距測量中誤差。根據(jù)不同要求，可采用不同的精度評價模型和相應(yīng)的精度因子：平面位置精度因子HDOP（HorizontalDOP)：相應(yīng)平面精度。高程精度因子VDOP(VerticalDOP)：相應(yīng)的高程精度。空間位置精度因子PDOP(PositionDOP)：相應(yīng)的三維定位精度。接收機(jī)鐘差精度因子TDOP（TimeDOP)：鐘差精度。幾何精度因子GDOP（GeometricDOP）：描述空間位置誤差和時間誤差綜合影響的精度因子。在導(dǎo)航學(xué)中，估算未知參數(shù)解的精度，一般采用有關(guān)精度因子DOP（Dilutionofprecision）的概念，其定義為：1/3/202316為偽距測量中誤差。根據(jù)不同要求，可采用不同的精度評價模型和相幾種精度因子的計算公式：平面位置精度因子HDOP：高程精度因子VDOP：空間位置精度因子PDOP：接收機(jī)鐘差精度因子TDOP：幾何精度因子GDOP：1/3/202317幾種精度因子的計算公式：平面位置精度因子HDOP：高程精度因1.衛(wèi)星分布的幾何圖形對精度因子的影響6122418061224180612241806122418061224180GDOPPDOPTDOPVDOPHDOP某一時間段內(nèi)DOP值的變化情況圖1/3/2023181.衛(wèi)星分布的幾何圖形對精度因子的影響61224180612當(dāng)所測衛(wèi)星分布圖形較差的情況下，可采用約束解約束解：是將已經(jīng)以必要精度已知的一個或多個未知參數(shù)，作為已知值固定下來，或者限制其變化不超過一定范圍，來解算其它未知參數(shù)。675675無約束的GDOP值有高程約束的GDOP值1/3/202319當(dāng)所測衛(wèi)星分布圖形較差的情況下，可采用約束解約束解：是將已經(jīng)衛(wèi)星選擇原則由觀測站與4顆衛(wèi)星構(gòu)成六面體，設(shè)其體積為V所以，原則上應(yīng)在可測衛(wèi)星中，選擇各種可能的4顆衛(wèi)星的組合來計算相應(yīng)的GDOP（或PDOP），并選取其中GDOP（或PDOP）為最小的一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測和計算。1.衛(wèi)星高度角的控制。2.衛(wèi)星所構(gòu)成的空間圖形使其GDOP值最小。1/3/202320衛(wèi)星選擇原則由觀測站與4顆衛(wèi)星構(gòu)成六面體，設(shè)其體積為V所以，五、GPS接收機(jī)載體航速的測定設(shè)歷元測定載體的實時位置分別為：其運(yùn)動速度可表示為：1/3/202321五、GPS接收機(jī)載體航速的測定設(shè)歷元測定多普勒頻移測速法什么是多普勒頻移？

由于GPS用戶接收機(jī)的載體和GPS衛(wèi)星之間的相對運(yùn)動，所以，接收機(jī)收到的GPS載波信號，與衛(wèi)星發(fā)射的載波信號的頻率是不同的，其間的頻率差，稱為多普勒頻移。1/3/202322多普勒頻移測速法什么是多普勒頻移？12/26/202222多普勒頻移測速法多普勒頻移，為已知觀測量接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離變率當(dāng)大氣折射對偽距影響已做修正，則得到方程為接收機(jī)鐘差可以改正，則偽距的時間變率為：1/3/202323多普勒頻移測速法多普勒頻移，為已知觀測量接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距通過偽距觀測方程可得：當(dāng)衛(wèi)星速度已知，得到誤差方程：1/3/202324通過偽距觀測方程可得：當(dāng)衛(wèi)星速度已知，得到誤差方程：12/2當(dāng)同步觀測衛(wèi)星數(shù)大于4，得誤差方程組1/3/202325當(dāng)同步觀測衛(wèi)星數(shù)大于4，得誤差方程組12/26/202225六、GPS測時利用GPS測時，目前主要有兩種方法（1）單站單機(jī)測時法1/3/202326六、GPS測時利用GPS測時，目前主要有兩種方法12/26/2.共視法原理：在兩個觀測站上各設(shè)一臺GPS接收機(jī)，并同步觀測同一衛(wèi)星，來測定兩用戶時鐘的相對偏差，從而達(dá)到高精度時間比對目的。設(shè)兩觀測站和，于歷元t同步觀測衛(wèi)星，則可以求得偽距分別為：1/3/2023272.共視法原理：在兩個觀測站上各設(shè)一臺GPS接收機(jī)，并同步觀將兩式相減1/3/202328將兩式相減12/26/202228GPS衛(wèi)星定位原理及其應(yīng)用

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1/3/202329GPS衛(wèi)星定位原理及其應(yīng)用

絕對定位原理第六章GPS絕對定位原理本章研究的內(nèi)容：1.測碼偽距和測相偽距絕對定位方法和相應(yīng)的定位模型。2.絕對定位在導(dǎo)航學(xué)中定位精度的評價方法。3.衛(wèi)星的幾何分布對定位精度的影響。4.利用GPS測時和測速的基本原理。1/3/202330第六章GPS絕對定位原理本章研究的內(nèi)容：12/26/202一、絕對定位方法概述1.什么是絕對定位2.與相對定位的區(qū)別3.絕對定位的基本原理4.絕對定位的實質(zhì)5.絕對定位的分類1/3/202331一、絕對定位方法概述1.什么是絕對定位12/26/20223二、動態(tài)絕對定位1.測碼偽距動態(tài)絕對定位測碼偽距觀測方程可寫為或?qū)憺?/3/202332二、動態(tài)絕對定位1.測碼偽距動態(tài)絕對定位測碼偽距觀測方程可寫在同一測站同步觀測4顆衛(wèi)星得到方程組1/3/202333在同一測站同步觀測4顆衛(wèi)星得到方程組12/26/20225取測站坐標(biāo)初始值向量為：其改正數(shù)向量為：則有方程組：1/3/202334取測站坐標(biāo)初始值向量為：其改正數(shù)向量為：則有方程組：12/2則方程可寫為：由此可得到：當(dāng)存在多余觀測時，可寫成誤差方程組的形式：1/3/202335則方程可寫為：由此可得到：當(dāng)存在多余觀測時，可寫成誤差方程組2.測相偽距動態(tài)絕對定位測相偽距觀測方程為：設(shè)1/3/2023362.測相偽距動態(tài)絕對定位測相偽距觀測方程為：設(shè)12/26/2測相偽距觀測方程可變?yōu)椋寒?dāng)存在多余觀測時，誤差方程式可表示為其中：1/3/202337測相偽距觀測方程可變?yōu)椋寒?dāng)存在多余觀測時，誤差方程式可表示為當(dāng)同一歷元同步觀測衛(wèi)星數(shù)為時，

則可一列出誤差方程組為：1/3/202338當(dāng)同一歷元同步觀測衛(wèi)星數(shù)為時，

則可一列出誤差方程三、靜態(tài)絕對定位原理1.測碼偽距靜態(tài)絕對定位法1/3/202339三、靜態(tài)絕對定位原理1.測碼偽距靜態(tài)絕對定位法12/26/22.測相偽距靜態(tài)絕對定位法1/3/2023402.測相偽距靜態(tài)絕對定位法12/26/202212當(dāng)不同歷元觀測不同衛(wèi)星的誤差方程組為：1/3/202341當(dāng)不同歷元觀測不同衛(wèi)星的誤差方程組為：12/26/20221四、觀測衛(wèi)星的幾何分布及其對絕對定位精度的影響決定GPS絕對定位精度的兩個因素是：（1）所測衛(wèi)星在空間的幾何分布（衛(wèi)星分布的幾何圖形）。（2）觀測量的精度。1.絕對定位精度的評價以測碼偽距為觀測量，進(jìn)行動態(tài)絕對定位時，根據(jù)測碼偽距方程可以得到在空間直角坐標(biāo)系中權(quán)系數(shù)陣為或：1/3/202342四、觀測衛(wèi)星的幾何分布及其對絕對定位精度的影響決定GPS絕對對于大地坐標(biāo)系中相應(yīng)點位坐標(biāo)的權(quán)系數(shù)陣為：1/3/202343對于大地坐標(biāo)系中相應(yīng)點位坐標(biāo)的權(quán)系數(shù)陣為：12/26/202為偽距測量中誤差。根據(jù)不同要求，可采用不同的精度評價模型和相應(yīng)的精度因子：平面位置精度因子HDOP（HorizontalDOP)：相應(yīng)平面精度。高程精度因子VDOP(VerticalDOP)：相應(yīng)的高程精度?？臻g位置精度因子PDOP(PositionDOP)：相應(yīng)的三維定位精度。接收機(jī)鐘差精度因子TDOP（TimeDOP)：鐘差精度。幾何精度因子GDOP（GeometricDOP）：描述空間位置誤差和時間誤差綜合影響的精度因子。在導(dǎo)航學(xué)中，估算未知參數(shù)解的精度，一般采用有關(guān)精度因子DOP（Dilutionofprecision）的概念，其定義為：1/3/202344為偽距測量中誤差。根據(jù)不同要求，可采用不同的精度評價模型和相幾種精度因子的計算公式：平面位置精度因子HDOP：高程精度因子VDOP：空間位置精度因子PDOP：接收機(jī)鐘差精度因子TDOP：幾何精度因子GDOP：1/3/202345幾種精度因子的計算公式：平面位置精度因子HDOP：高程精度因1.衛(wèi)星分布的幾何圖形對精度因子的影響6122418061224180612241806122418061224180GDOPPDOPTDOPVDOPHDOP某一時間段內(nèi)DOP值的變化情況圖1/3/2023461.衛(wèi)星分布的幾何圖形對精度因子的影響61224180612當(dāng)所測衛(wèi)星分布圖形較差的情況下，可采用約束解約束解：是將已經(jīng)以必要精度已知的一個或多個未知參數(shù)，作為已知值固定下來，或者限制其變化不超過一定范圍，來解算其它未知參數(shù)。675675無約束的GDOP值有高程約束的GDOP值1/3/202347當(dāng)所測衛(wèi)星分布圖形較差的情況下，可采用約束解約束解：是將已經(jīng)衛(wèi)星選擇原則由觀測站與4顆衛(wèi)星構(gòu)成六面體，設(shè)其體積為V所以，原則上應(yīng)在可測衛(wèi)星中，選擇各種可能的4顆衛(wèi)星的組合來計算相應(yīng)的GDOP（或PDOP），并選取其中GDOP（或PDOP）為最小的一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測和計算。1.衛(wèi)星高度角的控制。2.衛(wèi)星所構(gòu)成的空間圖形使其GDOP值最小。1/3/202348衛(wèi)星選擇原則由觀測站與4顆衛(wèi)星構(gòu)成六面體，設(shè)其體積為V所以，五、GPS接收機(jī)載體航速的測定設(shè)歷元測定載體的實時位置分別為：其運(yùn)動速度可表示為：1/3/202349五、GPS接收機(jī)載體航速的測定設(shè)歷元測定多普勒頻移測速法什么是多普勒頻移？

由于GPS用戶接收機(jī)的載體和GPS