《GPS偽距測量定位》課件

GPS偽距測量定位投稿人：GPS定位原理概述GPS接收機(jī)接收來自多顆衛(wèi)星的信號(hào)。計(jì)算接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離。根據(jù)距離信息確定接收機(jī)的三維坐標(biāo)。衛(wèi)星偽距測量1衛(wèi)星信號(hào)接收接收機(jī)接收來自不同衛(wèi)星的信號(hào)，包含時(shí)間戳和距離信息。2時(shí)間差計(jì)算接收機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘與衛(wèi)星時(shí)鐘存在偏差，需要計(jì)算時(shí)間差。3偽距計(jì)算根據(jù)時(shí)間差和信號(hào)傳播速度，計(jì)算出接收機(jī)到衛(wèi)星的距離，即偽距。單點(diǎn)定位公式公式ρ=c(tr-ts)+δ變量ρ：衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離（偽距）c：光速tr：接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)的時(shí)間ts：衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)的時(shí)間δ：誤差項(xiàng)偽距誤差分析電離層延遲電離層是地球大氣層中的一部分，會(huì)使信號(hào)發(fā)生延遲。對(duì)流層延遲對(duì)流層是地球大氣層的最底層，會(huì)使信號(hào)發(fā)生折射。衛(wèi)星鐘漂移誤差衛(wèi)星上的原子鐘并非完美，會(huì)產(chǎn)生微小的誤差。多路徑效應(yīng)信號(hào)在到達(dá)接收機(jī)之前可能會(huì)被反射，導(dǎo)致多路徑效應(yīng)。電離層延遲1主要因素電子密度2影響信號(hào)路徑彎曲3誤差高達(dá)100納秒對(duì)流層延遲原因電磁波穿過對(duì)流層時(shí)，速度會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致延遲。影響因素氣壓、溫度和濕度。解決方法使用對(duì)流層模型進(jìn)行校正。相對(duì)論效應(yīng)時(shí)間膨脹衛(wèi)星在高速運(yùn)行，時(shí)間會(huì)變慢。引力紅移衛(wèi)星處于低重力環(huán)境，時(shí)間會(huì)變快。衛(wèi)星鐘漂移誤差1原子鐘不完美衛(wèi)星上的原子鐘并非完全精確，存在微小的漂移。2時(shí)間偏差累積鐘漂導(dǎo)致衛(wèi)星時(shí)間與地面時(shí)間不一致，誤差會(huì)隨著時(shí)間推移而累積。3影響定位精度鐘漂誤差會(huì)影響偽距測量，降低定位精度。多路徑效應(yīng)信號(hào)反射衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)接收機(jī)時(shí)，會(huì)遇到各種障礙物，如建筑物、樹木等，導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生反射。多條路徑反射信號(hào)與直達(dá)信號(hào)疊加，形成多條路徑，導(dǎo)致接收機(jī)接收到的信號(hào)強(qiáng)度和時(shí)間信息發(fā)生偏差。定位誤差多路徑效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)測量的偽距出現(xiàn)誤差，進(jìn)而影響定位精度。接收機(jī)噪聲接收機(jī)內(nèi)部電子元件的熱噪聲會(huì)疊加在接收信號(hào)上，導(dǎo)致測量誤差。噪聲水平與接收機(jī)質(zhì)量和信號(hào)強(qiáng)度有關(guān)，信號(hào)越弱，噪聲影響越大。偽距誤差總體分析1誤差累積多種誤差相互影響，導(dǎo)致定位精度下降。2動(dòng)態(tài)變化誤差隨時(shí)間、空間、環(huán)境等因素而變化。3難以消除需要使用多種技術(shù)手段，盡可能降低誤差影響。最小二乘解算1誤差最小化尋找最佳擬合2矩陣運(yùn)算求解方程組3定位精度提高定位精度解算步驟收集數(shù)據(jù)接收衛(wèi)星信號(hào)，獲取衛(wèi)星的偽距和位置信息。構(gòu)建方程基于偽距觀測值，建立定位方程組。求解方程使用最小二乘法或其他優(yōu)化算法，求解定位方程組，得到接收機(jī)的位置坐標(biāo)。定位精度指標(biāo)PDOP因子PDOPPositionDilutionofPrecision含義衡量衛(wèi)星幾何分布對(duì)定位精度的影響值越小衛(wèi)星分布越好，定位精度越高優(yōu)化天線設(shè)置天線高度天線高度越高，信號(hào)越強(qiáng)，定位精度越高。但高度受限于實(shí)際情況。天線位置盡量將天線放置在開闊地帶，避免遮擋物，確保信號(hào)不受影響。天線類型選擇合適的GPS天線類型，例如，全向天線適用于一般情況，定向天線適用于特殊環(huán)境。差分GPS原理差分基站參考站接收衛(wèi)星信號(hào)，計(jì)算精確位置。誤差改正基站計(jì)算誤差并廣播給用戶接收機(jī)。用戶定位用戶接收機(jī)利用差分?jǐn)?shù)據(jù)修正定位精度。差分基站建設(shè)1基站選址選擇高精度，無遮擋，信號(hào)穩(wěn)定位置2設(shè)備安裝安裝高精度GPS接收機(jī)，天線3數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)采集衛(wèi)星數(shù)據(jù)，計(jì)算差分改正值4數(shù)據(jù)傳輸通過網(wǎng)絡(luò)或無線電，將差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸至用戶差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸1實(shí)時(shí)傳輸差分?jǐn)?shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)傳輸，以保證定位精度。2多種方式數(shù)據(jù)傳輸可以通過無線電、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等方式進(jìn)行。3數(shù)據(jù)格式差分?jǐn)?shù)據(jù)通常以特定的格式進(jìn)行編碼，例如RTCM格式。差分定位算法1基準(zhǔn)站坐標(biāo)已知精確坐標(biāo)2偽距差基準(zhǔn)站與移動(dòng)站偽距差3移動(dòng)站坐標(biāo)計(jì)算移動(dòng)站坐標(biāo)差分定位精度方法精度單點(diǎn)定位10-100米差分定位亞米級(jí)RTK定位厘米級(jí)RTK原理1實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位RTK接收機(jī)利用來自參考站的差分校正信息，實(shí)時(shí)計(jì)算出接收機(jī)位置。2高精度定位通過差分校正，可將定位精度提升至厘米級(jí)，甚至毫米級(jí)。3雙頻測量利用雙頻信號(hào)，可消除電離層延遲誤差的影響，進(jìn)一步提高定位精度。RTK系統(tǒng)組成接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)，計(jì)算定位數(shù)據(jù)?；咎峁﹨⒖级ㄎ粩?shù)據(jù)，消除誤差。無線電通訊模塊傳輸基站數(shù)據(jù)給接收機(jī)。RTK初始化1基站定位基站接收衛(wèi)星信號(hào)，計(jì)算自身精確位置2接收機(jī)定位移動(dòng)站接收衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行初步定位3基站數(shù)據(jù)傳輸基站將差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸至移動(dòng)站4誤差修正移動(dòng)站接收差分?jǐn)?shù)據(jù)，修正自身定位誤差RTK數(shù)據(jù)交換基站數(shù)據(jù)RTK基站將修正后的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行廣播。數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)可以通過無線電、網(wǎng)絡(luò)或蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸。接收機(jī)接收接收機(jī)接收基站的修正數(shù)據(jù)。定位精度接收機(jī)利用修正數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的定位計(jì)算。RTK定位精度1厘米級(jí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位10毫米級(jí)靜態(tài)高精度定位典型應(yīng)用案例GPS偽距測量定位技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，例如:導(dǎo)航系統(tǒng):汽車、航空、航海導(dǎo)航系統(tǒng)位置服務(wù):地圖應(yīng)用、位置共享、追蹤定位精準(zhǔn)農(nóng)業(yè):農(nóng)業(yè)機(jī)械定位、精準(zhǔn)施肥、病蟲害監(jiān)測城市管理:交通流量監(jiān)測、車輛調(diào)度、公共安全災(zāi)害救援:地震救援、人員搜救、災(zāi)情監(jiān)測行業(yè)應(yīng)用前景智能農(nóng)業(yè)精確導(dǎo)航和定位技術(shù)，幫助農(nóng)民進(jìn)行精準(zhǔn)施肥、灌溉和收獲，提高效率和效益。