GPS卫星定位原理.ppt

第五章GPS卫星定位的基本原理第一节GPS定位概述GPS的定位实质：
把卫星视为“动态”的控制点，在已知其瞬时坐标的条件下，进行空间距离后方交会，确定用户接收机天线所处的位置。

GPS定位方法分类：
按接收机天线所处的状态不同
（1）静态定位（2）动态定位
按参考点位置的不同
（1）单点定位（2）相对定位。一、静态定位与动态定位静态定位在大地测量、精密工程测量、地球动力学及地震监测等领域内得到了广泛的应用，是精密定位中的基本模式。随着快速解算整周模糊度技术的出现，静态定位的作业时间可大为减少，因而在普通测量和一般工程测量等领域内也将得到广泛应用。2.动态定位
在定位过程中，接收机位于运动着的载体，天线也
处于运动状态的定位。
严格地说，静态定位和动态定位的根本区别并不在
于待定点本身是否在运动，而在于建立数学模型中待定
点的位置是否可看成常数。也就是说，在观测期间待定
点的位置和允许的定位误差相比是否显著，能否忽略不
计。
由于进行静态定位时待定点的位置可视为固定不动，
因而就有可能通过大量的重复观测来提高定位精度。
按照接收机载体的运动速度
（1）低动态（几十米/秒）
（2）中等动态（几百米/秒）
（3）高动态（几千米/秒）静态定位与动态定位的不同点二、单点定位与相对定位单点定位的缺点：
单点定位的结果受卫星星历误差和卫星
信号传播过程中的大气延迟误差的影响比较
显著，所以定位精度较差。
单点定位模式在船舶、飞机的导航、地
质矿产勘探、暗礁定位、建立浮标、海洋捕
鱼及低精度测量等领域中有着广泛的应用前
景，在国防建设中也有重要的作用。确定同步跟踪相同的GPS卫星信号的若干台接收机之间的相对位置的一种定位方法。
相对定位的优点：精度很高。
这是由于用同步观测资料进行相对定位时，对于步测站来讲有许多误差是相同的或大体相同的（如卫星钟的钟误差、卫星星历误差、卫星信号在大气中的传播误差等）在相对定位的过程中这些误差可得以消除或大幅度削弱，因而可获得很高精度的相对位置。
相对定位的缺点：
①需用多台（至少两台）接收机进行同步观测，若其中一台接收机因故未能按预定计划按时开机观测或在观测过程中出现故障，都将使得与该测站有关的相对定位工作无法进行。所以，
②相对定位中，外业观测的组织和实施就较单点定位更为复杂；③数据处理更为麻烦。相对定位的结果是各同步跟踪站之间的基线向量（三维坐标差）。因而至少需给出网中一个点的坐标后才能求出其余各点的坐标。相对定位不仅可用于静态定位，也可用于动态定位。
相对定位这种模式在大地测量、工程测量、地壳形变监测等精密定位领域内得到了广泛的应用。在导航和动态定位中，为了提高精度经常采用一种所谓“差分定位”的方法。其基本做法是：将一台接收机安置在地面已知点上作为基准点，其余接收机则分别安置在需要确定其位置的运动载体上。安置在已知点上的静止接收机最好能跟踪视场中所有可见卫星，以便与所有的流动接收机均能实现同步观测。根据基准点的已知坐标即可求出定位结果的坐标改正数（位置差分法）或距离观测值的改正数（距离差分法）。通过基准点和流动用户之间的数据链把这些改正数实时传送给流动用户，以便用户能对流动接收机的定位结果（测站坐标）或距离观测值进行改正，提高定位的精度和可靠性。在差分定位中所采用的数学模型仍然是单点定位的数学模型。但必须使用多台接收机、必须在基准点和流动站之间进行同步观测并利用误差的相关性来提高定位精度等方面又具有相对定位的某些特性，所以是一种介于单点定位和相对定位之间的定位模式（或者说同时具有上述两种定位模式的某些特性）。在划分时由于强调的标准不同（有的强调数学模型，有的强调作业方式和误差消除削弱的原理），可以得出不同的结论。3.卫星导航定位
在茫茫大海中确定船舶的位置是长期以来人们所关心的问题。早期解决这一问题的主要方法是天文定位。但这种方法受到气候条件的限制，而且精度也不高。二十世纪初随着无线电技术的发展，出现了一系列无线电导航系统。无线电导航定位的基本原理与测量学中的交会法十分相似。现以圆定位系统为例（即距离交会法）加以说明。图中的A与B分别位于海岸或海岛上的无线电发射台，他们的坐标已通过卫星大地测量或常规加以测定，所以均为已知值。待定点P即为需要确定的船舶位置。用户用专用的无线电接收机按被动式测距方式测定了至A点的距离RA和至B点的距离RB。于是我们就能根据以A为圆心，以RA为半径的定位圆和以B为圆心以RB为半径的定位圆交出待定点P的位置.

A（圆心）B（圆心）当然两圆相交一般有两个交点，但根据待定点的概略位置通常是不难加以判断和取舍的。而且为了提高解的精度和可靠性，实际上使用的已知信号发射台也往往不止两个。也就是说实际上我们往往是从三个或三个以上已知点来交会P点的。在这种情况下便不再存在多值性问题。
对