GPS定位原理及应用.ppt

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1、 GPS定位导航原理与应用定位导航原理与应用 宇航学院：宇航学院：王新龙王新龙 2012年年10月月22日日 为什么要用码相关法来测定伪距呢？为什么要用码相关法来测定伪距呢？测距码看起来似乎是杂乱无章的，其实是测距码看起来似乎是杂乱无章的，其实是按某一规律编排的，每个码都对应着某一特定按某一规律编排的，每个码都对应着某一特定的时间（一个周期内）。的时间（一个周期内）。为什么不利用测距码中的某一标志（如某个码为什么不利用测距码中的某一标志（如某个码的前沿）来进行量测呢？的前沿）来进行量测呢？这是因为每个码在产生的过程中都带有随这是因为每个码在产生的过程中都带有随机误差，而且信号经过长距离传送后也

2、会产生机误差，而且信号经过长距离传送后也会产生变形。因而仅根据某一标志进行量测会带来较变形。因而仅根据某一标志进行量测会带来较大误差。大误差。根据码相关技术在自相关系数根据码相关技术在自相关系数R(t)=maxR(t)=max的的情况下来确定信号的传播时间，实际上就是根情况下来确定信号的传播时间，实际上就是根据参加比对的据参加比对的n n个码来共同确定传播时间。这个码来共同确定传播时间。这样可以大幅度地消除各种随机误差的影响，从样可以大幅度地消除各种随机误差的影响，从而大大提高测距精度。而大大提高测距精度。前面我们假设卫星钟和接收机钟是完全同前面我们假设卫星钟和接收机钟是完全同步的，但实际上这

3、两台钟之间总是有差异的。步的，但实际上这两台钟之间总是有差异的。因而在因而在Rt=maxRt=max的条件下求得的时延就不严格等的条件下求得的时延就不严格等于卫星信号的传播时间，它还包含了两台钟不于卫星信号的传播时间，它还包含了两台钟不同步的影响在内。同步的影响在内。此外由于信号并不是完全在真空中传播的，此外由于信号并不是完全在真空中传播的，因而观测值中也包含了大气传播延迟误差。在因而观测值中也包含了大气传播延迟误差。在伪距测量中，一般把在伪距测量中，一般把在R(t)=maxR(t)=max的条件下求得的条件下求得的时延和真空中的光速的时延和真空中的光速c c的乘积也当作观测值。的乘积也当作观

4、测值。设在某一瞬间卫星发出一个信号，该瞬间设在某一瞬间卫星发出一个信号，该瞬间卫星钟的读数为卫星钟的读数为 ，但正确的标准时应为，但正确的标准时应为 ，该信号在正确的标准时，该信号在正确的标准时 到达接收机，但根到达接收机，但根据接收机钟读得的时间为据接收机钟读得的时间为 。伪距测量中测得的时延实际上为伪距测量中测得的时延实际上为 和和 之差，之差，即即 设发射时刻卫星钟的改正数为设发射时刻卫星钟的改正数为 ，接收时，接收时刻接收机钟的改正数为刻接收机钟的改正数为 ，即，即 于是有：于是有：上式中上式中 是从卫星至接收机的实际传是从卫星至接收机的实际传播时间。那么播时间。那么 就是实际传播距离

5、，受就是实际传播距离，受大气折射的影响，它是一条弧线。则卫星至接大气折射的影响，它是一条弧线。则卫星至接收机间的直线距离等于：收机间的直线距离等于：为电离层折射改正，为电离层折射改正，为对流层折射改为对流层折射改正。正。于是可得于是可得 和伪距和伪距 之间的关系式为：之间的关系式为：、可以根据卫星导航电文中给可以根据卫星导航电文中给出的参数求出。出的参数求出。因为接收机上安装的是稳定性较差的石英因为接收机上安装的是稳定性较差的石英钟，而接收机钟改正数钟，而接收机钟改正数 又无法直接得到，所又无法直接得到，所以把以把 也作为一个未知数来处理。也作为一个未知数来处理。GPS定位的基本原理定位的基本

6、原理 GPS系统通过用户接收机接收卫星系统通过用户接收机接收卫星发射的导航信号，测出由卫星发出的信发射的导航信号，测出由卫星发出的信号传输到接收机的传输时间号传输到接收机的传输时间 ，就可，就可计算出用户至第计算出用户至第 颗卫星的距离（颗卫星的距离（为为电磁波传播速度）：电磁波传播速度）：设用户待定坐标为设用户待定坐标为 ，卫星坐，卫星坐标分别为标分别为 ，接收机用户钟差为，接收机用户钟差为 ，卫星钟差为，卫星钟差为 ，则，则 其中，四个未知参数为其中，四个未知参数为 ，卫，卫星的坐标和星钟误差可由接收广播星历求星的坐标和星钟误差可由接收广播星历求得，伪距得，伪距 为量测值。显然，当观测卫为

7、量测值。显然，当观测卫星个数星个数 时，即可求得时，即可求得4个未知数。个未知数。n以下章节：GPS测量定位的具体原理、测量定位的具体原理、模式、实现方案以及数据处理模式、实现方案以及数据处理方法方法 GPS定位模式：定位模式：GPS提供的信息，不仅可以利用伪提供的信息，不仅可以利用伪随机码测量伪距，还可以利用载波信号，随机码测量伪距，还可以利用载波信号，进行载波相位测量，进行定位。载波相进行载波相位测量，进行定位。载波相位测量具有很高的定位精度，广泛用于位测量具有很高的定位精度，广泛用于高精度测量定位。高精度测量定位。积分多普勒测量所需观测时间一般积分多普勒测量所需观测时间一般较长、精度并不

8、很高，故未获广泛应用。较长、精度并不很高，故未获广泛应用。GPS定位的几个基本概念定位的几个基本概念n 绝对定位与相对定位绝对定位与相对定位 （1 1）绝对定位）绝对定位 在一个待定点上，利用在一个待定点上，利用GPSGPS接收接收机观测机观测4 4颗以上的颗以上的GPSGPS卫星，独立确定卫星，独立确定待定点在地固坐标系的位置（目前为待定点在地固坐标系的位置（目前为WGS-84WGS-84坐标系），称之为绝对定位。坐标系），称之为绝对定位。只需用一台接收机即可独立定位，只需用一台接收机即可独立定位，观测的组织与实施简便，数据处理简观测的组织与实施简便，数据处理简单。其主要问题是，受卫星星历误

9、差单。其主要问题是，受卫星星历误差和卫星信号在传播过程中的大气延迟和卫星信号在传播过程中的大气延迟误差的影响显著，定位精度较低。误差的影响显著，定位精度较低。但这种定位模式在舰船、飞机、但这种定位模式在舰船、飞机、车辆导航、地质矿产勘探、陆军、空车辆导航、地质矿产勘探、陆军、空降兵等作战中仍有着广泛的用途。降兵等作战中仍有着广泛的用途。绝对定位的优点：绝对定位的优点：（2）相对定位）相对定位 在两个或若干个测量站上，设置在两个或若干个测量站上，设置GPSGPS接接收机，同步跟踪观测相同的收机，同步跟踪观测相同的GPSGPS卫星，测定卫星，测定它们之间的相对位置，称为相对定位。它们之间的相对位置

10、，称为相对定位。在相对定位中，至少其中一点或几个在相对定位中，至少其中一点或几个点的位置是已知的，即其在点的位置是已知的，即其在WGS-84WGS-84坐标系坐标系的坐标为已知，称之为基准点。的坐标为已知，称之为基准点。由于相对定位是用几点同步观测由于相对定位是用几点同步观测GPSGPS卫星的数据进行定位，因此可以卫星的数据进行定位，因此可以有效地削除或减弱许多相同的或基本有效地削除或减弱许多相同的或基本相同的误差，如卫星钟的误差、卫星相同的误差，如卫星钟的误差、卫星星历误差、卫星信号在大气中的传播星历误差、卫星信号在大气中的传播延迟误差和延迟误差和SASA的影响等。的影响等。因此相对定位方法

11、可获得很高的因此相对定位方法可获得很高的定位精度。定位精度。相对定位的优点：相对定位的优点：由于相对定位要求各站接收由于相对定位要求各站接收机必须同步跟踪观测相同的卫星，机必须同步跟踪观测相同的卫星，因而其作业组织和实施较为复杂，因而其作业组织和实施较为复杂，且两点间的距离受到限制，一般且两点间的距离受到限制，一般在在1000km1000km以内。以内。相对定位的缺点：相对定位的缺点：（3）差分定位（）差分定位（DGPS）差分定位是相对定位的一种特殊差分定位是相对定位的一种特殊应用。高精度相对定位采用的是载波应用。高精度相对定位采用的是载波相位测量定位，而差分定位则采用伪相位测量定位，而差分定

12、位则采用伪随机码伪距测量定位。随机码伪距测量定位。其基本方法是：其基本方法是：在定位区域内，在定位区域内，在一个或若干个已知点上设置在一个或若干个已知点上设置GPSGPS接收接收机作为基准站，连续跟踪观测视野内机作为基准站，连续跟踪观测视野内所有可见的所有可见的GPSGPS卫星的伪距，经与卫星的伪距，经与 已知距离比对，求出已知距离比对，求出伪距修正值伪距修正值（称（称为差分修正参数），通过数据传输线为差分修正参数），通过数据传输线路，按一定格式发播。路，按一定格式发播。测区内的所有待定点接收机，除跟测区内的所有待定点接收机，除跟踪观测踪观测GPSGPS卫星伪距外，同时还接收基卫星伪距外，同时

13、还接收基准站发来的准站发来的伪距修正值伪距修正值，对相应的，对相应的GPSGPS卫星伪距进行修正。然后，卫星伪距进行修正。然后，用修正后用修正后的伪距进行定位的伪距进行定位。差分定位差分定位在基准站的支持下，利用在基准站的支持下，利用差分修正参数改正观测伪距，从而大大差分修正参数改正观测伪距，从而大大消减卫星星历误差、电离层和对流层延消减卫星星历误差、电离层和对流层延迟误差及迟误差及SASA的影响，提高定位精度。其的影响，提高定位精度。其实时定位精度可达实时定位精度可达101015m15m，事后处理，事后处理的定位精度可达的定位精度可达3 35m5m。但是差分定位需要数据传播路线，但是差分定位

14、需要数据传播路线，用户接收机要有差分数据接口，基准站用户接收机要有差分数据接口，基准站的控制距离约在的控制距离约在200200300km300km范围范围。静态定位与动态定位静态定位与动态定位 按待定点相对地固坐标系（如按待定点相对地固坐标系（如GPSGPS的的WGS-84WGS-84坐标系）的运动状态来区分，坐标系）的运动状态来区分，GPSGPS定位可分为静态定位与动态定位两大类。定位可分为静态定位与动态定位两大类。（1）静态定位）静态定位 若待定点相对于地固坐标系，没有可若待定点相对于地固坐标系，没有可觉察到的运动，或者虽有微小的运动，但觉察到的运动，或者虽有微小的运动，但在一次观测期间（

15、数小时或若干天）无法在一次观测期间（数小时或若干天）无法觉察到，确定这样的待定点位置，称为觉察到，确定这样的待定点位置，称为静静态定位态定位。n 静态定位的基本特点是：静态定位的基本特点是：在在GPSGPS观测数据处理中，待定点的观测数据处理中，待定点的位置参数（坐标）是个常量位置参数（坐标）是个常量，而没有，而没有速度分量。速度分量。也就是说，静态定位的基本任务，也就是说，静态定位的基本任务，就是确定点位坐标。在静态定位中，就是确定点位坐标。在静态定位中，可通过大量的重复观测，以提高定位可通过大量的重复观测，以提高定位精度。精度。（2）动态定位）动态定位 若待定点相对于地固坐标系有显若待定点

16、相对于地固坐标系有显著的运动，则这样的点的定位称为著的运动，则这样的点的定位称为动动态定位。态定位。动态定位可划分为两种情况：动态定位可划分为两种情况：一是一是导航动态定位导航动态定位，它要求在用，它要求在用户运动时，实时地确定用户的位置和户运动时，实时地确定用户的位置和速度，并根据预先选定的终点和运动速度，并根据预先选定的终点和运动路线，引导用户沿预定航线到达目的路线，引导用户沿预定航线到达目的地。如舰船、飞机和车辆等的导航，地。如舰船、飞机和车辆等的导航，武器的制导。武器的制导。另一种是另一种是精密动态定位精密动态定位，其主要，其主要目的不是导航，而是精确确定用户各目的不是导航，而是精确确

17、定用户各个时刻的位置和速度。如应用个时刻的位置和速度。如应用GPSGPS，测，测定航天器轨道，航空摄影测量定位，定航天器轨道，航空摄影测量定位，导弹、火箭试验的外弹道测量等。导弹、火箭试验的外弹道测量等。精密动态定位精度要求较高，如精密动态定位精度要求较高，如定位误差小于定位误差小于0.1 m0.1 m，测速小于，测速小于0.01 0.01 m/sm/s。动态绝对定位动态绝对定位：是确定处于运动载体上接是确定处于运动载体上接收机在运动的每一瞬时位置，由于接收机收机在运动的每一瞬时位置，由于接收机处于运动状态，接收机的点位坐标是一个处于运动状态，接收机的点位坐标是一个变量。这样，确定每一瞬间接收

18、机坐标的变量。这样，确定每一瞬间接收机坐标的观测方程只有极少的多余观测（甚至没有观测方程只有极少的多余观测（甚至没有多余观测）。多余观测）。因此，其精度较低，一般只有几十米的因此，其精度较低，一般只有几十米的精度，在精度，在SASA政策影响下，其精度甚至低于政策影响下，其精度甚至低于百米。这样，这种定位方法只用于精度要百米。这样，这种定位方法只用于精度要求不高的飞机、船舶以及车辆等的导航。求不高的飞机、船舶以及车辆等的导航。伪距测量绝对定位伪距测量绝对定位n1、基本观测量与定位模型、基本观测量与定位模型 利用利用伪随机码测距的原理伪随机码测距的原理，其实，其实质就是通过质就是通过接收机的本地码

19、接收机的本地码与与卫星信卫星信号的伪随机码号的伪随机码进行相关处理，测定信进行相关处理，测定信号从卫星至接收机的传播时间号从卫星至接收机的传播时间 。而。而基本观测量基本观测量 与时钟密切相关，因此与时钟密切相关，因此先引入时间符号：先引入时间符号：表示统一的表示统一的 标准时；标准时；表示卫星表示卫星 时钟的表面时钟的表面时；时；表示接收机表示接收机 时钟的表面时。时钟的表面时。基本观测量基本观测量 设卫星钟和接收机时钟相对于设卫星钟和接收机时钟相对于 标准标准时的钟差分别为时的钟差分别为 和和 ，其定义为，其定义为 现设卫星现设卫星S于卫星钟于卫星钟 时刻发射信号（相时刻发射信号（相应于应

20、于GPS时时 ），于接收机时钟），于接收机时钟 时刻（相时刻（相应于应于 时刻）到达接收机，通过伪随机码测时刻）到达接收机，通过伪随机码测定基本观测量定基本观测量 ，则，则n将上式将上式 两端同乘以两端同乘以 ，得，得 式中：式中：为实测的伪距，为实测的伪距，为为 时刻的卫星位时刻的卫星位置至置至 时刻接收机之间的几何距离；时刻接收机之间的几何距离；为接收为接收机钟差的等效距离机钟差的等效距离 ；为卫星钟为卫星钟钟差钟差的改正数的改正数，可由导航电文中求得。，可由导航电文中求得。导航电文：导航电文：是卫星以二进制码的形式发送给是卫星以二进制码的形式发送给用户的导航定位数据，又称为数据码，用户的

21、导航定位数据，又称为数据码，或或D D码。码。它的主要内容包括：卫星星历、它的主要内容包括：卫星星历、卫星星钟改正数、电离层延迟改正数、卫星星钟改正数、电离层延迟改正数、工作状态信息和全部卫星的概略星历工作状态信息和全部卫星的概略星历等。等。n因为在因为在GPS观测中，仅能获得接收机时钟的观观测中，仅能获得接收机时钟的观测时刻测时刻 ，而不能获得，而不能获得 ，因此需首先按，因此需首先按 计算计算 ；然后，根据广播星历；然后，根据广播星历 计算卫星的计算卫星的坐标坐标。上述方程上述方程 即为即为伪距测量定位的基本模型。伪距测量定位的基本模型。现设一观测站现设一观测站K K点上，在观测时刻点上，

22、在观测时刻 ，同时，同时测得测得4 4颗以上的颗以上的GPSGPS卫星卫星 的伪距的伪距 ，则可得到则可得到 个方程：个方程：上述方程上述方程 即为即为伪距测量定位的基本模型。伪距测量定位的基本模型。现设一观测站现设一观测站K点上，在观测时刻点上，在观测时刻 ，同，同时测得时测得4颗以上的颗以上的GPS卫星卫星 的伪距，则可得的伪距，则可得到到 个方程：个方程：n上式中，未知参数为待定点坐标上式中，未知参数为待定点坐标 和接和接收机钟差参数收机钟差参数 ；卫星；卫星 的坐标的坐标 和钟和钟差差 由广播星历按由广播星历按 求得；伪距求得；伪距 为为观测量。显然，当观测卫星个数观测量。显然，当观测

23、卫星个数 ，即可求，即可求得得4个未知参数。个未知参数。这也就是伪距测量定位的基本原理。这也就是伪距测量定位的基本原理。n2、伪距定位解算、伪距定位解算 （1）组成观测误差方程；）组成观测误差方程；根据伪距基本方程式根据伪距基本方程式 考虑电离层延迟考虑电离层延迟 、对流层延迟、对流层延迟 和观测随机误差和观测随机误差 ，可组成观测误差方程可组成观测误差方程 在实际定位解算中，根据待定点的概略坐标在实际定位解算中，根据待定点的概略坐标 ，用，用 ，代入上式，并用泰勒级数将其代入上式，并用泰勒级数将其展开，将观测方程线性化。得展开，将观测方程线性化。得式中：式中：待定点待定点 至卫星至卫星 的观

24、测矢量的观测矢量 的的方向余弦方向余弦 至至 距离距离 的近似值的近似值 （2）计算卫星）计算卫星 在在 时刻的坐标和钟差时刻的坐标和钟差 首先根据观测时刻首先根据观测时刻 和观测伪距和观测伪距 ，计算，计算卫星卫星 信号发射时刻信号发射时刻 然后，根据导航电文，计算卫星然后，根据导航电文，计算卫星 在在 时刻的时刻的坐标和钟差坐标和钟差 （3）电离层与对流层延迟改正数的计算）电离层与对流层延迟改正数的计算 按有关公式进行计算按有关公式进行计算 （4）定位解算）定位解算 n首先根据卫星坐标和首先根据卫星坐标和 点概略坐标，计算点概略坐标，计算 和和 ，并将观测方程，并将观测方程 式中的已知项用

25、式中的已知项用 表示，即得表示，即得 式中：式中：观测误差方程的常数项，或称自由项观测误差方程的常数项，或称自由项 将式将式 写成矩阵形式，为写成矩阵形式，为 式中：式中：待定参数矢量待定参数矢量 未知参数的系数矩阵未知参数的系数矩阵 常数项矢量常数项矢量 改正数（残差）矢量改正数（残差）矢量 根据观测卫星个数，定位解算有两种情况：根据观测卫星个数，定位解算有两种情况：（1）当观测）当观测4颗卫星时颗卫星时 ，此时只能忽略观，此时只能忽略观测随机误差，求得代数解。测随机误差，求得代数解。（2）当观测）当观测4颗以上卫星时颗以上卫星时 此时需根据观测方程式，用最小二乘法求解。此时需根据观测方程式

26、，用最小二乘法求解。即组成法方程，即组成法方程，解法方程，求得未知参数矢量解法方程，求得未知参数矢量 ：n求解出求解出 后，即可按后，即可按 求得待定点坐标求得待定点坐标 。再根据坐标转换关系，由空间直角坐标再根据坐标转换关系，由空间直角坐标可计算得到点位的大地坐标，即大地经度、可计算得到点位的大地坐标，即大地经度、纬度和大地高。纬度和大地高。以上讨论的是伪距导航动态定位，以上讨论的是伪距导航动态定位，即在某一时刻同时观测即在某一时刻同时观测4 4颗以上颗以上GPSGPS卫卫星进行定位。星进行定位。静态定位则是在一个待定点上，静态定位则是在一个待定点上，在一段时间内进行多次重复观测，将在一段时

27、间内进行多次重复观测，将所有观测值一并处理进行定位解算。所有观测值一并处理进行定位解算。n4、伪距静态定位的解算 静态绝对定位基本原理：静态绝对定位基本原理：静态定位是在一个待定点上，在一静态定位是在一个待定点上，在一段时间段时间 内进行多次重复观测，内进行多次重复观测，将所有观测值一并处理进行定位解算。将所有观测值一并处理进行定位解算。根据上节已知卫星坐标和根据上节已知卫星坐标和k点概略坐标，得到点概略坐标，得到的以观测随机误差为观测量的观测方程的以观测随机误差为观测量的观测方程 其中其中 为观测误差方程的常数项为观测误差方程的常数项 得得 表示观测时刻（历元）表示观测时刻（历元），表示在表

28、示在 时观测时观测GPS卫星数卫星数，n与动态定位不同的是：与动态定位不同的是：（1）不同历元）不同历元 接收机的钟差数接收机的钟差数 不同；不同；（2）不同历元）不同历元 的定位参数不变。的定位参数不变。因此，当观测因此，当观测10001000个历元时，将会有个历元时，将会有10001000个钟差参数和个钟差参数和3 3个定位参数。个定位参数。为了简化解算，可根据接收机时钟的稳为了简化解算，可根据接收机时钟的稳定度，将钟差参数用二阶、三阶或更高阶定度，将钟差参数用二阶、三阶或更高阶多项式来描述。如用多项式来描述。如用 为选定的参考时刻。为选定的参考时刻。这样，上述观测误差方程变为这样，上述观

29、测误差方程变为此时，此时，待定的未知参数就简化为待定的未知参数就简化为6 6个个。这将使定位。这将使定位解算大大简化。解算大大简化。将简化后的观测误差方程式写成矩阵形式将简化后的观测误差方程式写成矩阵形式其中其中 根据观测误差方程组或法方程，解得根据观测误差方程组或法方程，解得观测值均方差观测值均方差 ：若每个历元若每个历元 均观测均观测 颗颗GPS卫星，则卫星，则 未知参数矢量的未知参数矢量的权逆阵权逆阵和和协方差阵协方差阵分别为：分别为：n定位误差：定位误差：观测卫星的空间几何分布对定位精观测卫星的空间几何分布对定位精度的影响度的影响观测卫星的几何精度衰减因子观测卫星的几何精度衰减因子n几

30、何精度衰减因子几何精度衰减因子 根据前面分析可知，定位解算的根据前面分析可知，定位解算的未知参数未知参数矢量的权逆阵和协方差阵矢量的权逆阵和协方差阵 可以看出，定位精度取决于两个因素：可以看出，定位精度取决于两个因素：（1）观测值的精度观测值的精度 ，它是由观测值中各项，它是由观测值中各项误差所决定的。（误差所决定的。（2）观测卫星的几何图形。）观测卫星的几何图形。由于权逆阵是由法方程的系数阵由于权逆阵是由法方程的系数阵 所决所决定，而定，而 是由观测矢量的方向余弦是由观测矢量的方向余弦 所所构成，即构成，即 因此，因此，权逆阵取决于观测的几何图形的结权逆阵取决于观测的几何图形的结构，故又称构

31、，故又称 为结构矩阵。为结构矩阵。所以，权逆阵的各所以，权逆阵的各元素元素 等是由观测卫星几何图形的结构等是由观测卫星几何图形的结构所决定。所决定。在在GPSGPS导航及定位测量中，可用导航及定位测量中，可用几何精度因子几何精度因子DOPDOP（Dilution of precisionDilution of precision）来衡量观测卫星来衡量观测卫星的空间几何分布对定位精度的影响。的空间几何分布对定位精度的影响。若记未知参数的权逆阵为若记未知参数的权逆阵为 上式各元素反映了在一定的卫星空间几何分布上式各元素反映了在一定的卫星空间几何分布情况下，不同参数的定位精度及其相关性信息。情况下，

32、不同参数的定位精度及其相关性信息。利用这些元素的不同组合，即可从不同角度来描利用这些元素的不同组合，即可从不同角度来描述卫星空间几何分布对定位精度的影响。述卫星空间几何分布对定位精度的影响。n1、三维位置精度因子三维位置精度因子PDOP（position DOP）取取 则相应的三维位置误差为则相应的三维位置误差为 2、钟差精度因子钟差精度因子TDOP（time DOP）取取 则相应的钟差误差为则相应的钟差误差为 n3、垂直分量精度因子、垂直分量精度因子VDOP（vertical DOP）它反映卫星空间几何分布对接收机垂它反映卫星空间几何分布对接收机垂直位置的影响，相应的垂直分量误差直位置的影响

33、，相应的垂直分量误差 n4、水平分量精度因子、水平分量精度因子HDOP（horizontal DOP）取取 相应的水平位置误差为相应的水平位置误差为 显然，显然，GPS绝对定位误差与精度因子（绝对定位误差与精度因子（DOP）的大小）的大小成正比，因此在观测精度成正比，因此在观测精度 确定的情况下，观测时应尽确定的情况下，观测时应尽量采用精度因子小的一组卫星。量采用精度因子小的一组卫星。也就是说，当接收机跟踪的卫星多于也就是说，当接收机跟踪的卫星多于4颗时，则应选择颗时，则应选择其中其中GDOP最小的一组卫星观测，此项工作称为选星，通最小的一组卫星观测，此项工作称为选星，通常接收机可以自动完成。

34、常接收机可以自动完成。5、综合综合TDOP和和PDOP，则可定义反映，则可定义反映卫星空间几何分布对接收机钟差和位置综卫星空间几何分布对接收机钟差和位置综合影响的精度因子合影响的精度因子GDOP（geometric DOP）则相应的时空精度中误差为则相应的时空精度中误差为最佳星座的选择最佳星座的选择 当前，当前，GPS卫星已有卫星已有24颗。在地面上一点经颗。在地面上一点经常可观测到常可观测到4颗以上卫星，颗以上卫星，GPS定位至少要观测定位至少要观测4颗卫星，这就要选择能取得最佳定位精度的颗卫星，这就要选择能取得最佳定位精度的4颗卫颗卫星进行观测，称之为最佳星座的选择。星进行观测，称之为最佳

35、星座的选择。最佳星座选择有两条基本原则最佳星座选择有两条基本原则:（1）一是观测卫星的）一是观测卫星的仰角仰角不得小于不得小于510度，度，以减小大气折射误差的影响；以减小大气折射误差的影响；（2）二是）二是4颗卫星的几何精度衰减因子颗卫星的几何精度衰减因子GDOP值值最小最小，以保证获得最高的定位和定时精度。，以保证获得最高的定位和定时精度。选择几何精度衰减因子选择几何精度衰减因子GDOP最小的最小的方法有两种方法有两种:（1）根据用户接收机的概略坐标和卫星的）根据用户接收机的概略坐标和卫星的概略星历，对所有可能观测的概略星历，对所有可能观测的4颗卫星，进行颗卫星，进行计算，以选择计算，以选

36、择GDOP最小的卫星作为定位观测最小的卫星作为定位观测卫星。卫星。这需要较大数量的计算，而且卫星位置是这需要较大数量的计算，而且卫星位置是随时间变化的。通常每随时间变化的。通常每15min就要进行一次选就要进行一次选星计算。星计算。（2）按卫星的几何图形选星。）按卫星的几何图形选星。这是一种简易、近似的方法。根据大量统这是一种简易、近似的方法。根据大量统计计算表明，计计算表明，GDOP值是与接收机至卫星单位值是与接收机至卫星单位矢量端点所构成的四面体体积矢量端点所构成的四面体体积V成反比，即成反比，即GDOP 1/V。因此，可依这条原则进行选星。因此，可依这条原则进行选星。其具体方法是，首先选

37、一颗沿天顶（垂线）其具体方法是，首先选一颗沿天顶（垂线）方向的卫星，其余方向的卫星，其余3颗卫星相距约颗卫星相距约120度时，其度时，其所构成的四面体体积接近最大。所构成的四面体体积接近最大。选择最佳星座，对于组织实施大量选择最佳星座，对于组织实施大量GPS定位测量具有重要意义。可在事前根据待定位测量具有重要意义。可在事前根据待定点的概略位置和预报的概略星历，来选定点的概略位置和预报的概略星历，来选择观测时间和最佳星座，以计划安排测量择观测时间和最佳星座，以计划安排测量定位工作。对实时导航定位来说，就需实定位工作。对实时导航定位来说，就需实时选星。时选星。目前，一般目前，一般GPS接收机都有选星软件，接收机都有选星软件，它自动完成选星，并显示出几何精度衰减它自动完成选星，并显示出几何精度衰减因子因子GDOP或或PDOP的数值。一般规定的数值。一般规定GDOP不能大于不能大于6。若超过。若超过6应停止观测。应停止观测。当前，许多当前，许多GPS接收机具有接收机具有4个以个以上的通道，如上的通道，如6通道或通道或8通道，最多有通道，最多有12通道的。这时在可见卫星中，选择通道的。这时在可见卫星中，选择6颗或颗或8颗卫星进行跟踪观测，其颗卫星进行跟踪观测，其GDOP值应是最佳的。值应是最佳的。