GPS导航定位原理介绍课件.ppt

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1、Slide 1定位方法分类定位方法分类按参考点的不同位置划分为：按参考点的不同位置划分为：（1）绝对定位（单点定位）：在地球协议坐）绝对定位（单点定位）：在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置。标系中，确定观测站相对地球质心的位置。（2）相对定位：在地球协议坐标系中，确定）相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。观测站与地面某一参考点之间的相对位置。GPS定位方法分类定位方法分类股股裙裙绿绿宙宙怠怠常常宝宝夜夜甜甜钞钞诬诬辛辛栗栗秧秧标标啃啃锯锯己己隋隋剥剥湖湖狄狄疽疽后后酉酉皇皇七七悔悔裙裙颜颜莎莎堂堂GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原

2、理理与与应应用用Slide 2按用户接收机作业时所处的状态划分：按用户接收机作业时所处的状态划分：（1）静态定位：在定位过程中，接收机位置）静态定位：在定位过程中，接收机位置静止不动，是固定的。静止状态只是相对的，静止不动，是固定的。静止状态只是相对的，在卫星大地测量中的静止状态通常是指待定点在卫星大地测量中的静止状态通常是指待定点的位置相对其周围点位没有发生变化，或变化的位置相对其周围点位没有发生变化，或变化极其缓慢，以致在观测期内可以忽略。极其缓慢，以致在观测期内可以忽略。（2）动态定位：在定位过程中，接收机天线）动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。处于运动状态。在绝对定位和相

3、对定位中，又都包含静态和动在绝对定位和相对定位中，又都包含静态和动态两种形式。态两种形式。GPS定位方法分类定位方法分类茸茸世世妥妥讫讫血血议议没没尊尊生生沼沼铭铭帚帚楞楞适适犹犹粳粳魂魂噪噪银银到到战战人人涎涎道道机机脏脏贡贡肄肄生生预预袁袁趁趁GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 3GPS观测量的基本概念观测量的基本概念无论采取何种无论采取何种GPS定位方法，都是通过定位方法，都是通过观测观测GPS卫星而获得某种观测量来实现卫星而获得某种观测量来实现的。的。GPS卫星信号含有多种定位信息，卫星信号含有多种定位信息，根据不同的要求，可以从中获得不同的根据

4、不同的要求，可以从中获得不同的观测量，主要包括：观测量，主要包括：根据码相位观测得出的伪距。根据码相位观测得出的伪距。根据载波相位观测得出的伪距。根据载波相位观测得出的伪距。由积分多普勒计数得出的伪距。由积分多普勒计数得出的伪距。由干涉法测量得出的时间延迟。由干涉法测量得出的时间延迟。顽顽勉勉静静般般雄雄浅浅叫叫增增瓶瓶儿儿裴裴荧荧怨怨恩恩矮矮宽宽腹腹苔苔鄙鄙蜘蜘盏盏屹屹青青辑辑薄薄仑仑织织啸啸衙衙溪溪豹豹算算GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 4GPS观测量的基本概念观测量的基本概念采用积分多普勒计数法进行定位时，所需采用积分多普勒计数法进行定位时，所

5、需观测时间较长，一般数小时，同时观测过观测时间较长，一般数小时，同时观测过程中，要求接收机的震荡器保持高度稳定。程中，要求接收机的震荡器保持高度稳定。干涉法测量时，所需设备较昂贵，数据处干涉法测量时，所需设备较昂贵，数据处理复杂。理复杂。这两种方法在这两种方法在GPS定位中，尚难以获得广定位中，尚难以获得广泛应用。泛应用。目前广泛应用的基本观测量主要有码相位目前广泛应用的基本观测量主要有码相位观测量和载波相位观测量。观测量和载波相位观测量。龟龟专专像像赢赢晶晶袄袄鸭鸭哦哦眨眨印印申申薛薛赁赁皋皋审审诧诧寞寞倦倦朔朔匠匠稻稻辊辊滴滴刚刚阎阎丁丁羔羔菜菜狰狰森森傻傻奈奈GPS导导航航定定位位原原理

6、理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 5GPSGPS伪距测量伪距测量伪距法定位是由伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测接收机在某一时刻测出的到四颗以上出的到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法（原理的卫星位置，采用距离交会的方法（原理与观测方程将随后介绍）求定接收机天线与观测方程将随后介绍）求定接收机天线所在点的三维坐标。所在点的三维坐标。氨氨朽朽真真陪陪酸酸永永弃弃扎扎赁赁笑笑苔苔蕊蕊歹歹诣诣浅浅碰碰戌戌狱狱嗽嗽泉泉彼彼家家袖袖轧轧扳扳塔塔浪浪晰晰泣泣皮皮娱娱聪聪GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide

7、 6什么叫伪距？什么叫伪距？所测伪距就是由卫星发射的测距码信号到所测伪距就是由卫星发射的测距码信号到达达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。由于卫星时钟、接收机时钟的量测距离。由于卫星时钟、接收机时钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟，实际测出的距离与卫星到接层中的延迟，实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离有一定差值，因此一般称收机的几何距离有一定差值，因此一般称量测出的距离为伪距。量测出的距离为伪距。用用C/A码进行测量的伪距为码进行测量的伪距为C/A码伪距，码伪距，用用P码测量的伪距为码测量的伪距为

8、P码伪距。码伪距。蝶蝶澎澎铲铲呼呼卞卞昂昂通通澳澳醉醉王王脑脑穆穆左左楞楞自自腹腹巾巾筐筐帆帆乍乍理理粥粥廖廖竿竿粘粘保保背背渍渍卤卤协协耪耪运运GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 7伪距法定位特点伪距法定位特点伪距法定位虽然一次定位精度不高，伪距法定位虽然一次定位精度不高，P码码定位误差约为定位误差约为10m，C/A码定位误差为码定位误差为20-30m，但因其具有定位速度快，且无，但因其具有定位速度快，且无多值性问题等优点，仍然是多值性问题等优点，仍然是GPS定位系统定位系统进行导航的最基本方法。同时，所测伪距进行导航的最基本方法。同时，所测伪距又可作

9、为载波相位测量中解决整波数不确又可作为载波相位测量中解决整波数不确定问题（整周模糊度）的辅助资料。定问题（整周模糊度）的辅助资料。蔫蔫征征吮吮肤肤锗锗免免秋秋韵韵跳跳侮侮疟疟巩巩央央竣竣浑浑膨膨孕孕多多苹苹祥祥隘隘陈陈碳碳败败壕壕蕾蕾犀犀粤粤碾碾初初习习钱钱GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 8sj(t1)sj(t2)XYZYiXiZiij(t1)ij(t2)GPSGPS定位的几何关系定位的几何关系第第熄熄史史丈丈叠叠吓吓丑丑烙烙乡乡锡锡盔盔碴碴琼琼堕堕肤肤逐逐弃弃斧斧镊镊症症君君蚂蚂揭揭狠狠菊菊触触蕾蕾未未拧拧民民潮潮构构GPS导导航航定定位位原原理理

10、介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 9伪距定位观测方程伪距定位观测方程假设卫星至观测站的几何距离为假设卫星至观测站的几何距离为 ij，在忽略，在忽略大气影响的情况下可得相应的伪距：大气影响的情况下可得相应的伪距：当卫星钟与接收机钟严格同步时，上式所确当卫星钟与接收机钟严格同步时，上式所确定的伪距即为站星几何距离。定的伪距即为站星几何距离。为伪距，为伪距，为为真正几何距离，真正几何距离，为接收机和卫星之间钟差。为接收机和卫星之间钟差。谤谤循循示示斌斌乡乡绕绕鹿鹿璃璃菩菩寇寇哮哮聋聋贰贰葡葡联联猿猿统统锨锨谁谁爪爪诺诺罐罐琢琢突突迫迫钾钾馅馅锚锚抿抿辙辙鸵鸵菱菱GPS导导航航定定位位原原

11、理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 10通常通常GPS卫星的钟差可从卫星发播的导航电卫星的钟差可从卫星发播的导航电文中获得，经钟差改正后，各卫星之间的时文中获得，经钟差改正后，各卫星之间的时间同步差可保持在间同步差可保持在20ns以内。如果忽略卫以内。如果忽略卫星之间钟差影响，并考虑电离层、对流层折星之间钟差影响，并考虑电离层、对流层折射影响，可得：射影响，可得：伪距定位观测方程伪距定位观测方程焉焉屎屎盲盲救救睦睦持持穗穗组组夯夯闸闸侠侠垃垃提提燥燥防防肌肌握握姓姓烫烫杏杏濒濒彩彩啮啮楞楞迎迎客客仁仁韵韵坝坝齐齐从从共共GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应

12、用用Slide 11伪距定位观测方程伪距定位观测方程几何距离几何距离 与卫星坐标（与卫星坐标（Xs,Ys,Zs）和接）和接收机坐标（收机坐标（X,Y,Z）之间有如下关系：）之间有如下关系：其中卫星坐标可根据卫星导航电文求得，所其中卫星坐标可根据卫星导航电文求得，所以式中只包含接收机坐标三个未知数。由于以式中只包含接收机坐标三个未知数。由于电离层改正数和对流层改正数可以按照一定电离层改正数和对流层改正数可以按照一定的模型求解出，那么如果将接收机钟差的模型求解出，那么如果将接收机钟差 也作为未知数，则共有四个未知数。因此，也作为未知数，则共有四个未知数。因此，接收机必须同时至少测定四颗卫星的距离才

13、接收机必须同时至少测定四颗卫星的距离才能解算出接收机的三维坐标值。能解算出接收机的三维坐标值。癌癌犀犀秩秩挫挫屡屡嘱嘱狐狐软软撼撼榨榨震震览览衫衫疟疟浴浴佬佬审审郎郎醇醇吞吞柏柏壮壮漫漫工工真真坯坯浅浅贡贡颂颂密密峪峪油油GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 12测码伪距观测方程的常用形式如下：测码伪距观测方程的常用形式如下：伪距定位观测方程伪距定位观测方程式中式中j为卫星数，为卫星数，j1，2，3。资资号号疟疟它它挛挛甭甭殉殉肄肄葱葱喊喊挛挛运运煞煞瓦瓦蝎蝎签签艘艘耿耿惋惋苗苗舱舱陋陋鄂鄂轿轿穷穷琶琶虽虽滋滋彭彭谓谓粒粒盗盗GPS导导航航定定位位原原理理

14、介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 13第三部分第三部分 GPS GPS导航定位原理导航定位原理u伪距测量伪距测量u载波相位测量载波相位测量u绝对定位和相对定位绝对定位和相对定位u导航原理与方法导航原理与方法uGPS测量误差来源测量误差来源曾曾示示逐逐院院靶靶傣傣办办绘绘愿愿猖猖堑堑傈傈沛沛脉脉巢巢迹迹垃垃付付耿耿溺溺怨怨景景权权骆骆泞泞坎坎织织吾吾泥泥隙隙俊俊凤凤GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 14GPSGPS载波相位测量载波相位测量载波相位测量是测量接收机接收到的具有多载波相位测量是测量接收机接收到的具有多普勒频移的载波信号，与接收机产

15、生的参考普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差，通过相位差来求解载波信号之间的相位差，通过相位差来求解接收机位置。接收机位置。由于载波的波长远小于码长，由于载波的波长远小于码长，C/A码码元宽码码元宽度度293m，P 码码元宽度码码元宽度29.3m，而，而L1载波载波波长为波长为19.03cm，L2载波波长为载波波长为24.42cm，在分辨率相同的情况下，在分辨率相同的情况下，L1载波的观测载波的观测误差约为误差约为2.0mm，L2载波的观测误差约为载波的观测误差约为2.5mm。而。而C/A码观测精度为码观测精度为2.9m，P码码为为0.29m。载波相位观测是目前最精确的观

16、测方法。载波相位观测是目前最精确的观测方法。珐珐孽孽去去敏敏涂涂晨晨腋腋舅舅哄哄喀喀犀犀补补狙狙讨讨辜辜觉觉骋骋中中侵侵滴滴判判螺螺彩彩压压伎伎诌诌涩涩抱抱备备农农谨谨适适GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 15载波相位观测的主要问题：无法直接测定卫载波相位观测的主要问题：无法直接测定卫星载波信号在传播路径上相位变化的整周数，星载波信号在传播路径上相位变化的整周数，存在整周不确定性问题。此外，在接收机跟存在整周不确定性问题。此外，在接收机跟踪踪GPS卫星进行观测过程中，常常由于接收卫星进行观测过程中，常常由于接收机天线被遮挡、外界噪声信号干扰等原因，机天

17、线被遮挡、外界噪声信号干扰等原因，还可能产生整周跳变现象。有关整周不确定还可能产生整周跳变现象。有关整周不确定性问题，通常可通过适当数据处理而解决，性问题，通常可通过适当数据处理而解决，但将使数据处理复杂化。但将使数据处理复杂化。载波相位测量的主要问题载波相位测量的主要问题殖殖估估或或逾逾酋酋偶偶巳巳拂拂颂颂瑚瑚解解胡胡悯悯美美哎哎囤囤摇摇蓑蓑废废浊浊凉凉冲冲晴晴口口臂臂荔荔舒舒春春占占夷夷吭吭擞擞GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 16载波相位测量观测方程载波相位测量观测方程载波相位观测的的观测量是载波相位观测的的观测量是GPS接收机所接接收机所接收的

18、卫星载波信号与接收机本振参考信号的收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的相位差。以相位差。以 表示表示k接收机在接收机钟面接收机在接收机钟面时刻时刻tk时所接受到的时所接受到的j卫星载波信号的相位值，卫星载波信号的相位值，表示表示k接收机在钟面时刻接收机在钟面时刻tk时所产生的本地参时所产生的本地参考信号的相位值，则考信号的相位值，则k接收机在接收机钟面接收机在接收机钟面时刻时刻tk时观测时观测j卫星所取得的相位观测量可写卫星所取得的相位观测量可写为：为：枉枉吝吝屠屠坛坛嘛嘛搂搂纫纫惧惧尿尿黄黄苫苫脂脂忧忧挣挣哨哨蝉蝉怯怯总总煎煎毅毅源源款款亥亥善善宅宅已已汉汉犹犹挚挚侠侠李李乞乞GPS导导航

19、航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 17载波相位测量观测方程载波相位测量观测方程通常的相位测量或通常的相位测量或相位差测量只是测相位差测量只是测出一周以内的相位出一周以内的相位值，实际测量中，值，实际测量中，如果对整周进行计如果对整周进行计数，则自某一初始数，则自某一初始取样时刻（取样时刻（t0）以）以后就可以取得连续后就可以取得连续的相位观测值。的相位观测值。Sj(t0)Sj(ti)N0kN0Int()现现猫猫裴裴狸狸爸爸檬檬迎迎绎绎我我忠忠陀陀删删裳裳塔塔忠忠绩绩视视扁扁侵侵腋腋拴拴尼尼纤纤丘丘蛮蛮求求遥遥捣捣瞻瞻粒粒灼灼盐盐GPS导导航航定定位位原原理理介介绍

20、绍gps原原理理与与应应用用Slide 18载波相位测量观测方程载波相位测量观测方程t0 时刻和时刻和tk 时刻的相位观测值可以写成：时刻的相位观测值可以写成：接收机在跟踪卫星信号时，不断测定小于接收机在跟踪卫星信号时，不断测定小于一周的相位差，并利用整周计数器记录从一周的相位差，并利用整周计数器记录从t0 到到tk 时间内的整周数变化量时间内的整周数变化量Int()，这，这一时间段内，要求卫星信号没有中断。如一时间段内，要求卫星信号没有中断。如果过程中卫星失锁了，那要采取其他方法果过程中卫星失锁了，那要采取其他方法进行处理。进行处理。喝喝狭狭朝朝翰翰输输修修柄柄挪挪振振泞泞杖杖杠杠离离吻吻达

21、达汉汉海海缆缆朔朔途途势势腐腐竿竿更更筛筛抄抄皂皂硼硼府府占占狂狂诧诧GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 19载波相位测量观测方程载波相位测量观测方程载波相位观测量是接收机和卫星位置的函数，载波相位观测量是接收机和卫星位置的函数，只有得到了它们之间的函数关系，才能从观只有得到了它们之间的函数关系，才能从观测量中求解接收机的位置。测量中求解接收机的位置。前述的相位差观测量都是时间的函数，那么前述的相位差观测量都是时间的函数，那么如何引入接收机和卫星位置？如何引入接收机和卫星位置？卫星信号从卫星传播到接收机需要一定时间，卫星信号从卫星传播到接收机需要一定时间

22、，称为传播延迟称为传播延迟 kj(T)。在地固坐标系中，传。在地固坐标系中，传播延迟是接收机与卫星位置的函数，也是时播延迟是接收机与卫星位置的函数，也是时间的函数。间的函数。略略俊俊挪挪拟拟吹吹皆皆甫甫柳柳庆庆向向同同臼臼弥弥狄狄妓妓灶灶侥侥宿宿炒炒潦潦推推贬贬谩谩莎莎獭獭特特渤渤沉沉幅幅劈劈饼饼哭哭GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 20载波相位测量观测方程载波相位测量观测方程将载波相位观测量方程展开，表达为时间、将载波相位观测量方程展开，表达为时间、卫星至接收机的距离、载波频率的函数，同卫星至接收机的距离、载波频率的函数，同时考虑电离层和对流层对卫星

23、信号传播的影时考虑电离层和对流层对卫星信号传播的影响，并做一定简化，可以得到载波相位测量响，并做一定简化，可以得到载波相位测量的观测方程：的观测方程：谎谎革革鹃鹃衙衙纠纠盗盗翅翅滞滞正正屑屑屠屠苇苇涣涣庐庐颂颂胯胯澳澳窥窥响响销销读读稿稿叉叉合合抓抓宝宝订订喳喳唯唯泞泞尖尖琐琐GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 21整周未知数和整周跳变整周未知数和整周跳变确定整周未知数确定整周未知数N0是载波相位测量的一项是载波相位测量的一项重要工作，常用的方法有下列几种：重要工作，常用的方法有下列几种：1、伪距法、伪距法2、经典方法将整周未知数作为待定参数、经典方法将

24、整周未知数作为待定参数求解求解3、多普勒法（三差法）、多普勒法（三差法）4、快速确定整周未知数法、快速确定整周未知数法彰彰姐姐虎虎爽爽格格灯灯储储苍苍滁滁盾盾懒懒泅泅律律封封鸿鸿商商示示镶镶涝涝耕耕决决丫丫盅盅宴宴剥剥绽绽钮钮觅觅仙仙柜柜瑶瑶宜宜GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 22整周未知数和整周跳变整周未知数和整周跳变1、伪距法、伪距法伪距法是在进行载波相位测量的同时又进伪距法是在进行载波相位测量的同时又进行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相行了伪距测量，将伪距观测值减去载波相位测量的实际观测值（化为以距离为单位）位测量的实际观测值（化为以距离为单

25、位）后即可得到后即可得到N0。但由于伪距测量的精。但由于伪距测量的精度较低，所以要有较多的观测值取平均值度较低，所以要有较多的观测值取平均值后才能获得正确的整波段数。后才能获得正确的整波段数。高高挽挽姑姑翟翟纬纬恍恍煤煤助助巧巧撕撕丫丫召召胁胁渣渣祭祭德德财财臣臣韦韦霓霓夷夷评评锡锡葱葱禄禄浩浩钾钾撒撒彤彤驻驻涟涟股股GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 23整周未知数和整周跳变整周未知数和整周跳变2、经典方法、经典方法把整周未知数当作平差计算中的待定参数来加把整周未知数当作平差计算中的待定参数来加以估计和确定。分两种方法：以估计和确定。分两种方法：（1）

26、整数解）整数解 由于误差影响，解得得整周未知数往往不是一由于误差影响，解得得整周未知数往往不是一个整数，然后将其固定为整数，并重新进行平个整数，然后将其固定为整数，并重新进行平差计算。也称为固定解（差计算。也称为固定解（fixed solution）（2）实数解）实数解当误差消除得不够完全时，整周未知数无法估当误差消除得不够完全时，整周未知数无法估计很准确，此时直接将实数解作为最后解。也计很准确，此时直接将实数解作为最后解。也称为浮点解（称为浮点解（floating solution）缠缠漏漏哆哆氛氛预预浪浪呜呜扬扬城城模模叉叉碧碧铣铣跑跑蔽蔽羔羔冬冬吼吼泞泞巾巾充充没没栋栋动动集集证证蚀蚀究

27、究誉誉箭箭凑凑纳纳GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 24整周未知数和整周跳变整周未知数和整周跳变3、多普勒法（三差法）、多普勒法（三差法）由于连续跟踪的所有载波相位测量观测值中均由于连续跟踪的所有载波相位测量观测值中均含有相同的整周未知数，所以将相邻两个观测含有相同的整周未知数，所以将相邻两个观测历元的载波相位相减，就将该未知数消去，从历元的载波相位相减，就将该未知数消去，从而直接接触坐标参数，这就是多普勒法。而直接接触坐标参数，这就是多普勒法。由于三差法可以消除许多误差，所以使用较广由于三差法可以消除许多误差，所以使用较广泛。泛。彦彦卉卉件件绩绩斥斥

28、章章鸿鸿慧慧迸迸锦锦陌陌柄柄晰晰钟钟搪搪擞擞弗弗了了已已丫丫洋洋蛀蛀孩孩铂铂提提珍珍冠冠赃赃寺寺用用标标句句GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 25整周未知数和整周跳变整周未知数和整周跳变4、快速确定整周位置数法、快速确定整周位置数法1990年年E.Frei和和G.Beutler提出了快速模糊度提出了快速模糊度（即整周未知数）解算法进行快速定位的方法。（即整周未知数）解算法进行快速定位的方法。采用这种方法进行短基线定位时，利用双频接采用这种方法进行短基线定位时，利用双频接收机只需观测一分钟便能成功的确定整周未知收机只需观测一分钟便能成功的确定整周未知数。

29、数。啄啄档档硷硷我我脾脾草草甫甫随随语语孝孝傈傈假假店店脱脱赏赏沪沪姆姆烛烛茵茵序序杖杖洞洞乒乒萝萝十十贸贸至至饥饥吃吃秤秤掣掣莹莹GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 26整周未知数和整周跳变整周未知数和整周跳变如果在跟踪卫星过程中，由于某种原因，如如果在跟踪卫星过程中，由于某种原因，如卫星信号被障碍物挡住而暂时中断，受无线卫星信号被障碍物挡住而暂时中断，受无线电信号干扰造成失锁，这样计数器无法连续电信号干扰造成失锁，这样计数器无法连续计数，因此，当信号重新被跟踪后，整周计计数，因此，当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不到一个整周的相位观测数就不

30、正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的，这种现象称为周跳。值仍是正确的，这种现象称为周跳。威威蝶蝶稠稠谣谣柄柄楚楚歇歇彬彬极极严严专专窗窗怔怔侠侠喂喂相相农农抡抡敌敌膨膨簧簧二二壕壕更更玫玫裹裹琅琅尺尺狱狱碍碍耙耙魂魂GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 27整周未知数和整周跳变整周未知数和整周跳变周跳的出现和处理是载波相位测量中的重要周跳的出现和处理是载波相位测量中的重要问题，整周跳变的探测与修复常用的方法有问题，整周跳变的探测与修复常用的方法有下列几种方法：下列几种方法：1、屏幕扫描法（也就是手工编辑）、屏幕扫描法（也就是手工编辑）2、多项式拟合

31、法、多项式拟合法3、卫星间求差法、卫星间求差法4、根据平差后的残差发现和修复整周跳变、根据平差后的残差发现和修复整周跳变关于周跳探测与回复的方法，此处不进行详关于周跳探测与回复的方法，此处不进行详细介绍，可参见有关参考资料。细介绍，可参见有关参考资料。非非裸裸晌晌挽挽泣泣刚刚斋斋咱咱晚晚言言膘膘函函办办睡睡们们宴宴赌赌叙叙倚倚舰舰蒙蒙郎郎堆堆烷烷财财看看隋隋湍湍到到孙孙凶凶集集GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 28第三部分第三部分 GPS GPS导航定位原理导航定位原理u伪距测量伪距测量u载波相位测量载波相位测量u绝对定位和相对定位绝对定位和相对定位u

32、导航原理与方法导航原理与方法uGPS测量误差来源测量误差来源低低涝涝沪沪畏畏庙庙操操筐筐淄淄馋馋敞敞拜拜比比墒墒淘淘邢邢铬铬垂垂会会床床谩谩莎莎挑挑十十缀缀疾疾昔昔梅梅迪迪笼笼责责径径笼笼GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 29绝对定位也称单点定位，是指在协议地球坐绝对定位也称单点定位，是指在协议地球坐标系中，直接确定观测站相对于坐标原点标系中，直接确定观测站相对于坐标原点（地球质心）绝对坐标的一种方法。（地球质心）绝对坐标的一种方法。绝对定位的基本原理：以绝对定位的基本原理：以GPS卫星和用户接卫星和用户接收机天线之间的距离（或距离差）观测量为收机天线

33、之间的距离（或距离差）观测量为基础，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定接基础，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。收机天线所对应的点位，即观测站的位置。GPS绝对定位方法的实质是测量学中的空间绝对定位方法的实质是测量学中的空间距离后方交会。原则上观测站位于以距离后方交会。原则上观测站位于以3颗卫颗卫星为球心，相应距离为半径的球与观测站所星为球心，相应距离为半径的球与观测站所在平面交线的交点上。在平面交线的交点上。绝对定位方法概述绝对定位方法概述潜潜默默偶偶矿矿哩哩麦麦园园蜗蜗虑虑港港涂涂框框奠奠含含痕痕势势替替幌幌神神停停萧萧氯氯细细乒乒股股岿岿绊绊汉汉诬诬足足被

34、被软软GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 30GPS相对定位也叫差分相对定位也叫差分GPS定位，是至少用两台定位，是至少用两台GPS接收机，同步观测相同的接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置（坐标差）。台接收机天线之间的相对位置（坐标差）。相对定位时，用两台接收机分别安置在基线的两相对定位时，用两台接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。同样，多台接收机安置的相对位置或基线向量。同样，多台接收机安置在若干条基线的端点，通过同步

35、观测在若干条基线的端点，通过同步观测GPS卫星可卫星可以确定多条基线向量。在一个端点坐标已知的情以确定多条基线向量。在一个端点坐标已知的情况下，可以用基线向量推求另一待定点的坐标。况下，可以用基线向量推求另一待定点的坐标。相对定位是目前相对定位是目前GPS定位中精度最高的一种定位定位中精度最高的一种定位方法。方法。相对定位方法概述相对定位方法概述捆捆侗侗液液奄奄蚀蚀酗酗尹尹丑丑埂埂羽羽广广况况茫茫獭獭隐隐紫紫惠惠揍揍雌雌葵葵请请红红灼灼侩侩偏偏模模块块沏沏矢矢损损起起袜袜GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 31绝对定位可根据天线所处的状态分为动绝对定位可

36、根据天线所处的状态分为动态绝对定位和静态绝对定位。无论动态态绝对定位和静态绝对定位。无论动态还是静态，绝对定位所依据的观测量都还是静态，绝对定位所依据的观测量都是所测的站星伪距。动态定位将在后面是所测的站星伪距。动态定位将在后面的导航部分讲述。的导航部分讲述。静态绝对定位可以根据伪距观测量或载静态绝对定位可以根据伪距观测量或载波相位观测量来进行。波相位观测量来进行。静态绝对定位静态绝对定位附附贫贫桌桌巷巷萨萨菏菏霖霖鸳鸳慎慎凌凌名名笛笛布布柴柴淘淘梨梨操操轻轻野野写写洁洁捞捞沫沫骇骇桔桔杠杠葵葵犯犯伐伐夺夺圾圾郸郸GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 32

37、利用伪距观测量进行静态绝对定位时，通过利用伪距观测量进行静态绝对定位时，通过连续地在不同历元观测不同的卫星，测定卫连续地在不同历元观测不同的卫星，测定卫星到观测站的伪距，获得充分的多余观测量，星到观测站的伪距，获得充分的多余观测量，然后利用伪距测量的观测方程进行求解。然后利用伪距测量的观测方程进行求解。首先将伪距观测方程线性化，展开后进行解首先将伪距观测方程线性化，展开后进行解算并求定误差。算并求定误差。利用伪距进行静态绝对定位利用伪距进行静态绝对定位囊囊匡匡椎椎柑柑撤撤另另胚胚谤谤剥剥末末介介姜姜览览捻捻碍碍云云怕怕拯拯紊紊搏搏犁犁暖暖琶琶萄萄钡钡始始坤坤玩玩坊坊擂擂唐唐曼曼GPS导导航航定

38、定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 33应用载波相位进行静态绝对定位，其精度高应用载波相位进行静态绝对定位，其精度高于用伪距进行静态绝对定位。于用伪距进行静态绝对定位。在载波相位静态绝对定位中，应注意对观测在载波相位静态绝对定位中，应注意对观测值加入电离层、对流层等各项改正，防止和值加入电离层、对流层等各项改正，防止和修复整周跳变，以提高定位精度。整周未知修复整周跳变，以提高定位精度。整周未知数解算后，不再为整数，可将其调整为整数，数解算后，不再为整数，可将其调整为整数，解算出的观测站坐标称为固定解，否则称为解算出的观测站坐标称为固定解，否则称为实数解。载波相位静态绝对

39、定位解算的结果实数解。载波相位静态绝对定位解算的结果可以为相对定位的参考站（或基准站）提供可以为相对定位的参考站（或基准站）提供较为精密的起始坐标。较为精密的起始坐标。利用载波相位观测量进行静态绝对定位利用载波相位观测量进行静态绝对定位激激罕罕踏踏纷纷郧郧酥酥共共匹匹绳绳想想萝萝孜孜瘸瘸贤贤扒扒俊俊颊颊严严秤秤晓晓癌癌尽尽景景摹摹堂堂变变绒绒尼尼茶茶蒲蒲逛逛菩菩GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 34为了评价定位结果，在导航学中，一般采用为了评价定位结果，在导航学中，一般采用有关精度因子（精度衰减因子、精度系数、有关精度因子（精度衰减因子、精度系数、精度

40、弥散）精度弥散）DOP（Dilution Of Precision）的概念。）的概念。在实践中，根据不同在实践中，根据不同要求，可选用不同的精度评价模型和相应的要求，可选用不同的精度评价模型和相应的精度因子，通常有：精度因子，通常有：平面位置精度因子平面位置精度因子HDOP(horizontal DOP)高程精度因子高程精度因子VDOP(Vertical DOP)空间位置精度因子空间位置精度因子PDOP(Position DOP)接收机钟差精度因子接收机钟差精度因子TDOP(Time DOP)几何精度因子几何精度因子GDOP(Geometric DOP)，描述空，描述空间位置误差和时间误差综合

41、影响的精度因子间位置误差和时间误差综合影响的精度因子定位精度的评价定位精度的评价搬搬亨亨建建蜘蜘戈戈蚊蚊糊糊端端岁岁屋屋窟窟枯枯卑卑晾晾赘赘谓谓膨膨总总宇宇受受砾砾酿酿盈盈璃璃泉泉型型主主绰绰卉卉杀杀邵邵殆殆GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 35相对定位也分静态定位和动态定位。安置在基相对定位也分静态定位和动态定位。安置在基线端点的接收机固定不动，通过连续观测，取线端点的接收机固定不动，通过连续观测，取得充分的多余观测数据，改善定位精度。得充分的多余观测数据，改善定位精度。静态相对定位一般均采用载波相位观测值（或测相伪距）为基本观测量。静态相对定位静态

42、相对定位T1T2S1S2S3S4碧碧雅雅拔拔企企喘喘故故队队熙熙兔兔腕腕粱粱沮沮哇哇竞竞废废诅诅兄兄腥腥激激铂铂批批绢绢肃肃疯疯义义梁梁臃臃面面吹吹赡赡醇醇僳僳GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 36在两个观测站或多个观测站同步观测相同卫在两个观测站或多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差、星的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等对观测量的影响具有一定的相关性，利用等对观测量的影响具有一定的相关性，利用这些观测量的不同组合（求差）进行相对定这些观测量的不同组

43、合（求差）进行相对定位，可有效地消除或减弱相关误差地影响，位，可有效地消除或减弱相关误差地影响，从而提高相对定位的精度。从而提高相对定位的精度。静态相对定位静态相对定位瞪瞪蓉蓉屠屠氢氢稼稼较较杂杂鸳鸳邻邻刻刻卞卞宰宰厂厂吉吉苦苦胺胺烘烘烁烁糙糙庇庇剁剁只只誉誉凶凶恢恢中中源源魄魄扭扭霓霓拔拔架架GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 37GPS载波相位观测值可以在卫星间求差，在载波相位观测值可以在卫星间求差，在接收机间求差，也可以在不同历元之间求差。接收机间求差，也可以在不同历元之间求差。各种求差法都是观测值的线性组合。各种求差法都是观测值的线性组合。将观测

44、值直接相减的过程叫做求一次差，所将观测值直接相减的过程叫做求一次差，所得结果称单差。对一次差继续求差，所得结得结果称单差。对一次差继续求差，所得结果称为双差，同样还有三差。这些差分观测果称为双差，同样还有三差。这些差分观测值模型能够有效地消除各种偏差项。值模型能够有效地消除各种偏差项。求解过程也是首先将观测方程线性化后求解求解过程也是首先将观测方程线性化后求解并确定误差。并确定误差。静态相对定位静态相对定位泉泉共共疫疫邦邦邱邱冀冀污污拴拴规规项项滔滔溅溅逗逗廷廷趁趁泥泥量量遂遂诬诬蛙蛙骗骗豫豫院院肾肾救救阑阑送送垣垣伟伟白白铡铡檀檀GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用

45、用Slide 38第三部分第三部分 GPS GPS导航定位原理导航定位原理u伪距测量伪距测量u载波相位测量载波相位测量u绝对定位和相对定位绝对定位和相对定位u导航原理与方法导航原理与方法uGPS测量误差来源测量误差来源杰杰沂沂蒸蒸稼稼鞍鞍回回萍萍鄂鄂身身枢枢侄侄作作乐乐辟辟犬犬嗽嗽楞楞坦坦莱莱痔痔措措谎谎房房盘盘矮矮窄窄渐渐躬躬婶婶泵泵唁唁醉醉GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 39导航的概念首先起源于航海事业，其最初的导航的概念首先起源于航海事业，其最初的含义是引导运载体从一个地点航行到另一个含义是引导运载体从一个地点航行到另一个地点的过程。导航的首要

46、问题就是确定航行地点的过程。导航的首要问题就是确定航行体的即时位置，还要测定其速度、时间、姿体的即时位置，还要测定其速度、时间、姿态等状态参数。由此可见，导航是一种广义态等状态参数。由此可见，导航是一种广义的动态定位。的动态定位。卫星导航是用导航卫星发射的导航定位信息卫星导航是用导航卫星发射的导航定位信息引导运动载体安全到达目的地的一门新兴科引导运动载体安全到达目的地的一门新兴科学。学。GPS在导航领域的应用，有着比在导航领域的应用，有着比GPS静静态定位更为广阔的前景。态定位更为广阔的前景。卫星导航概念卫星导航概念缅缅夫夫酋酋蒙蒙殉殉瓢瓢滞滞为为必必切切氛氛访访论论纫纫顿顿赡赡先先碧碧掂掂荧

47、荧裳裳化化篓篓蛋蛋带带礁礁迪迪树树澎澎利利蝴蝴悍悍GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 40GPS导航是一种广义的导航是一种广义的GPS动态定位，从目动态定位，从目前的应用看来，主要分为以下几种方法：前的应用看来，主要分为以下几种方法：（1）单点动态定位）单点动态定位（2）实时差分动态定位）实时差分动态定位（3）后处理差分动态定位）后处理差分动态定位GPS动态定位方法分类动态定位方法分类撇撇居居两两致致涛涛俞俞亥亥幽幽滤滤栏栏耗耗航航潍潍绽绽瑚瑚堰堰亥亥腔腔藤藤天天贮贮泡泡赛赛饰饰裕裕庙庙泞泞植植乍乍侠侠聚聚酬酬GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps

48、原原理理与与应应用用Slide 41单点动态定位是用安设在一个运动载体上单点动态定位是用安设在一个运动载体上的的GPS信号接收机，自主地测得该运动载信号接收机，自主地测得该运动载体的实时位置，从而描述出该运动载体的体的实时位置，从而描述出该运动载体的运动轨迹。所以运动轨迹。所以单点动态定位又叫绝对动单点动态定位又叫绝对动态定位态定位。例如，行驶的汽车和火车，常用。例如，行驶的汽车和火车，常用单点动态定位。单点动态定位。GPS单点动态定位单点动态定位蚀蚀恋恋纶纶黍黍挖挖杭杭掩掩岁岁率率栏栏立立捶捶城城捷捷衅衅谅谅娱娱着着派派苯苯沮沮厨厨歪歪究究尽尽吟吟佛佛杰杰巢巢单单海海怖怖GPS导导航航定定位

49、位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 42实时差分动态定位是用安设在一个运动载实时差分动态定位是用安设在一个运动载体上的体上的GPS信号接收机，及安设在一个基信号接收机，及安设在一个基准站上的另一台准站上的另一台GPS接收机，联合测得该接收机，联合测得该运动载体的实时位置，从而描述出该运动运动载体的实时位置，从而描述出该运动载体的运行轨迹，故载体的运行轨迹，故差分动态定位又称为差分动态定位又称为相对动态定位相对动态定位。例如，飞机着陆和船舰进。例如，飞机着陆和船舰进港，一般要求采用实时差分动态定位，以港，一般要求采用实时差分动态定位，以满足它们所要求的较高定位精度。满足它们所

50、要求的较高定位精度。GPS实时差分动态定位实时差分动态定位拂拂捆捆苫苫梗梗垃垃宇宇粘粘钠钠保保喉喉难难钉钉亮亮济济箕箕崩崩歧歧晤晤患患拴拴橡橡抹抹盅盅挑挑绥绥锥锥畏畏羞羞蚊蚊珊珊烛烛腿腿GPS导导航航定定位位原原理理介介绍绍gps原原理理与与应应用用Slide 43后处理差分动态定位和实时差分动态定位后处理差分动态定位和实时差分动态定位的主要差别在于，在运动载体和基准站之的主要差别在于，在运动载体和基准站之间，不必像实时差分动态定位那样建立实间，不必像实时差分动态定位那样建立实时数据传输，而是在定位观测以后，对两时数据传输，而是在定位观测以后，对两台台GPS接收机所采集的定位数据进行测后接收机