GPS定位的基本原理在线视频

大家好

欢迎回来

接着走进《3S野外实践》课堂

这一章

我们主要针对GPS定位的基本原理

展开学习

首先

我们看一下GPS定位的基本原理

在前面的课程中

我们对GPS概念和产生

发展进行了介绍

接下来我们开始讲解

GPS测量定位方法分类

GPS测量定位方法分类

可以按照定位模式

定位时接收机天线的运动状态

获得定位结果的时效

以及观测值类型来进行分类

我们先来看定位模式分为

绝对定位

相对定位

差分定位

定位时接收机天线的运动状态

分为静态定位

动态定位

静态定位

天线相对于地球坐标系静止

动态定位

天线相对于地球坐标系运动

获得定位结果的时效分为

事后定位

实时定位

观测值类型分为

伪距测量

载波相位测量

在3S野外实践教学中

我们主要是通过手持GPS进行定位

因此我们主要介绍分为

两种常用的单点定位方法

伪距单点定位

精密单点定位

首先我们看一下GPS单点定位的概念

GPS单点定位是指根据卫星星历

以及单台GPS接收机观测值来确定

测站点在WGS84坐标系中绝对坐标的方法

也称为绝对定位

优点

一台接收机单独定位

观测简单

可瞬时定位

缺点

精度主要受系统性偏差的影响

定位精度低

应用领域

低精度导航

资源普查

军事

为了弄清楚相应定位原理

我们可以复习一下

测量中的平面后方交会方法

如下图所示

在待测点上设站

向3个或3个以上已知点进行角度观测

通过后方交会方法

求出待测点的坐标

而相应的GPS单点定位的几何原理

就是与此类似

如果我们只观测一颗卫星

测站位于以卫星位置为球心

站星距离为半径的球面上

可以求站星距离

观测两颗卫星

可以做两个球面

两球面相交为一个圆

测站位于球上

观测三颗卫星

做三个球面

三个球面相交为两点

测站位于其中一点上

可见GPS单点定位方法的实质

是空间距离后方交会

如图所示

由于GPS采用单程测距原理

实际观测的站星距离

均含有卫星钟

和接收机钟同步差的影响

伪距

卫星钟差可根据导航电文中

给出的有关钟差参数加以修正

接收机的钟差作为未知参数

与观测站坐标一并求解

一个观测站求解4个未知数

至少需要进行4次同步观测

相当于GPS卫星在“T”时刻发射信号

经过电离层

对流层传输到接收机

GPS接收机于“T加△t”

时刻接收到信号

相应的站星距离

即等于△t乘以光速

我们通过GPS接收机接收到GPS信号

计算出站星距离

并根据卫星星历算出卫星位置

即可根据后方交会

计算出相应的接收机位置

但是由于大气误差的影响

GPS卫星钟

和GPS接收机钟都含有误差

造成星站距离观测值

并非星站几何距离

相应的观测方程组成如下

已知

卫星坐标

卫星钟差误差

大气误差

求

测站坐标

接收机钟差

故至少需要4个方程进行求解

所以

要同时确定测站坐标

和接收机钟差

必须同时观测四颗

或四颗以上卫星

因此

GPS单点定位计算过程如图所示

GPS单点定位计算过程

计算观测卫星的位置

卫星钟差

大气误差改正

得到伪距观测值

确定未知数初值

组成误差方程式

解求坐标未知数改正数

迭代计算并检查是否收敛

GPS单点定位小结

GPS单点定位的实质

是空间距离后方交会

要同时确定测站坐标和接收机钟差

必须同时观测四颗或四颗以上卫星

GPS单点定位求解测站坐标

一般需要迭代计算

首历元计算时

初始值 0 0 0

需迭代3至5次

其后历元令

X0(i+1)等于X(i)

迭代1到2次

精密单点定位指的是利用载波相位观测值

以及IGS

等组织提供的高精度的卫星星历

及卫星钟差

来进行高精度单点定位的方法

特点

主要采用载波相位观测值

采用精密卫星轨道和卫星钟差数据

采用复杂的数学模型

定位精度

厘米级

用途

全球高精度测量

卫星定轨

一

精密单点定位需要解决的主要问题

对精密星历和卫星钟差进行内插

周跳的探测

修复

整周模糊度的确定

各种误差的精确改正

二

载波相位观测方程

如图所示

如果某个历元观测了n颗卫星

则误差方程个数为n

未知数个数为

4加n

静态情况下k个历元里

每历元均观测了n颗相同的卫星

误差方程个数为

k乘n

未知数个数为

3加k加n

当k乘n大于3加k加n时

有解

误差方程式如下

用矩阵形式表示如下

好了

同学们

今天的课程就到这里

下节课再见