GPS卫星定位原理及其应用绝对定位原理课件.ppt

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1、2023/3/17,1,GPS卫星定位原理及其应用 绝对定位原理,2023/3/17,2,第六章 GPS绝对定位原理,本章研究的内容：1.测码伪距和测相伪距绝对定位方法和相应的定位模型。2.绝对定位在导航学中定位精度的评价方法。3.卫星的几何分布对定位精度的影响。4.利用GPS测时和测速的基本原理。,2023/3/17,3,一、绝对定位方法概述,1.什么是绝对定位2.与相对定位的区别3.绝对定位的基本原理4.绝对定位的实质5.绝对定位的分类,2023/3/17,4,二、动态绝对定位,1.测码伪距动态绝对定位,测码伪距观测方程可写为,或写为,2023/3/17,5,在同一测站同步观测4颗卫星得到

2、方程组,2023/3/17,6,取测站坐标初始值向量为：,其改正数向量为：,则有方程组：,2023/3/17,7,则方程可写为：,由此可得到：,当存在多余观测时，可写成误差方程组的形式：,2023/3/17,8,2.测相伪距动态绝对定位,测相伪距观测方程为：,设,2023/3/17,9,测相伪距观测方程可变为：,当存在多余观测时，误差方程式可表示为,其中：,2023/3/17,10,当同一历元同步观测卫星数为 时，则可一列出误差方程组为：,2023/3/17,11,三、静态绝对定位原理,1.测码伪距静态绝对定位法,2023/3/17,12,2.测相伪距静态绝对定位法,2023/3/17,13,

3、当不同历元观测不同卫星的误差方程组为：,2023/3/17,14,四、观测卫星的几何分布及其对绝对定位精度的影响,决定GPS绝对定位精度的两个因素是：（1）所测卫星在空间的几何分布（卫星分布的几何图形）。（2）观测量的精度。1.绝对定位精度的评价 以测码伪距为观测量，进行动态绝对定位时，根据测码伪距方程可以得到在空间直角坐标系中权系数阵为,或：,2023/3/17,15,对于大地坐标系中相应点位坐标的权系数阵为：,2023/3/17,16,为伪距测量中误差。,根据不同要求，可采用不同的精度评价模型和相应的精度因子：平面位置精度因子HDOP（Horizontal DOP)：相应平面精度。高程精度

4、因子VDOP(Vertical DOP)：相应的高程精度。空间位置精度因子PDOP(Position DOP)：相应的三维定位精度。接收机钟差精度因子TDOP（Time DOP)：钟差精度。几何精度因子GDOP（Geometric DOP）：描述空间位置误差 和时间误差综合影响的精度因子。,在导航学中，估算未知参数解的精度，一般采用有关精度因子DOP（Dilution of precision）的概念，其定义为：,2023/3/17,17,几种精度因子的计算公式：,平面位置精度因子HDOP：,高程精度因子VDOP：,空间位置精度因子PDOP：,接收机钟差精度因子TDOP：,几何精度因子GDOP

5、：,2023/3/17,18,1.卫星分布的几何图形对精度因子的影响,GDOP,PDOP,TDOP,VDOP,HDOP,某一时间段内DOP值的变化情况图,2023/3/17,19,当所测卫星分布图形较差的情况下，可采用约束解,约束解：是将已经以必要精度已知的一个或多个未知参数，作为已知值固定下来，或者限制其变化不超过一定范围，来解算其它未知参数。,无约束的GDOP值,有高程约束的GDOP值,2023/3/17,20,卫星选择原则,由观测站与4颗卫星构成六面体，设其体积为V,所以，原则上应在可测卫星中，选择各种可能的4颗卫星的组合来计算相应的GDOP（或PDOP），并选取其中GDOP（或PDOP

6、）为最小的一组卫星进行观测和计算。,1.卫星高度角的控制。2.卫星所构成的空间图形使其GDOP值最小。,2023/3/17,21,五、GPS接收机载体航速的测定,设历元 测定载体的实时位置分别为：其运动速度可表示为：,2023/3/17,22,多普勒频移测速法,什么是多普勒频移？由于GPS用户接收机的载体和GPS卫星之间的相对运动，所以，接收机收到的GPS载波信号，与卫星发射的载波信号的频率是不同的，其间的频率差，称为多普勒频移。,2023/3/17,23,多普勒频移测速法,多普勒频移，为已知观测量,接收机与卫星之间的距离变率,当大气折射对伪距影响已做修正，则得到方程为,接收机钟差可以改正，则伪距的时间变率为：,2023/3/17,24,通过伪距观测方程可得：,当卫星速度已知，得到误差方程：,2023/3/17,25,当同步观测卫星数大于4，得误差方程组,2023/3/17,26,六、GPS测时,利用GPS测时，目前主要有两种方法（1）单站单机测时法,2023/3/17,27,2.共视法,原理：在两个观测站上各设一台GPS接收机，并同步观测同 一卫星，来测定两用户时钟的相对偏差，从而达到高精度时间比对目的。,设两观测站 和，于历元t同步观测卫星，则可以求得伪距分别为：,2023/3/17,28,将两式相减,