GPS卫星定位的基本原理.pptx
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1、GPSGPS原理及应用原理及应用讲授讲授:杨利兵杨利兵测绘本科生课程测绘本科生课程测绘本科生课程测绘本科生课程 石家庄经济学院石家庄经济学院石家庄经济学院石家庄经济学院Tel:13930172526Tel:13930172526Tel:13930172526Tel:13930172526GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第1页!差分差分GPS定位原理定位原理美国的美国的GPS政策政策第八讲第八讲 GPS卫星定位基本原理(三)卫星定位基本原理(三)GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第2页!差分定位差分定位静态定位中:相对定位静态定位中:相对定位动态定位中:动态定位中:
2、差分定位差分定位讲授内容讲授内容讲授内容讲授内容GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第3页!v两台两台GPS接收机分别安置在基线的两端,接收机分别安置在基线的两端,同步观测相同的同步观测相同的GPS卫星,以确定两台接卫星,以确定两台接收机天线之间的相对位置(坐标差)。收机天线之间的相对位置(坐标差)。GPS相对定位相对定位GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第4页!“(DGPS)Differential GPS”至少需两台接收机,分别在运动载体和基准至少需两台接收机,分别在运动载体和基准至少需两台接收机,分别在运动载体和基准至少需两台接收机,分别在运动载体和基准站上。两
3、台接收机同步观测一组卫星,基准站上。两台接收机同步观测一组卫星,基准站上。两台接收机同步观测一组卫星,基准站上。两台接收机同步观测一组卫星,基准接收机为动态接收机提供接收机为动态接收机提供接收机为动态接收机提供接收机为动态接收机提供差分改正数差分改正数差分改正数差分改正数(DGPSDGPS数据数据数据数据),动态接收机根据自己的观测值和差),动态接收机根据自己的观测值和差),动态接收机根据自己的观测值和差),动态接收机根据自己的观测值和差分改正数,精确解算用户的三维坐标。分改正数,精确解算用户的三维坐标。分改正数,精确解算用户的三维坐标。分改正数,精确解算用户的三维坐标。GPS卫星定位的基本原
4、理共71页,您现在浏览的是第5页!DGPS数据链的组成数据链的组成调制解调器调制解调器无线电电台无线电电台通过通过RS-232-C接口与信号接收接口与信号接收机相连机相连GPSGPS信号信号信号信号接收机接收机接收机接收机RS-232-CRS-232-C接口接口接口接口调制调制调制调制解调器解调器解调器解调器无线电无线电无线电无线电发射机发射机发射机发射机基准站上的基准站上的基准站上的基准站上的DGPSDGPS数据链数据链数据链数据链GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第6页!调制解调器调制解调器在基准站上:在基准站上:将将将将DGPSDGPS数据进行编码,进而将其调制在载波上,数
5、据进行编码,进而将其调制在载波上,数据进行编码,进而将其调制在载波上,数据进行编码,进而将其调制在载波上,送到无线电发射机送到无线电发射机送到无线电发射机送到无线电发射机在动态站上:在动态站上:从已调波中解调出从已调波中解调出从已调波中解调出从已调波中解调出DGPSDGPS数据,通过数据,通过数据,通过数据,通过RS-232-CRS-232-C接口送到信号接收机接口送到信号接收机接口送到信号接收机接口送到信号接收机GPSGPS信号信号信号信号接收机接收机接收机接收机RS-232-CRS-232-C接口接口接口接口调制调制调制调制解调器解调器解调器解调器无线电无线电无线电无线电发射机发射机发射机
6、发射机GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第7页!基准站基准站基准站坐标基准站坐标基准站坐标基准站坐标(X(X0 0,Y,Y0 0,Z,Z0 0)L1L1、L2(PL2(P、INTINT、FrdFrd())流动站流动站GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第8页!差分差分GPS分类(一)分类(一)按数据处理方式:按数据处理方式:实时实时DGPS测量测量后处理后处理DGPS测量测量 如:如:如:如:GPSGPS航空摄影测量技术航空摄影测量技术航空摄影测量技术航空摄影测量技术GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第9页!计算基准站的精密坐标与观测坐标的改计算基准站的
7、精密坐标与观测坐标的改正数;正数;基准站发送基准站发送坐标改正数坐标改正数,用户接收机接,用户接收机接收其并对自身观测值进行修正。收其并对自身观测值进行修正。位置差分原理位置差分原理GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第10页!位置差分的特点位置差分的特点优点:优点:-消去了基准站和用户站共同的误差消去了基准站和用户站共同的误差消去了基准站和用户站共同的误差消去了基准站和用户站共同的误差 -基准接收机只需向动态用户发送三个基准接收机只需向动态用户发送三个基准接收机只需向动态用户发送三个基准接收机只需向动态用户发送三个DGPSDGPS数据,数据,数据,数据,易于实施数据传输易于实施数
8、据传输易于实施数据传输易于实施数据传输 -计算简单,适用于各种型号接收机。计算简单,适用于各种型号接收机。计算简单,适用于各种型号接收机。计算简单,适用于各种型号接收机。缺点:缺点:-基准站与用户须观测同一组卫星,距离较长时难以基准站与用户须观测同一组卫星,距离较长时难以基准站与用户须观测同一组卫星,距离较长时难以基准站与用户须观测同一组卫星,距离较长时难以满足。满足。满足。满足。-随着站间距离的加长,动态用户的位置测量精度逐随着站间距离的加长,动态用户的位置测量精度逐随着站间距离的加长,动态用户的位置测量精度逐随着站间距离的加长,动态用户的位置测量精度逐渐降低渐降低渐降低渐降低GPS卫星定位
9、的基本原理共71页,您现在浏览的是第11页!伪距差分的计算步骤伪距差分的计算步骤1.根据基准站已知坐标(根据基准站已知坐标(根据基准站已知坐标(根据基准站已知坐标(X X0 0,Y Y0 0,Z Z0 0)和观测到的卫)和观测到的卫)和观测到的卫)和观测到的卫星星历星星历星星历星星历,计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离,如下:离,如下:离,如下:离,如下:伪距改正数为:伪距改正数为:伪距改正数为:伪距改正数为:其变化率为:其变化率为:其变化率为:其变化率为:伪距伪距伪距伪距GPS卫星
10、定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第12页!C/A码伪距的单点定位和码伪距的单点定位和DGPS测量的精度估值比较测量的精度估值比较GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第13页!优点:优点:基准接收机发送的基准接收机发送的基准接收机发送的基准接收机发送的DGPSDGPS数据,是所有在视数据,是所有在视数据,是所有在视数据,是所有在视卫星的伪距改正数,动态接收机只需选用其中卫星的伪距改正数,动态接收机只需选用其中卫星的伪距改正数,动态接收机只需选用其中卫星的伪距改正数,动态接收机只需选用其中4 4颗以上的伪距改正值。颗以上的伪距改正值。颗以上的伪距改正值。颗以上的伪距改正值。缺点:
11、缺点:精度随基准站到用户的距离增加而降低。精度随基准站到用户的距离增加而降低。精度随基准站到用户的距离增加而降低。精度随基准站到用户的距离增加而降低。伪距差分的特性伪距差分的特性GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第14页!载波相位差分方法分类载波相位差分方法分类修正法(准修正法(准RTK):):将基准接收机的载波相位将基准接收机的载波相位将基准接收机的载波相位将基准接收机的载波相位修正值修正值修正值修正值发送给用户,发送给用户,发送给用户,发送给用户,改正用户接收到的载波相位,再解求坐标改正用户接收到的载波相位,再解求坐标改正用户接收到的载波相位,再解求坐标改正用户接收到的载波相
12、位,再解求坐标差分法(真差分法(真RTK):):将基准接收机的将基准接收机的将基准接收机的将基准接收机的载波相位载波相位载波相位载波相位发送给用户,进行发送给用户,进行发送给用户,进行发送给用户,进行求差解算坐标求差解算坐标求差解算坐标求差解算坐标GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第15页!v静态方法静态方法v动态方法动态方法载波相位差分求解的关键载波相位差分求解的关键起始相位模糊度的确定起始相位模糊度的确定GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第16页!伪距法伪距法v将载波相位测量的观测值将载波相位测量的观测值将载波相位测量的观测值将载波相位测量的观测值(化为以距离为
13、单位化为以距离为单位化为以距离为单位化为以距离为单位)减去伪距实际观测值后即可得到减去伪距实际观测值后即可得到减去伪距实际观测值后即可得到减去伪距实际观测值后即可得到NNo o。v由于伪距测量的精度较低,所以要有较多的由于伪距测量的精度较低,所以要有较多的由于伪距测量的精度较低,所以要有较多的由于伪距测量的精度较低,所以要有较多的NNo o取平均值后才能获得正确的整波段数。取平均值后才能获得正确的整波段数。取平均值后才能获得正确的整波段数。取平均值后才能获得正确的整波段数。所以,得所以,得所以,得所以,得GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第17页!多普勒法(三差法)多普勒法(三差
14、法)由于连续跟踪的所有载波相位观测值中由于连续跟踪的所有载波相位观测值中均含有相同的整周未知数均含有相同的整周未知数N0,所以将,所以将相邻两个观测历元的载波相位相减,就相邻两个观测历元的载波相位相减,就可消去可消去N0,从而解出坐标。然后再根,从而解出坐标。然后再根据坐标值求解据坐标值求解N0。GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第18页!单站差分技术的局限单站差分技术的局限测量精度随着站间距离的增加而降低测量精度随着站间距离的增加而降低 如:采用伪距法如:采用伪距法如:采用伪距法如:采用伪距法DGPSDGPS测量,站间距离为测量,站间距离为测量,站间距离为测量,站间距离为500
15、km500km时,时,时,时,用户定位误差为用户定位误差为用户定位误差为用户定位误差为 12.212.2mm;站间距离为;站间距离为;站间距离为;站间距离为600km600km时,用时,用时,用时,用户定位误差为户定位误差为户定位误差为户定位误差为 14.414.4mmGPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第19页!局部区域差分(局部区域差分(LADGPS)在局部区域布设差分在局部区域布设差分GPS网,该网由网,该网由若干个基准站组成,通常还包含一个若干个基准站组成,通常还包含一个或数个监控站。或数个监控站。位于区域中的用户根据多个基准站提位于区域中的用户根据多个基准站提供的供的改正
16、信息改正信息,经平差后求得自己的,经平差后求得自己的改正数。改正数。GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第20页!广域差分的基本思想广域差分的基本思想对对GPS观测量的误差源加以区分,并单独观测量的误差源加以区分,并单独对每一误差源分别加以对每一误差源分别加以“模型化模型化”,然,然后将计算出的每一误差源的数值,通过后将计算出的每一误差源的数值,通过数据链传输给用户,对用户数据链传输给用户,对用户GPS定位的定位的误差加以改正。误差加以改正。GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第21页!广域差分可纠正的误差种类广域差分可纠正的误差种类星历误差星历误差依赖区域精密定轨,确
17、定精密星历,取代广播星历依赖区域精密定轨,确定精密星历,取代广播星历依赖区域精密定轨,确定精密星历,取代广播星历依赖区域精密定轨,确定精密星历,取代广播星历大气延时误差大气延时误差通过建立精确的区域大气延时模型,能够精确地计算通过建立精确的区域大气延时模型,能够精确地计算通过建立精确的区域大气延时模型,能够精确地计算通过建立精确的区域大气延时模型,能够精确地计算出作用区内的大气时延量出作用区内的大气时延量出作用区内的大气时延量出作用区内的大气时延量卫星钟差误差卫星钟差误差可计算出卫星钟各时刻的精确钟差可计算出卫星钟各时刻的精确钟差可计算出卫星钟各时刻的精确钟差可计算出卫星钟各时刻的精确钟差GP
18、S卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第22页!广域差分的特点广域差分的特点定位精度对空间距离的敏感程度比局部区定位精度对空间距离的敏感程度比局部区定位精度对空间距离的敏感程度比局部区定位精度对空间距离的敏感程度比局部区域差分低得多;域差分低得多;域差分低得多;域差分低得多;更大的经济效益;更大的经济效益;更大的经济效益;更大的经济效益;定位精度均匀分布,且精度高;定位精度均匀分布,且精度高;定位精度均匀分布,且精度高;定位精度均匀分布,且精度高;覆盖区域广;覆盖区域广;覆盖区域广;覆盖区域广;硬件昂贵,技术复杂。可靠性和安全性不硬件昂贵,技术复杂。可靠性和安全性不硬件昂贵,技术复杂。可
19、靠性和安全性不硬件昂贵,技术复杂。可靠性和安全性不如单个的局域差分。如单个的局域差分。如单个的局域差分。如单个的局域差分。GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第23页!我国广域差分我国广域差分GPS系统系统CA码码单点定位试验单点定位试验 以库尔勒、喀什、和田为监测站,构成小区域网,选以库尔勒、喀什、和田为监测站,构成小区域网,选以库尔勒、喀什、和田为监测站,构成小区域网,选以库尔勒、喀什、和田为监测站,构成小区域网,选择距这一小网不同距离的四个地点作为用户位置择距这一小网不同距离的四个地点作为用户位置择距这一小网不同距离的四个地点作为用户位置择距这一小网不同距离的四个地点作为用户
20、位置 根据小网计算卫星相对钟差,用伪距法计算用户测站根据小网计算卫星相对钟差,用伪距法计算用户测站根据小网计算卫星相对钟差,用伪距法计算用户测站根据小网计算卫星相对钟差,用伪距法计算用户测站坐标,并与国家级点计算坐标比较坐标,并与国家级点计算坐标比较坐标,并与国家级点计算坐标比较坐标,并与国家级点计算坐标比较GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第24页!虚拟参考站系统组成虚拟参考站系统组成1.控制中心控制中心既是通讯控制中心,也是数据处理中心。通过通讯线(光既是通讯控制中心,也是数据处理中心。通过通讯线(光既是通讯控制中心,也是数据处理中心。通过通讯线(光既是通讯控制中心,也是数据
21、处理中心。通过通讯线(光缆,缆,缆,缆,ISDNISDN(综合业务数字网),电话线)与所有的固定参考综合业务数字网),电话线)与所有的固定参考综合业务数字网),电话线)与所有的固定参考综合业务数字网),电话线)与所有的固定参考站通讯;通过无线网络(站通讯;通过无线网络(站通讯;通过无线网络(站通讯;通过无线网络(GSMGSM,CDMACDMA,GPRS.GPRS.)与移动用)与移动用)与移动用)与移动用户通讯户通讯户通讯户通讯 2.固定站固定站分分分分布布布布在在在在整整整整个个个个网网网网络络络络中中中中,最最最最少少少少要要要要3 3 3 3个个个个站站站站,站站站站与与与与站站站站之之之
22、之间间间间的的的的距距距距离离离离可可可可达达达达70707070公里,数据实时的传送到控制中心公里,数据实时的传送到控制中心公里,数据实时的传送到控制中心公里,数据实时的传送到控制中心3.用户用户用用用用户户户户的的的的接接接接收收收收机机机机加加加加上上上上无无无无线线线线通通通通讯讯讯讯的的的的调调调调制制制制解解解解调调调调器器器器。通通通通过过过过无无无无线线线线网网网网络络络络将将将将自自自自己己己己初初初初始始始始位位位位置置置置发发发发给给给给控控控控制制制制中中中中心心心心,并并并并接接接接收收收收中中中中心心心心的的的的差差差差分分分分信信信信号号号号,生生生生成厘米级的位
23、置信息成厘米级的位置信息成厘米级的位置信息成厘米级的位置信息GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第25页!GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第26页!VRS相对于普通相对于普通RTK的的优势优势 1.覆盖范围广覆盖范围广 按按按按边边边边长长长长7070公公公公里里里里计计计计算算算算,一一一一个个个个三三三三角角角角形形形形可可可可覆覆覆覆盖盖盖盖面面面面积积积积为为为为22002200多多多多平平平平方方方方公公公公里里里里。北北北北京京京京市市市市区区区区面面面面积积积积900900多多多多平平平平方方方方公公公公里里里里,那那那那么么么么一一一一个个个个三三三
24、三角角角角形形形形(3 3个个个个站站站站)就就就就可可可可控控控控制整个北京市区。制整个北京市区。制整个北京市区。制整个北京市区。1010个站就可以完全控制北京全市。个站就可以完全控制北京全市。个站就可以完全控制北京全市。个站就可以完全控制北京全市。GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第27页!网络网络RTK的发展前景的发展前景将极大扩展将极大扩展GPSGPS的应用领域,业内人士认的应用领域,业内人士认为,未来为,未来5 5至至1010年,年,GPSGPS网络建设将高速网络建设将高速发展,而这种网络发展,而这种网络RTKRTK技术,将代表着技术,将代表着GPSGPS发展的方向。发
25、展的方向。目前我国只有深圳、北京(在建)、成目前我国只有深圳、北京(在建)、成都(在建)等地采用了此项技术。都(在建)等地采用了此项技术。GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第28页!SA和和AS政策政策GPS卫星发射的测距码:卫星发射的测距码:P码码 精密定位服务(精密定位服务(PPS)C/A码码 标准定位服务(标准定位服务(SPS)1989.111990.9:“SA”和和“AS”实实验验1991.7:实施:实施SA技术技术GPS卫星定位的基本原理共71页,您现在浏览的是第29页!AS(Anti-Spoofing)技术)技术v将将P码与保密的码与保密的W码相加成码相加成Y码码,Y
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- GPS 卫星 定位 基本原理
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