GPS卫星导航6.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章,GPS,卫星导航,一、概述,二、,GPS,卫星导航原理,三、,GPS,用于测速、测时、测姿态,四、,GPS,卫星导航方法,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,第一节 概述,导航的定义：所谓导航，就是引导航行的意思；也就是确定航行体运动到什么地方和向那个方向运动的意思。,导航的首要问题就是确定航行体的即时位置。另外，为现代载体提供精确的导航信息，还需要测定载体的瞬间速度，精确的时间，运动载体的姿态等状态参数，进而“导引”该运动载体准确地驶向预定的位置。由此可见，导航是一种广义的动态定位。,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,第一节 概述,卫星导航：即用导航卫星发送的导航定位信号引导运动载体安全到达目的地的一门新兴科学。,GPS,导航的特点：用户多样、速度多样、定位实时、数据和精度多变。,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,第二节,GPS,卫星导航原理,（,1,）单点动态定位,它是用安设在一个运动载体上的,GPS,接收机，自主地测得该运动载体的实时位置，从而描绘出运动载体的运行轨道。所以单点动态定位又叫做绝对动态定位。研究表明，单点动态定位所确定的三维位置精度为,+120m,左右，速度测量误差为,30cm/s,，时间测量精度为,300,400ns,。,（,2,）实时差分动态定位,它是用安设在一个运动载体上,GPS,信号接收机，及安设在一个基准站之间的另一台,GPS,接收机，联合测得该运动载体的实时位置，从而描绘出该运动载体的运行轨道，故差分动态定位又称相对动态定位。,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,第二节,GPS,卫星导航原理,（,3,）后处理差分动态定位,它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间，不必像实时动态定位那样建立实时数据传输，而是在定位观测以后，对两台,GPS,接收机所采集的定位数据进行测后的联合处理，从而计算出接收机所在运动载体在对应时间上坐标位置。,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,第二节,GPS,卫星导航原理,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,一、单点动态定位,利用（,6-1,）解算用户位置时，不是直接求它的三维坐标，而是求各个坐标分量的修正量，即给定用户三维坐标的初始值（,Xu,Yu,Zu,），而求解三维坐标的改正值（,Xu,YuZu,）和距离差,d,。对（,6-1,）式中,Xu,，,Yu,，,Zu,分别微分，便得到线性方程：,单点动态定位的基本方程为,:,第二节,GPS,卫星导航原理,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,其中矩阵,:,A,第二节,GPS,卫星导航原理,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,对应第,j,颗卫星的伪距观测值,第二节,GPS,卫星导航原理,二、伪距差分动态定位,所谓差分动态定位（,DGPS,），就是用两台接收机在两个测站上同时测量来自相同,GPS,卫星的导航定位信号，用以联合测得动态用户的精密位置。其中一个测站是位于已知坐标点，设在该已知点（又称基准点）的,GPS,信号接收机，叫做基准接收机。它和安装在运动载体上的,GPS,信号接收机（简称为动态接收机）同时测量来自相同,GPS,卫星的导航定位信号。基准接收机所测得的三维位置与该点已知值进行比较，便可获得,GPS,定位数据的改正值。如果及时将,GPS,改正值发送给若干台共视卫星用户的动态接收机，而改正后者所测得的实时位置，便叫做实时差分动态定位。,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,第二节,GPS,卫星导航原理,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,第二节,GPS,卫星导航原理,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,由式（,6-1,）可知，基准站,R,测得至,GPS,卫星,j,的伪距为：,伪距的改正值为：,动态接收机所测得的伪距：,第二节,GPS,卫星导航原理,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,动态接收机所测得的伪距加改正后为：,第二节,GPS,卫星导航原理,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,当动态用户远离基准站在,1000km,以内时，则有,:,则基准,/,动态接收机的钟差之差所引起的距离偏差为：,如果基准,/,动态接收机各观测了,4,颗,GPS,卫星，则按（,6-8,）列出,4,个方程式，可解出,4,个未知数（,Xk,，,Yk,，,Zk,，,dr,）。,（,6-8,）,第二节,GPS,卫星导航原理,三、动态载波相位差分测量,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,动态差分方程：,第二节,GPS,卫星导航原理,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,则基准,/,动态接收机的钟差之差所引起的距离偏差为：,便等于零。若令式（,6-10,）的左边各项等于 ，且式（,6-10,）两边乘以（,C/,），则变成：,第二节,GPS,卫星导航原理,当动态用户和基准站同时观测了,4,颗相同的,GPS,卫星时，则可得到三个,值，从而按上式列出三个方程式。因为光速,c,和载波频率,f,是已知的，卫星的轨道位置 可以按第四章的方法算得，故可按三个方程式解算出在,t,时刻动态用户位置估值,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,第三节,GPS,测速、测时、测姿态,一、测速,利用,GPS,信号实时地测得载波的运动速度，称之为,GPS,测速。只要在这些运动载体上安置,GPS,接收机，就可以在进行动态定位的同时，利用,GPS,信号进行速度测量，是基于站星距离的测量。,另外，还可用,GPS,差分法测速，从而消除星历误差对测速精度的损失，可显著削弱电离层或对流层效应对测速精度的影响。,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,第三节,GPS,测速、测时、测姿态,二、测时,人们的生活离不开时间，从日常生活到航海、航空和航天，定时有着广泛的应用领域。随着使用目的的不同，人们对时间准确度的要求也不同。若用,GPS,卫星信号进行时间传递，只要有一台能够接收、跟踪、变换和测量,GPS,信号的接收机，就可以获得较高的定时精度。,GPS,卫星上都安装有四台原子钟，,GPS,时间与世界协调时,UTC,之差经常保持在,1s,以内。因此，,GPS,卫星可以成为一种全球性用户的时间信号源，用以进行精确的时间比对。,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,第三节,GPS,测速、测时、测姿态,在用,GPS,信号传递时间时，存在着三种时间尺度（时标）：其一为,GPS,时间，它是一种全球性的时间信号源，用以进行精确的时间比对；二是每颗,GPS,卫星的时钟；三是用户接收机的时钟。,GPS,定时的实质是测定用户时钟相对于,GPS,时间的偏差，并根据卫星电文给出的有关参数，计算出世界协调时（,UTC,）。,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,第三节,GPS,测速、测时、测姿态,GPS,信号进行时间传递的两种方法：,一站单机法：,在一个已知测站上，用一台,GPS,接收机观测一颗,GPS,卫星，从而测定用户时钟的偏差。,当同时观测,4,颗,GPS,卫星时，一站单机法可以在不知测站的情况下，同时测得用户时钟偏差和测站坐标。当时偏差为正值时，表示用户时间超前于,GPS,时间；为负值时表示用户时间落后于,GPS,时间。,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,第三节,GPS,测速、测时、测姿态,共视比对定时法：,若要求定时更加准确，可采用共视比对定时法，即在两个测站,A,和,B,上各安设一台,GPS,信号接收机，在相同的时间内观测同一颗,GPS,卫星。通过无线数据传输将测站,A,的用户钟差送到测站,B,，对两个共视用户的钟差进行比对，从而测定用户时钟的偏差。实验表明，两个测站共同见到同一颗卫星的时间并不要求严格同步，前后相差,20min,以内对定时准确度无显著区别；由于它有效地消除了卫星钟差和星历误差的影响，达到了,5ns,的定时准确度，所以这种方法成为目前用,GPS,信号传递时间的主要方法。,GPS,测量原理及应用,第六章,GPS,卫星导航,