《GPS定位原理》PPT课件

定位原理GPS本节课将介绍定位原理了解定位原理，对于理解现代科技如何实现GPS GPS精确定位至关重要是什么GPS全球定位系统卫星导航系统是英文是美国研发的卫星导航系GPS“Global PositioningGPS的缩写，中文全称是全统，由颗卫星组成，覆盖全System”“24球定位系统球”导航定位技术通过接收卫星信号，计算用户的位置、速度和时间，提供导航和定位GPS服务的工作原理GPS系统由三部分组成空间部分、控制部分和用户部分GPS用户部分1接收卫星信号，计算位置控制部分2监测卫星运行，校准数据空间部分3卫星网络，发送信号空间部分由颗卫星组成，分布在个轨道面上，覆盖全球卫星持续广播信号，包含时间信息和卫星轨道数据316卫星轨道和信号卫星分布在六个轨道面上，每个轨道面有四颗卫星GPS这些卫星以公里高度绕地球运行，周期约为个小时2020012卫星发射信号，包含时间信息和卫星位置信息接收机通过接收信号，计算自身位置接收机的结构接收机主要由天线、射频前端、信号处理单元、微处理器、GPS存储器、显示屏、电源等组成天线负责接收来自卫星的信号，射频前端将信号放大并滤波，信号处理单元进行信号解调和数据处理，微处理器控制整个接收机的运行，存储器存储接收到的数据和导航信息，显示屏显示导航信息，电源为接收机供电接收机工作流程信号接收1接收机接收来自卫星的信号信号解码2接收机解码信号，提取时间信息和卫星位置信息距离计算3接收机根据时间差计算接收机与卫星之间的距离定位计算4接收机利用至少四颗卫星的距离信息计算自己的位置坐标接收机通过接收卫星信号来确定自身位置首先，接收机接收来自卫星的信号，然后解码信号，提取时间信息和卫星位置信息利用这些信息，GPS接收机可以计算接收机与卫星之间的距离最后，接收机利用至少四颗卫星的距离信息来计算自己的位置坐标测量距离的原理信号传播时间光速卫星向地面发射无线电信号，接收机接收到信号后，计算信号已知电磁波传播速度为光速，根据传播时间和光速可以计算出卫星GPS传播时间与接收机之间的距离三边测量法定位原理优点该方法利用接收机与至少三颗卫星的距离来确定接收机的三维三边测量法简单易懂，计算量相对较小，适用于大多数定GPS位置位场景123计算根据接收机与三颗卫星的距离，利用几何原理计算接收机的坐标时间同步与精度卫星时钟信号传播时间

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22.卫星携带精密原子钟，提接收机根据信号传播时间，计GPS供准确的时间基准算与卫星的距离时间同步误差误差修正

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44.卫星时钟与接收机时钟的同步采用精密算法，对时间同步误误差，影响定位精度差进行校正，提高定位精度观测数据处理数据预处理去除噪声和错误数据，并进行数据格式转换观测值校正对观测值进行校正，例如钟差校正、卫星轨道校正等定位计算根据校正后的观测值进行定位计算，得到接收机的三维坐标结果后处理对定位结果进行平滑、滤波等处理，提高精度和可靠性伪距观测值伪距观测值是GPS接收机接收到的卫星信号到达时间与系统时间之间的差值，它是GPS定位计算中最重要的观测值之一伪距观测值包含了卫星到接收机的距离信息，但也受到多种误差的影响，包括卫星钟差、大气延迟、多路径效应等载波相位观测值类型描述载波相位观测值卫星信号载波波形的相位变化特点高精度，不受多路径影响应用精密定位，厘米级精度几何因子DOP反映卫星几何结构对定位精度的影卫星分布越均匀，值越小，定位精度值受卫星数量、高度角和方位角的影DOP DOPDOP响越高响差分GPS基本原理校正误差差分利用地面参考站接收卫星信号，通过地面参考站的校正信息，可以有效消GPS并与已知位置的参考站进行比较，消除卫除卫星钟差、轨道误差、电离层延时等系星信号中的误差，提高定位精度统误差，以及多路径效应和大气延迟造成的误差的优势DGPS更高的定位精度更广的应用范围利用参考站数据，校正卫星信号的误差，应用于各种领域，包括精密农业、测绘、DGPS DGPS提高定位精度，可达厘米级甚至毫米级工程建设、水文监测等，提升效率和精度单点定位算法伪距观测值GPS接收机通过测量从四颗卫星到接收机之间的距离来计算位置非线性方程组伪距观测值和卫星位置信息构成了非线性方程组，需要迭代解算最小二乘法使用最小二乘法拟合观测数据，得到最优解，即接收机的位置坐标位置坐标单点定位算法计算得到经度、纬度和高度，从而确定接收机在地球上的位置多路径效应信号反射信号叠加

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22.信号到达接收机之前，可这些反射信号与直接信号叠GPS能会被地面或建筑物反射，形加，导致接收机接收到的信号成多条路径强度和时间发生变化定位误差影响因素

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44.多路径效应会导致接收机误判多路径效应的影响程度与环境信号来源，从而造成定位误因素有关，例如周围环境的反差射率、接收机高度和天线类型电离层和对流层电离层对流层电离层会反射或折射信号，对流层会使信号发生延迟，GPS GPS导致信号延迟或路径改变因为信号需要穿过空气，速度会受到影响误差校正电离层和对流层的影响可以通过模型和数据来校正，提高定位精度扰动和干扰建筑物遮挡植被遮挡大气影响电磁干扰高楼大厦等建筑物会反射或吸树木等植被会阻挡信号，电离层和对流层中的电子会使无线电发射塔、移动电话基站GPS收信号，造成信号衰减或导致信号衰减或丢失，影响定信号发生延迟或折射，导等设备会产生电磁干扰，影响GPS GPS多路径效应，影响定位精度位精度致定位误差信号接收，导致定位误GPS差系统误差补正时间误差卫星轨道误差接收机误差大气延迟卫星时钟与地面接收机时钟存卫星轨道并非完全准确，导致接收机硬件和软件存在误差，电离层和对流层对信号传播速在微小差异，导致时间误差距离测量偏差影响信号接收和处理度产生影响在应用领域的优势GPS高精度全球覆盖可靠性强成本低廉定位精度高，可达米级甚系统覆盖全球，无论身处系统不受天气影响，在各技术成熟，成本低廉，可GPS GPS GPS GPS至厘米级，为各种应用提供准何地，都可以获取定位数据，种环境下都可以正常工作，保广泛应用于各种领域，降低应确的定位信息为各种应用提供便利证定位的可靠性用成本应用案例分析广泛应用于各种领域，例如导航、测绘、交通、农业、气GPS象、灾害监测、国防等例如，在导航领域，可以用于导航系统，例如汽车导航、飞GPS机导航、船舶导航等此外，还可以用于精准农业，例如自动驾驶拖拉机、精准施GPS肥、精准灌溉等未来发展趋势高精度定位卫星星座增强未来系统将不断提升定位精度，例如厘米级甚至毫米级精度，增加更多卫星，扩展覆盖范围，提高信号强度，增强抗干扰能力，GPS为无人驾驶、智慧城市等提供更精准的服务确保更稳定可靠的定位服务多系统融合智能化应用未来将与其他卫星导航系统，例如北斗、伽利略等融合，实现结合人工智能技术，实现更智能化的定位服务，例如个性化推荐、GPS更全面、更可靠的导航定位服务智能导航等本课程小结卫星网络接收机广泛应用GPS GPS全球定位系统依赖于围绕地球运行接收机通过接收卫星信号来确定位置，并使已成为导航、测绘、农业、物流等众GPS GPS的卫星网络，这些卫星不断广播位置信息用三角测量法计算坐标多领域的不可或缺的技术知识点回顾概述卫星信号定位原理误差分析GPS是全球定位系统，利用卫卫星发送的信号包含时间信息接收机通过测量信号到达时间定位会受到多种误差的影GPS GPS星发射信号来确定位置和位置信息计算与卫星的距离响，例如多路径效应和电离层影响了解的定义、应用领域以理解卫星轨道、信号类型以及掌握三边测量法、时间同步以GPS及工作原理接收机的功能及几何因子等概念了解误差的来源以及相应的解决方法课后思考题这节课我们学习了定位原理，你能解释一下定位的误差来源吗？GPS GPS你能列举出在不同领域的应用案例吗？GPS未来技术会如何发展？GPS你对定位技术有什么新的想法或建议吗？GPS课程参考文献《原理及应用》《卫星导航系统》GPS孙立宁，电子工业出版社，王瑞，国防工业出版社，20192018《技术及其应用》《定位原理及应用》GPSGPS李海涛，机械工业出版社，黄俊峰，科学出版社，20162017。