《GPS伪距定位原理》课件

伪距定位原理GPS投稿人系统组成GPS空间段控制段由颗运行在地球轨道上的卫地面控制站负责监测卫星运行31星组成，它们向地面发射信号状态，并对卫星进行控制和维护用户段用户通过接收器接收卫星信号，并进行定位计算，获取自身的位置信息卫星概述GPSGPS卫星是构成GPS系统的核心，它们在太空运行并发射导航信号目前，GPS系统拥有31颗运行卫星，均匀分布在6个轨道面上，每轨道面4-6颗卫星，每个轨道面倾角55°，卫星轨道高度约20200公里GPS卫星的主要功能是发射包含时间信息、轨道参数、卫星时钟误差等信息的导航信号，以及接收地面站的信号并进行数据传输卫星轨道特点近圆形轨道中地球轨道卫星的轨道接近圆形，这有助于保证信号强度和覆盖范卫星位于中地球轨道，高度约为公里，这保证了GPS GPS20,200围全球覆盖信号结构GPS导航电文载波信号12包含卫星的轨道信息、时间频率为（）

1.57542GHz L1信息、卫星状态等或（），用

1.2276GHz L2于精确测量距离码信号3用于粗略测量距离，并提供同步和导航信息码相伪距测距原理卫星信号1卫星发射的信号包含伪随机码接收器2接收器同步生成相同的伪随机码时间差3比较接收到的信号与本地码的时间差距离计算4时间差乘以光速得到卫星与接收器之间的距离载波相位伪距测距原理卫星信号1载波相位和码相接收机2接收卫星信号测量3载波相位变化计算4伪距和位置伪距修正因子卫星钟差电离层延迟卫星内部计时误差，会造成伪距偏电离层对信号传播速度的影响，会差导致伪距偏差对流层延迟接收机钟差对流层对信号传播速度的影响，也接收机本身的计时误差，也会造成会导致伪距偏差伪距偏差几何因子GDOP几何精度衰减因子GDOP定义反映卫星几何分布对定位精度的影响影响因素卫星数量、卫星分布、卫星高度角数值越小越好，表示卫星几何分布越好定位计算步骤获取卫星信号接收机接收来自多颗卫星的信号测量伪距根据信号的到达时间，计算卫星到接收机的距离（伪距）解算位置通过最小二乘法或其他算法，利用多个伪距方程解算接收机的位置坐标输出结果将计算得到的经纬度、高度等信息输出伪距非线性方程组定位的核心是通过测量卫星信号到达接收机的传播时间，计算卫星与GPS接收机之间的距离，即伪距由于卫星和接收机的运动以及大气层、电离层等的影响，伪距测量存在误差通过建立伪距方程组，可以利用多颗卫星的观测数据，进行定位解算伪距方程组是一个非线性方程组，需要进行线性化处理通常采用泰勒展开式，将非线性方程组近似为线性方程组然后，利用最小二乘法等方法求解未知参数，包括接收机的坐标和钟差等由于伪距方程组中存在误差，因此解算得到的定位结果也存在误差误差的来源包括卫星钟差、大气层延迟、电离层延迟、多路径效应等最小二乘法解算法建立方程组1利用伪距观测值建立非线性方程组，包含未知参数和误差项.线性化处理2将非线性方程组线性化，通过泰勒展开将非线性方程组转换为线性方程组.最小二乘估计3运用最小二乘法原理，求解线性方程组的解，得到最佳估计值.单点定位计算坐标计算1根据伪距和几何因子，计算接收机坐标伪距测量2接收机接收卫星信号，测量卫星信号到达时间卫星信息3卫星轨道参数，时间信息，卫星信号强度定位精度影响因素接收机噪声多路径效应卫星几何配置大气影响接收机内部噪声会影响信号信号反射造成误差，影响伪卫星数量和分布影响定位精电离层和对流层会对信号传接收质量，降低定位精度距测量度，卫星几何配置越好，精播产生影响，导致定位误差度越高多星联合定位优势原理提高定位精度，减少误差利用多个卫星的观测数据，建立多方程组，求解出用户位置坐标提升定位可靠性，增强定位抗干扰能力差分技术GPS参考站用户接收机已知精确位置的参考站接收卫星信号，并计算出误差修正值用户接收机接收卫星信号，并使用参考站提供的修正值提高定位精度实时动态定位连续更新1实时接收卫星信号并计算位置动态追踪2跟踪移动目标位置变化应用广泛3导航、测绘、无人机等领域后处理精密定位数据采集获取GPS数据和辅助数据，如气象数据、轨道数据等数据处理对数据进行预处理，例如去噪、滤波、坐标转换等定位计算利用精密轨道和大气模型进行定位计算，获得高精度坐标结果分析对定位结果进行误差分析和精度评估，并进行相关修正相对定位模型基线矢量坐标系转换相对定位测量的是两个接收机之间的距离和方位角，即基线矢通过已知点坐标，将相对定位测量的基线矢量转换为地理坐标量系误差源分析与修正卫星钟差卫星轨道误差12卫星的原子钟会有微小的偏差，会造成时间误差卫星轨道并非完全精确，会造成距离误差GPS电离层延迟对流层延迟34信号穿过电离层会发生延迟，需要进行校正信号穿过对流层也会发生延迟，需要进行校正定位算法原理分析最小二乘法卡尔曼滤波通过最小化观测值与模型预测利用系统状态方程和观测方程值之间的误差平方和来估计未，结合噪声信息，对系统状态知参数，例如卫星位置和接收进行估计和预测，以提高定位机时钟误差精度迭代算法由于伪距方程是非线性的，需要使用迭代算法，例如牛顿拉夫森法，-来求解未知参数基线场合解算观测方程1建立观测值与未知参数之间的数学模型参数估计2利用最小二乘法或其他估计方法求解未知参数解算结果3计算出基线向量，并进行误差分析基线双差解算消除大气误差双差解算可以消除大气误差的影响，提高定位精度消除卫星钟差双差解算可以消除卫星钟差的影响，提高定位精度消除接收机钟差双差解算可以消除接收机钟差的影响，提高定位精度固定解与浮点解固定解浮点解当整周模糊度解算成功后，得到的当整周模糊度无法解算或解算不成解称为固定解此时，解算结果精功时，得到的解称为浮点解浮点度显著提高，可达到厘米级解的精度会受到模糊度误差的影响，一般在米级或分米级载波相位整周模糊度模糊度解模糊载波相位测量存在整周模糊度解决整周模糊度需要使用其他，因为测量得到的相位是相位技术，例如双差解算或浮点解差的整数倍算影响精度整周模糊度是影响载波相位定位精度的关键因素相对定位精度分析110厘米级米级静态定位动态定位100分米级实时动态定位全局定位原理RTK基站数据1接收来自参考站的差分校正数据数据处理2实时计算差分校正信息，消除误差位置计算3将校正后的数据应用于接收机的定位计算组网技术RTK提高精度扩展覆盖范围降低成本通过多个基站建立网络，提高定位精度基站网络可以覆盖更广的区域，满足更共享基站资源，降低用户使用成本和可靠性多用户需求应用案例展示伪距定位技术应用广泛，从交通运输到地理测绘，再到农业和智慧城GPS市建设，都发挥着重要作用例如，在交通运输领域，定位系统可用于车辆跟踪、路线规划和交通GPS管理，提高运输效率和安全水平结论与展望伪距定位技术在导航、测绘、地理信息等领域有着广泛应用，未来将GPS继续发展和完善。