《GPS绝对定位原理》课件

绝对定位原理GPS投稿人课程介绍和学习目标课程概述学习目标本课程将深入探讨GPS绝对定位通过学习，您将能够理解GPS定原理，涵盖从基本概念到实际应位的原理、工作机制、误差来源用的各个方面，以及如何进行定位精度评估和误差补偿概述GPS全球定位系统（GPS）是一种基于卫星的无线电导航系统，为全球范围的用户提供三维位置、时间和速度信息GPS系统由空间段、控制段和用户段组成，其核心是空间段的卫星星座GPS卫星星座由24颗卫星组成，分布在6个轨道面上，每个轨道面上的4颗卫星绕地球运行，周期为12小时这些卫星发射的无线电信号可以被地面上的接收机接收，通过计算信号到达时间，可以确定接收机的三维位置和时间历史发展GPS年19571苏联发射第一颗人造卫星斯普特尼克1号，开启了人类探索太空的时代年19602美国海军开始研究“子午仪”计划，探索利用卫星进行导航的可能性年19733美国启动GPS项目，并成功发射第一颗实验卫星年19944美国宣布将GPS系统完全开放，实现全球免费使用系统构成GPS空间段控制段12由31颗工作卫星组成，轨负责监控卫星运行状态，道高度约20200公里维护系统正常运行用户段3由接收机组成，负责接收卫星信号进行定位空间段空间段是GPS系统的重要组成部分，由31颗卫星组成，均匀分布在6个轨道面上，高度约为20200公里，运行周期为12个小时这些卫星携带原子钟、发射机和接收机等设备，用于向地面发射导航信号空间段负责向用户段提供导航信息，并确保信号覆盖全球控制段主控站监测站地面天线监测卫星状态，调整卫星轨道和钟差接收卫星信号，计算卫星轨道和钟差接收来自卫星的信号，并将其传输至误差地面站用户段接收机数据处理软件用户段是GPS系统中直接与卫星信号交互的部分，包含接收接收机接收卫星信号后，通过数据处理软件进行解码、计机和天线算和定位大地坐标系统地理坐标系投影坐标系以地球椭球面为参考面，用将地球椭球面上的点投影到经度、纬度和大地高程来表平面上，用平面直角坐标来示点的位置表示点的位置空间直角坐标系以地球质心为原点，用三个相互垂直的坐标轴来表示点的位置坐标系统WGS84世界大地坐标系统坐标系特点WGS84是一个全球性的大地坐标系统，由美国国防部建立它是一个大地测量坐标系统，使用经度、纬度和高度来描，基于地球表面形状的椭球模型述地球上的位置坐标转换坐标其他坐标系转换方法WGS84GPS系统使用的是WGS84坐标系不同的国家或地区可能使用不同的坐需要进行坐标转换，将WGS84坐标转标系，如北京54坐标系或西安80坐标换为其他坐标系系伪距和真距离伪距真距离12接收机测量到的卫星信号传播时间，并乘以光速，卫星到接收机之间的实际距离，包含卫星钟差、电得到的距离离层延迟和对流层延迟等误差伪距测量原理卫星信号接收1接收机接收卫星信号信号时间测量2测量卫星信号传播时间距离计算3利用光速计算卫星到接收机的距离多径效应信号反射路径差异GPS信号可能被周围物体（不同路径上的信号到达接收例如建筑物、树木）反射，机的时间不同，造成伪距测导致接收机接收到多个相同量误差信号定位误差多径效应会导致接收机计算出的位置偏差，影响定位精度电离层和对流层延迟电离层延迟电离层中的电子会对流层延迟对流层中的水汽和使GPS信号传播速度减慢气体也会使GPS信号传播速度减慢卫星钟差原子钟误差相对论效应GPS卫星搭载高精度原子钟，但仍存在微小误差卫星高速运动和相对地球重力场不同，导致钟差接收机测站坐标解算卫星观测数据1接收机测站接收到的卫星信号数据，包括卫星时间、伪距、多普勒频移等误差模型2考虑卫星钟差、电离层和对流层延迟、多径效应等误差因素最小二乘法3根据误差模型和观测数据，利用最小二乘法进行解算，得到接收机测站的坐标最小二乘法原理观测值误差方程最小二乘法通过接收机接收卫星信号，获取伪建立观测值与未知参数（接收机坐利用最小二乘法求解误差方程，得距和卫星坐标信息标）之间的数学模型到接收机坐标的最优解定位精度影响因素卫星几何构型大气延迟多径效应卫星钟差卫星位置和高度角对精度电离层和对流层会延迟信信号反射会造成误差卫星内部时钟与标准时间有较大影响号传播误差几何因子对精度的影响卫星分布卫星高度角卫星方位角123卫星数量和分布对定位精度有卫星高度角越大，信号越强，卫星方位角分布越广，定位精很大影响卫星分布越均匀，定位精度越高度越高定位精度越高系统误差补偿措施卫星钟差补偿天线相位中心误差补偿电离层和对流层延迟补偿动态定位实时跟踪1连续获取目标位置运动速度2计算移动物体速度运动轨迹3绘制目标运动路径实时差分GPS基准站1接收卫星信号差分数据2广播到用户用户接收机3消除误差技术原理RTK基站数据传输接收来自多颗卫星的信号，并计算出精确的坐标基站将校正数据实时传输至移动站，消除信号误差1234移动站厘米级定位接收来自相同卫星的信号，并利用基站数据进行差分校正通过差分校正，移动站可获得厘米级精度的定位结果应用领域RTK工程测量农业导航RTK技术在工程测量领域得到广泛应RTK技术可用于精准农业，例如精准RTK技术可用于高精度导航，例如无用，例如道路、桥梁、隧道、建筑物施肥、精准灌溉、精准作业，提高农人驾驶、船舶导航、航空导航，提高的精确定位和施工控制业生产效率和效益安全性、可靠性和效率发展趋势GNSS多系统融合高精度定位融合GPS、北斗、伽利略等厘米级甚至毫米级的定位精多个卫星导航系统，提升定度，满足更高精度的应用需位精度和可靠性求，如无人驾驶、精密农业等增强型定位服务提供更丰富的定位信息，如高度、速度、时间等，支持更广泛的应用场景课程总结定位原理应用领域未来发展GPS深入了解了GPS绝对定位原理，包括学习了GPS在导航、测绘、地质、气展望了GNSS技术的未来发展趋势，包空间段、控制段和用户段的构成，以象等多个领域的应用，了解了GPS技括多星座融合、高精度定位、实时动及卫星信号传播、伪距测量、误差补术在现代社会中的重要作用态监测等方面的研究方向偿等关键环节问答环节欢迎大家提出问题，我会尽力解答。