2.3全球定位系统的定位原理.doc

第二章 全球定位系统及其应用 Ⅱ、教学目的与要求 掌握全球定位系统的基本知识 掌握GPS的组成概况 掌握全球定位系统的定位原理 掌握GPS测量的误差来源及其影响 了解GPS接收机的工作原理 Ⅲ、重点和难点 独立的卫星导航定位系统 GPS的定位原理 降低误差的方法和措施 GPS接收机的基本工作原理 Ⅳ、基本内容 全球定位系统(GPS)，是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星定位系统。本章主要介绍该系统的发展历史及其特点、系统的组成概况、系统定位原理、定位误差以及GPS的接收原理与应用。 2.1 基础知识 2.1.1 GPS定位系统的发展历史 GPS的实施计划，它可以分为三个阶级： 第一阶段为方案论证和初步设计阶段。 第二阶段为全面研制和试验阶段. 第三阶段为实用组网阶段。 2.1.2 其它独立的卫星导航与定位系统 （1）前苏联GLONASS系统 （2）欧洲EGNOS系统 （3）伽利略系统 （4）日本MSAS系统 2.1.3 GPS定位系统的特点 2.1.3.1 GPS相对于其它导航与定位系统的特点 GPS相对于其它导航与定位系统的主要特点如下： （1）全球地面连续覆盖。 （2）功能多，精度高。 （3）实时定位速度快。 （4）被动式全天候导航定位。 （5）抗干扰性能好，必威体育官网网址性强。 2.1.3.2 GPS应用于测量的特点 相对于经典的测量学来说，这一新技术的主要特点如下： （1）观测站之间无需通视。 （2）定位精度高。 （3）观测时间短。 （4）提供三维坐标。 （5）操作简便。 （6）全天候作业。 2.2全球定位系统GPS的组成概况 全球定位系统（GPS）主要由GPS卫星组成的空间部分、由若干地面站组成的控制部分和以接收机为主体的广大用户部分组成。 2.2.1 空间部分 2.2.1.1 GPS空间卫星星座的构成 2.2.1.2 GPS卫星及其功能 2.2.2 地面监控部分 (1)监测站 (2)主控站 (3)注入站 整个GPS的地面监控部分，除主控站外均无人值守。各站间用现代化的通信网络联系起来，在原子钟和计算机的驱动和精确控制下，各项工作实现了高度的自动化和标准化。 2.2.3 用户设备部分 用户设备，主要由GPS接收机硬件和数据处理软件，以及微处理机及其终端设备组成，而GPS接收机的硬件，一般包括主机、天线和电源。 目前，国际上适于测量工作的GPS接收机，已有众多产品问世，且产品的更新很快。在我国，许多测量单位也拥有了一些不同型号的GPS接收机。 2.3全球定位系统的定位原理 2.3.1 GPS的定位原理 GPS的定位原理比较复杂，一般可分为绝对定位法与相对定位法两种。 2.3.1.1 绝对定位法 利用GPS进行定位的基本原理，是以GPS卫星和用户接收机天线之间距离(或距离差)的观测量为基础，并根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。 目前，无论是动态绝对定位或静态绝对定位，所依据的观测量都是所测卫星至观测站的 伪距，所以，相应的定位方法通常也称为伪距法。 因为根据观测方法的不同，伪距有测码伪距和测相伪距之分。所以，绝对定位又可分为测码伪距绝对定位和测相伪距绝对定位。 2.3.1.2 GPS相对定位原理 相对定位的最基本情况是用两台接收机分别安置在基线的两端，并同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点在协议地球坐标系中的相对位置或基线向量。 （1）静态相对定位法 静态相对定位，即设置在基线端点的接收机是固定不动的，这样便可能通过连续观测，取得充分的多余观测数据，以改善定位的精度。 （2）动态相对定位法 动态相对定位，是用一台接收机安设在基准站上固定不动，另一台接收机安设在运动的载体上，两台接收机同步观测相同的卫星，以确定运动点相对基准站的实时位置。 2.3.2 差分GPS（DGPS）的定位原理 根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为4类，即：位置差分，伪距差分，相位平滑伪距差分，相位差分。 2.3.2.1 位置差分原理 这是一种最简单的差分方法，这种差分方式的优点是计算简单。只需要在解算的坐标中加改正数即可。能适用于一切GPS接收机，包括最简单的接收机。缺点是必须严格保持基准站与用户台观测同一组卫星。 2.3.2.2 伪距差分原理 伪距差分是目前用途最广的一种技术，这种差分的优点： (1)由于计算的伪距改正数是直接在WGS-84坐标系上进行的， (2)这种改正数能提供，这使得在未得到改正数的空隙内，继续进行精密定位。 (3)基准站能提供所有卫星的改正数，而用户可允许接收任意4颗卫星进行改正，不必担心两者完全相同。 2.3.2.3 扩展伪距差分(广域差分