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卫星导航实验

小组成员：

栾桂林（081041118）葛蕾（081041208）莫明君（081041218）任佳艺（081041220）郑佳星（081041235）

实验三几何精度因子（DOP）的实时计算与分析

一、实验目的

1、理解几何精度因子在整个GPS接收机导航解算过程中所起的作用及解算几何精度因子的必要性；

2、了解GDOP、VDOP、PDOP、HDOP、TDOP等不同几何精度因子的计算过程及所起的作用；

3、理解DOP值与卫星几何分布的关系。包括DOP值较小或较大时卫星的几何分布情况；

4、了解不同应用场合对DOP门限值的要求。

二、实验原理

不同的GPS接收机由于采用了不同的定位算法，其输出的位置/时间解的精度是不同的。但是在定位精度已知的情况下，其输出值的可信程度是靠什么来判定的呢？这就涉及到本实验要研究的内容：几何精度因子（DOP）。

利用GPS进行绝对定位或单点定位时，位置/时间解的精度主要取决于：

所测卫星在空间的几何分布（通常称为卫星分布的几何图形），即几何精度因子；

观测量精度，即伪距误差因子。它是由观测中各项误差所决定的。粗略地讲，GPS解的误差用下式来估计：

（GPS解的误差）=（几何精度因子）×（伪距误差因子）

即

其中σ 是GPS解的误差，DOP（几何精度因子）是权系数阵主对角线元素

X

的函数，σ 是伪距测量中的误差。

0

权系数阵的定义如下：

其中G为由接收机到可视卫星的方向余弦距阵，而元素q

ij

表达了全部解的

精度及其相关性信息，是评价定位结果的依据。

高程几何精度因子VDOP(VerticalDOP):相应的高程精度为：

空间三维位置几何精度因子PDOP(PositionDOP)：相应的三维定位精度为：

二维水平位置几何精度因子HDOP(horizontalDOP)：相应的平面位置精度为：

接收机钟差几何精度因子TDOP(TimeDOP)：钟差精度：

总几何精度因子GDOP(GeometricDOP)：描述空间位置误差和时间误差综合影响的精度因子，总的测量精度为：

三、实验内容及步骤

1、运行主程序以取得目前可视卫星的实时导航数据（如GPS时间、各颗卫星的星历等）；

2、运行本实验程序，步骤1中截取的所有GPS时间就会出现在“选择GPS

时刻”列表框的下拉菜单中，任意选择一个GPS时刻；

3、由于DOP值的解算需要已知本地接收机位置以及不少于4颗的可视卫星的位置，如果在所选GPS时间天空中的可视卫星数小于4颗，则不能解算出此时刻的DOP值，会弹出“无法计算DOP值”对话框。则需要选择其它时间进行解算。

4、若所选GPS时间天空中的可视卫星数在4颗以上，则在程序界面的实时卫星分布图中会出现本时刻所有可视卫星位置，同时在右面的相应位置会出现本时刻的各个DOP值。

5、根据表1记录不同时刻的DOP值，比较不同时刻DOP值的变化情况，尤其是可视卫星个数发生变化的时刻，初步总结DOP值与卫星几何分布的关系。

6、点击“定量分析”键，进入对DOP值的准确分析阶段。此时，程序界面内的卫星分布图上会出现4颗卫星，同时会出现每颗卫星的方位角和仰角，在右面的相应位置会出现卫星在这种分布情况下的DOP值。

7、移动这4颗卫星，可得到卫星在不同几何分布情况下的实时DOP值以及各个卫星准确的方位角和仰角。根据表2记录4颗卫星在不同几何分布情况下，各个卫星的方位角和仰角以及对应的各个DOP值，比较各条记录，总结并验证课本中讲到的DOP值与卫星几何分布的关系。

四、数据统计及数据分析

数据１

１

GPS时间

281674

可视卫星数目

4

可视卫星序号

4、10、13、17

GDOP

DOP

5.810

PDOP

4.699

HDOP

4.032

VDOP

2.413

TDOP

3.417

２

GPS时间281675

可视卫星数目

4

可视卫星序号

4、10、13、17

GDOP

DOP

5.811

PDOP

4.700

HDOP

4.033

VDOP

2.414

TDOP

3.418

３

GPS时间281699

可视卫星数目

4

可视卫星序号

4、10、13、17

GDOP

DOP

5.842

PDOP

4.723

HDOP

4.046

VDOP

2.436

TDOP

3.439

４

GPS时间

可视卫星数目

可视卫星序号

DOP

281679

5

4、10、13、17、

GDOP

4.326

28

PDOP

3.533

HDOP

3.363

VDOP

1.084

TDOP

2.