全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(第一次)

1目錄第一章緒論第二章GPS系統(tǒng)及其信號第三章

GPS的坐標(biāo)系統(tǒng)與定位中的誤差源第四章

衛(wèi)星運(yùn)動基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)第六章GPS動態(tài)測量原理第七章GPS動態(tài)測量原理第八章GPS測量的設(shè)計與實施2第一章緒論早期的衛(wèi)星定位技術(shù)——將衛(wèi)星作為空間觀測目標(biāo)建立衛(wèi)星三角網(wǎng)建立衛(wèi)星測距網(wǎng)——解決聯(lián)測定位問題缺點(diǎn)：受衛(wèi)星可見條件及天氣影響，費(fèi)時費(fèi)力、定位精度低第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——開始了衛(wèi)星多普勒定位、測速的時代子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（NNSS）——6顆工作衛(wèi)星經(jīng)濟(jì)快速精度均勻不受天氣和時間的限制CICADA導(dǎo)航系統(tǒng)——12顆宇宙衛(wèi)星雙頻發(fā)送：150MHZ、400MHZ第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的局限性衛(wèi)星少，不能實時定位軌道低，難以精確定軌——1070km（低軌衛(wèi)星）頻率低，難以補(bǔ)償電離層效應(yīng)的影響3第一章緒論第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)1.GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)(NAVSTAR/GPS)：衛(wèi)星測時測距導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)——是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的導(dǎo)航、定位和定時的功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間。三大研究階段方案論證階段（1974-1978年）：發(fā)射11顆BLOCKI試驗衛(wèi)星系統(tǒng)論正階段（1979-1987年）生產(chǎn)實驗究段（1988-1993年）：發(fā)射28顆BLOCKII以及BLOCKIIA工作衛(wèi)星90年代末，發(fā)射20顆BLOCKIIR衛(wèi)星，改進(jìn)GPS系統(tǒng)GPS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)21+3顆衛(wèi)星，6個軌道面GPS系統(tǒng)的應(yīng)用前景我國的GPS定位技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展情況(查資料)4第一章緒論2.GLONASS全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)的組成2.1衛(wèi)星星座：21顆工作衛(wèi)星+3顆在軌備用衛(wèi)星；三個等間隔橢圓軌道，軌道面夾角120度發(fā)射兩種載波信號：f1:1.602-1.616GHZ,(民用)f2:1.246GHZ-1.256GHZ（軍用）具有可變的射電頻率：每顆衛(wèi)星具有不同的射電頻率2.2地面控制地面控制站組（GCS）:系統(tǒng)控制中心、指令跟蹤站（CTS）2.30用戶設(shè)備：GLONASS信號接受機(jī)俄羅斯聯(lián)邦政府對GLONASS系統(tǒng)的使用政策？3.NAVSAT導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(西歐歐洲空間局ESA)——民用系統(tǒng)衛(wèi)星星座;6顆地球同步衛(wèi)星（GEO）+12顆高橢圓軌道衛(wèi)星（HEO）5第一章緒論衛(wèi)星系統(tǒng)GLONASSGPSNAVSAT衛(wèi)星顆數(shù)（顆）21+321+312+6軌道面數(shù)（個）367軌道傾角（度）64.85563.45平均高度（KM）191002020020178周期（HM）11h15m11h58m11h58m衛(wèi)星射電頻率11602-1616MHZ1575.42MHZ1561-1569MHZ衛(wèi)星射電頻率21246-1256MHZ1227.6MHZ1224-1232MHZC/A碼頻率511KHZ1.023MHZ3.937MHZC/A碼碼長511bit1023bit3937bit

三種衛(wèi)星系統(tǒng)的比較

6第一章緒論主動式衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)被動測距原理、被動定位（GPS、GLONASS、NAVSAT）p14，P7，P23下主動測距原理、主動定位p14，P41衛(wèi)星激光測距技術(shù)基本的測距原理GEOSTAR衛(wèi)星導(dǎo)航通信系統(tǒng)其它的衛(wèi)星定位系統(tǒng)INMARSAT系統(tǒng)：由國際移動衛(wèi)星組織（原國際海事衛(wèi)星組織）籌建主要功能：全球通訊服務(wù)GNSS系統(tǒng)：由國際民航組織（ICAO）提出，該系統(tǒng)是一個全球性的位置和時間的測定系統(tǒng)主要功能:導(dǎo)航定位、移動通信GPS全球大地測量7P:劉基余編著.《GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法》.科學(xué)出版社.2008年6月第2版.p:劉基余等編著.《全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用》.測繪出版社.1993年10月第1版.8第二章GPS系統(tǒng)及其信號GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)的系統(tǒng)組成1GPS衛(wèi)星星座（空間部分）:21+3顆衛(wèi)星GPS衛(wèi)星編號：PRN編號（偽隨機(jī)噪聲碼）GPS衛(wèi)星分步入軌及軌道特點(diǎn)：初始軌道——轉(zhuǎn)移軌道——工作軌道，兩萬公里高空的圓形軌道高精度的時鐘定位星座——為了解算測站的三維坐標(biāo)，必須觀測的4顆GPS衛(wèi)星間隙期：定位星座幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣9第二章GPS系統(tǒng)及其信號2地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）地面監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成一個主控站：位于美國科羅拉多，以大型計算機(jī)為主體的監(jiān)控系統(tǒng)三個注入站：大西洋阿森松,印度洋狄哥.伽西亞,太平洋卡瓦加蘭五個監(jiān)測站：4+夏威夷p2310第二章GPS系統(tǒng)及其信號3GPS信號接收機(jī)（用戶設(shè)備部分）靜態(tài)定位和動態(tài)定位靜態(tài)定位:跟蹤過程中用戶天線固定不變，高精度測量信號傳播時間——多于觀測量大、可靠性強(qiáng)、定位精度高動態(tài)定位：接收測定運(yùn)動物體的運(yùn)行軌跡11第二章GPS系統(tǒng)及其信號GPS接收機(jī)的分類按用途分類：導(dǎo)航型：測地型接收機(jī)：授時型接收機(jī):按接收機(jī)的載波頻率分類;單頻接收機(jī)：雙頻接收機(jī)：按應(yīng)用場合分類：12第二章GPS系統(tǒng)及其信號GPS接收機(jī)的組成和工作原理天線單元接收機(jī)天線（接收前端）：全向振子天線、小型螺旋天線、微帶天線、錐形天線——將GPS衛(wèi)星信號的極微弱的電磁波能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流。前置放大器:將GPS信號電流予以放大接收機(jī)主機(jī)單元電源——蓄電池GPS數(shù)據(jù)測后處理軟件包13GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文（衛(wèi)星電文）：是用戶用來定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。以二進(jìn)制的形式，按規(guī)定格式組成，按幀向外傳播。因而衛(wèi)星電文也叫數(shù)據(jù)碼（D碼）。導(dǎo)航電文的結(jié)構(gòu)（見圖2-6）P26導(dǎo)航電文的主要內(nèi)容第一數(shù)據(jù)塊：第一子幀的第3-10字碼第二數(shù)據(jù)塊：包括第二和第三子幀，表示GPS衛(wèi)星的星歷第三數(shù)據(jù)塊：包括第四和第五子幀，提供GPS衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù)，是第一和第二數(shù)據(jù)塊的簡略形式。第二章GPS系統(tǒng)及其信號14第二章GPS系統(tǒng)及其信號GPS衛(wèi)星信號——是GPS衛(wèi)星向廣大用戶發(fā)送的用于導(dǎo)航定位的已調(diào)波，其在播處于L波段，調(diào)制波是衛(wèi)星電文（不歸零的二進(jìn)制碼組成的編碼脈沖串D碼）和偽隨機(jī)噪聲碼（PRN碼）的組合碼。數(shù)據(jù)碼的二級調(diào)制（擴(kuò)頻）：有效地進(jìn)行低碼率導(dǎo)航電文的傳送，達(dá)到節(jié)省衛(wèi)星電能，增強(qiáng)GPS信號的抗干擾性，實現(xiàn)保密的信息傳送的目的。偽噪聲碼的產(chǎn)生及特性偽噪聲碼的表現(xiàn)形式：波形信號x(t)和信號序列{x}碼元寬度、時間周期、長度周期15第二章GPS系統(tǒng)及其信號偽隨機(jī)噪聲碼的產(chǎn)生GPS衛(wèi)星所用的偽噪聲碼是一種M序列，產(chǎn)生于最常線性移位寄存器（抽頭式反饋移存器），由4級D觸發(fā)器構(gòu)成。M序列的特點(diǎn)復(fù)合偽噪聲碼:由兩個以上的周期較短的偽噪聲碼構(gòu)成，可單值地測量450m以上的遠(yuǎn)距離GPS衛(wèi)星采用偽噪聲碼的目的傳送導(dǎo)航電文用作測距信號識別不同的衛(wèi)星16第二章GPS系統(tǒng)及其信號C/A碼：用于粗測距和捕獲GPS衛(wèi)星信號的偽隨機(jī)碼，是由兩個10級反饋移位寄存器構(gòu)成的G碼產(chǎn)生的。根據(jù)相位平移的不同，共可產(chǎn)生1025種結(jié)果不同的C/A碼，這些C/A碼具有相同的碼長、碼元寬度和相同的周期。P碼：是衛(wèi)星的精測碼，用于衛(wèi)星的精密測距。GPS信號的鑒別GPS工作衛(wèi)星的SA技術(shù)17第三章一GPS的坐標(biāo)系統(tǒng)衛(wèi)星定位中常采用的是空間直角坐標(biāo)系及其相應(yīng)的大地坐標(biāo)系，一般以地球質(zhì)心為坐標(biāo)系的原點(diǎn)。按坐標(biāo)軸的指向不同，可分為:地球坐標(biāo)系：隨地球自轉(zhuǎn)，便于描述地面觀測站的位置天球坐標(biāo)系：與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，便于描述人造地球衛(wèi)星的位置。球面坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系的關(guān)系大地坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系的關(guān)系站心赤道直角坐標(biāo)系站心地平直角坐標(biāo)系WGS-84大地坐標(biāo)系與我國的坐標(biāo)系統(tǒng)——GPS定位成果屬于WGS-84大地坐標(biāo)系，即衛(wèi)星星歷是以WGS-84坐標(biāo)系為坐標(biāo)框架的。18第三章二GPS定位中的誤差源§3.1概述§3.2鐘誤差§3.3相對論效應(yīng)§3.4衛(wèi)星星歷誤差§3.5電離層延遲19第四章衛(wèi)星運(yùn)動基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷概述——人造地球衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動狀態(tài)取決于它所受到的各種作用力。這些作用力主要由：地球?qū)πl(wèi)星的引力、太陽、月亮對地球的引力、大氣阻力、太陽光壓、地球潮汐力等。在這些作用中，地球引力是主要的。通常將衛(wèi)星受到的作用力分為：中心引力和攝動力兩大類衛(wèi)星的無攝運(yùn)動（二體問題）：衛(wèi)星只受地心引力的作用，忽略所用攝動力開普勒六軌道參數(shù)（常數(shù)）20第四章衛(wèi)星運(yùn)動基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷二體問題的運(yùn)動方程衛(wèi)星的受攝運(yùn)動（衛(wèi)星的精密定軌）——考慮了攝動力作用的衛(wèi)星運(yùn)動瞬時軌道根數(shù)：衛(wèi)星在地球質(zhì)心引力和各種攝動力總的影響下的軌道根數(shù)，衛(wèi)星運(yùn)動的真實軌道稱為衛(wèi)星的攝動軌道或瞬時軌道各種作用力的特性及其影響21地球引力：地球質(zhì)心引力和地球引力場攝動力（由于地球形狀不規(guī)則及其質(zhì)量不均勻而引起的），可建立函數(shù)U（r,φ,λ）來表示地球外部空間一個質(zhì)點(diǎn)所受的作用力：U（r,φ,λ）=GM/r+R（GM/r是正常引力位，R為懾動偽函數(shù)）日、月引力：在五天弧段對衛(wèi)星偽值的影響可達(dá)1-3KMFs+Fm=GMs[(rs-r)/|rs-r|3-rs/|r|3]+GMm[(rm-r)/|rm-r|3-rm/|r|3]太陽輻射光壓：在五天弧段對衛(wèi)星偽值的影響可達(dá)1千米Fp=KρpSrso

第四章衛(wèi)星運(yùn)動基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷22第四章衛(wèi)星運(yùn)動基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷地球潮汐力的影響：在五天弧段對衛(wèi)星偽值的影響可達(dá)1米大氣阻力：忽略不計GPS衛(wèi)星星歷預(yù)報星歷（廣播星歷）參考星歷廣播星歷共16個參數(shù)，其中1個參考時刻，6個對應(yīng)參考時刻的開普勒軌道根數(shù)和9個反映攝動力影響的參數(shù)toe——星歷表參考?xì)v元（秒）：是從星期日子夜零時開始計算的參考時刻IODE——數(shù)據(jù)齡期：從toe時刻至為做預(yù)報星歷測量的最后觀測時刻之間的時間。23第四章衛(wèi)星運(yùn)動基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷C/A碼星歷：精度數(shù)十米，1991年實施SA技術(shù)之后，精度下降到近百米。P碼星歷：精度5米左右，主要用于軍事導(dǎo)航，C/A碼星歷交付民用。后處理星歷（精密星歷）：不通過導(dǎo)航電文向用戶傳遞，而是利用磁帶或通過電視、電傳、衛(wèi)星通訊等方式有償?shù)貫樗枰挠脩舴?wù)。特點(diǎn)：是事后向用戶提供在其觀測時間內(nèi)的精密軌道信息。24第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)基本概念靜態(tài)定位——待定點(diǎn)相對與周圍的固定點(diǎn)沒有可察覺到的運(yùn)動，待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中的位置都可以認(rèn)為是固定不變的?？赏ㄟ^大量的重復(fù)觀測來提高定位精度，動態(tài)定位——在一次觀測期間待定點(diǎn)相對與周圍的固定點(diǎn)有可察覺到的運(yùn)動或顯著的運(yùn)動，因而在處理該時段的觀測資料時待定點(diǎn)的位置將隨時變化。單點(diǎn)定位——獨(dú)立確定待定點(diǎn)在坐標(biāo)系中的絕對位置的方法，也成為絕對定位。25第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)相對定位——確定同步跟蹤相同的GPS衛(wèi)星信號的若干臺接收機(jī)之間的相對位置的一種定位方法。相對定位的結(jié)果是個同步跟蹤站之間的基線向量（三維坐標(biāo)差），因而至少需要給出網(wǎng)中一點(diǎn)的坐標(biāo)后才能求出其余各點(diǎn)的坐標(biāo)。GPS定位鐘的三種誤差：多臺接收機(jī)共有的誤差：衛(wèi)星鐘誤差、電離層誤差、對流層物差；傳播延遲誤差：p128接收機(jī)固有的誤差：內(nèi)部噪聲、通道延遲、多路徑效應(yīng)等26第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)衛(wèi)星導(dǎo)航定位天文定位陸地基準(zhǔn)無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)（交會法）空間基準(zhǔn)無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)——衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理偽距法定位如何進(jìn)行偽距測量——基本測距原理：利用碼相關(guān)法測定用碼相關(guān)法進(jìn)行偽距測量得到的四點(diǎn)結(jié)論：偽距測量的觀測方程偽距法定位的基本原理特殊情況下的定位（參考）27第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)載波相位測量利用載波作為測量信號的目的——提高精度測距碼波長——C/A：293.65M，P碼：29.305M載波波長——L1：19CM，L2：24CM重建載波基本原理載波相位測量的實際觀測值首次量測值——產(chǎn)生一個整周未知數(shù)N0和不足一整周的部分其余各次量測值——包括整波段數(shù)和不足一整波段的部分從原理得出的幾點(diǎn)結(jié)論28第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)整周跳變的探測及修復(fù)產(chǎn)生整周跳變的原因——是由于計數(shù)器在to到ti期間的累計工作產(chǎn)生中斷引起的，丟失的是整周數(shù)，對于不足以整周的部分沒有影響。周跳的探測及修復(fù)屏幕掃描法——早期的方法用高次差或多項式擬合來探測及修復(fù)周跳在衛(wèi)星件求差根據(jù)平差后的殘差來發(fā)現(xiàn)和修復(fù)周跳29第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)整周未知數(shù)N0的確定——正確地確定N0是獲得高精度定位結(jié)果的必要條件。確定整周未知數(shù)的方法偽距法——在進(jìn)行載波行為測量的同時進(jìn)行偽距測量。多普勒法（三差法）走走停停法（goandstop)將整周未知數(shù)當(dāng)作平差中的待定參數(shù)（參考）30第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)載波相位測量的線性組合必要參數(shù)與多余參數(shù)如何簡化平差計算，減少工作量？給多余參數(shù)以一定的約束——在多與參數(shù)之間建立起一種函數(shù)關(guān)系。求差法在接收機(jī)之間求差在衛(wèi)星之間求差在歷元之間求差這種將直接觀測指相減的過程稱為求一次差，所的結(jié)果被當(dāng)作虛擬觀測值，稱為載波相位觀測值的一次差或單差。31第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)若對一次差的結(jié)果繼續(xù)求差，為求二次差，其結(jié)果稱為二次差獲雙差。有三種情況：在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差在接收機(jī)和歷元之間求二次差在衛(wèi)星和歷元之間求二次差。若對二次差的結(jié)果繼續(xù)求差，稱為求三次差。201603163233目錄第一章緒論第二章GPS系統(tǒng)及其信號第三章

GPS的坐標(biāo)系統(tǒng)與定位中的誤差源第四章

衛(wèi)星運(yùn)動基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星歷第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)第六章GPS動態(tài)測量原理第七章GPS動態(tài)測量原理第八章GPS測量的設(shè)計與實施34第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)差分GPS定位目的——消除公共誤差，提高定位精度在一個測站上對兩個觀測目標(biāo)進(jìn)行觀測，將觀測值求差在兩個測站上對同一個目標(biāo)進(jìn)行觀測，將觀測值求差在一個測站上對一個目標(biāo)進(jìn)行兩次觀測求差GPS定位中存在的誤差種類多臺接收機(jī)共有的誤差傳播延遲誤差接收機(jī)固有的誤差差分GPS的類型單站GPS的差分35第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)載波相位差分——精度達(dá)到厘米級載波相位差分技術(shù)又稱為PTK(RealTimeKinematic)技術(shù)，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。PTK技術(shù)同樣受到基準(zhǔn)站到用戶距離的限制，為解決這個問題，發(fā)展了局部區(qū)域差分和廣域差分定位技術(shù)。局部區(qū)域GPS差分系統(tǒng)（LADGPS）基準(zhǔn)站與用戶之間有無線電數(shù)據(jù)通信鏈，用戶與基準(zhǔn)站之間的距離一般在500km以內(nèi)可獲得較好的精度。36第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)廣域差分（WADGPS）具體表現(xiàn)星歷誤差：外推星歷，精度100m左右，是GPS定位的主要誤差來源之一。解決辦法：依賴區(qū)域精密定軌，確定精密星歷，取代廣播星歷。大氣延時誤差（包括電離層延時和對流層延時）：建立精確的區(qū)域大氣延時模型，能夠精確地計算出其作用區(qū)域內(nèi)的大氣延時量。衛(wèi)星鐘差誤差：考慮在SA技術(shù)的影響下，衛(wèi)星鐘差的隨機(jī)變化。37第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)廣域差分GPS系統(tǒng)的工作流程廣域差分GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)WADGPS種用戶定位精度對空間距離的敏感程度比LADGPS低得多。監(jiān)測站數(shù)量少，經(jīng)濟(jì)效益高定位精度均勻分布覆蓋區(qū)域多樣硬件設(shè)備及通信工具昂貴，軟件技術(shù)復(fù)雜。38第五章GPS靜態(tài)定位基礎(chǔ)衛(wèi)星射電干涉測量VLBI（參考）甚長基線干涉測量甚長基線干涉測量技術(shù)(VLBA)基本原理利用GPS衛(wèi)星作為射電源進(jìn)行干涉測量的優(yōu)勢信號強(qiáng)度大對接收設(shè)備的要求低價格便宜，使用方便射電干涉測量原理39第六章GPS動態(tài)測量原理本章主要目的：討論如何用GPS信號測量動態(tài)用戶天線的七維狀態(tài)參數(shù)（三維位置、三維速度、時間）GPS動態(tài)定位：實時測的運(yùn)動載體（GPS信號接收機(jī)天線）所在位置導(dǎo)航的定義（廣義的動態(tài)定位）：實時位置+速度+時間+方位，引導(dǎo)運(yùn)動載體準(zhǔn)確駛向預(yù)定的后續(xù)位置。短程無線電導(dǎo)航系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)GPS動態(tài)定位的特點(diǎn)用戶多樣性——車輛、艦船、航空航天器速度多異性——低動態(tài)定位（0-100m/s）、中等動態(tài)定位（100-1000m/s）、高動態(tài)定位（>1000m/s）40第六章GPS動態(tài)測量原理實時定位方法單點(diǎn)動態(tài)定位（絕對動態(tài)定位）——不是直接求解用戶位置的三維坐標(biāo)，而是求各個坐標(biāo)分量的修正量。偽距差分動態(tài)定位DGPS——用兩臺接收基于兩個測站上同時量測來自相同GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號，用以聯(lián)合測的動態(tài)用的精確位置。41第六章GPS動態(tài)測量原理后處理差分動態(tài)定位：基準(zhǔn)點(diǎn)和運(yùn)動載體之間不必建立無線電數(shù)據(jù)傳輸。用GPS校正值對若干臺共視衛(wèi)星用戶的動態(tài)接收機(jī)所采集的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行測后修正。動態(tài)載波相位測量GPS衛(wèi)星導(dǎo)航方法導(dǎo)航的任務(wù)——引導(dǎo)航行體自起點(diǎn)出發(fā)，沿著預(yù)定的航線經(jīng)濟(jì)而安全地到達(dá)目的地。關(guān)于導(dǎo)航的一些基本概念航路點(diǎn)：一系列均勻分布于路徑上的坐標(biāo)點(diǎn)航線：依次通過若干航路點(diǎn)，由用戶自行編輯的行進(jìn)路線航線方向：起始位置到目的地的方向角度制導(dǎo)參數(shù)待飛距離偏航距：偏離最初航線的距離42第六章GPS動態(tài)測量原理方位線：兩個物體或地點(diǎn)之間的連線航跡角：正北方向與目標(biāo)方位線之間的夾角偏流角：飛行器的縱軸方向和飛行方向之間的夾角地速：飛行器在飛行方向的速度分量（沿地球表面飛行的速度）真航向：飛行器真實飛行方向與真北方向的夾角GPS導(dǎo)航方法GPS單機(jī)導(dǎo)航——在航行體上僅配備一臺GPS接收機(jī)，單獨(dú)實時導(dǎo)航。差分GPS導(dǎo)航——包括地面站和用戶位置差分法偽距差分法GPS/慣性綜合系統(tǒng)43第六章GPS動態(tài)測量原理GPS全球定位系統(tǒng)的不足之處衛(wèi)星星座對地球覆蓋不完善，特別是在中緯度地區(qū)，存在間隙區(qū)必須與天空通視，否則無法接收信號GPS接收機(jī)的工作受飛行器機(jī)動的影響，當(dāng)飛行器的機(jī)動超過GPS接收機(jī)的動態(tài)范圍時，接收機(jī)會失鎖。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）GPS/INS整合系統(tǒng)44第六章GPS動態(tài)測量原理GPS與INS的綜合方式松散綜合用GPS重調(diào)慣導(dǎo)用GPS給出的位置、速度信息直接重調(diào)慣導(dǎo)系統(tǒng)的輸出。把慣導(dǎo)和GPS輸出的位置和速度信息進(jìn)行加權(quán)平均。用位置、速度信息綜合緊密綜合——一體化設(shè)計45第六章GPS動態(tài)測量原理GPS測速——在進(jìn)行GPS動態(tài)定位的同時，用GPS信號測得運(yùn)動載體的運(yùn)行速度。多普勒測速儀的基本工作原理——主動式測速原理多普勒頻移差分GPS測速——可以消除星歷對測速精度的損失，還可以消除至少顯著削弱電離層/對流層效應(yīng)對測速精度的損失。GPS定時以衛(wèi)星為主體的其他定時技術(shù)衛(wèi)星單向定時法46第六章GPS動態(tài)測量原理衛(wèi)星雙向定時法LASSO定時法Shuttle定時法上述四種方法定時精度較高、但設(shè)備復(fù)雜，耗資巨大，不利于廣大用戶使用。GPS衛(wèi)星定時法一站單機(jī)定時法共視比對定時法是目前用GPS信號傳遞時間的主要方法。該方法不僅可以消除衛(wèi)星鐘差，而且能夠消除至少減少星歷誤差的影響。47第六章GPS動態(tài)測量原理GPS/GLONASS集成接收機(jī)及其對動態(tài)測量的影響什么是GPS/GLONASS集成接收機(jī)GPS/GLONASS集成接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)GPS/GLONASS衛(wèi)星及其導(dǎo)航定位信號的異同點(diǎn)48第六章GPS動態(tài)測量原理GPS/GLONASS集成接收機(jī)研制的難點(diǎn)尋找接收機(jī)的公共頻率源GPS衛(wèi)星具有相同的兩個載波頻率：1575.42MHZ、1227.60MHZ每顆GLONASS衛(wèi)星的載波頻率不同F(xiàn)j1=f1+(j-1)Δf1Fj2=f2+(j-1)Δf2GPS/GLONASS集成接收機(jī)最基本的要求是對于GLONASS信號而言，需要獲得0.5625MHZ和0.4375MHZ的基本信號，然后通過倍頻和分頻的方法獲得各顆GLONASS衛(wèi)星的載波。對于GPS信號而言，需要獲得10.23MHZ的基準(zhǔn)頻率。處理兩種坐標(biāo)系的坐標(biāo)差49第六章GPS動態(tài)測量原理建立統(tǒng)一的時間尺度總結(jié)：GPS/GLONASS集成接收機(jī)需要處理6種時間偏差。解決方法：建立GPS和GLONASS時系的統(tǒng)一時間尺度。50第七章GPS衛(wèi)星定位誤差概述誤差存在于發(fā)射源——傳播途徑——接收源的每個地方，按性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差（偏差）和偶然誤差，其中系統(tǒng)誤差的危害最大。與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)來源預(yù)報星歷廣播星歷提供17個星歷參數(shù)，由此確定的衛(wèi)星位置的精度約為20-40米，甚至80米左右。51第七章GPS衛(wèi)星定位誤差實測星歷需要在觀測后1-2個星期才能獲得，對導(dǎo)航和動態(tài)定位毫無意義，但在靜態(tài)精密定位中具有重要作用。星歷誤差對定位的影響52第七章GPS衛(wèi)星定位誤差解決辦法建立自己的衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)進(jìn)行獨(dú)立定軌軌道松弛法——將衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星位置當(dāng)成未知數(shù)來處理，通過平差模型來求解測站位置和軌道改正數(shù)。半短弧法——將軌道切向、徑向和法向三個改正數(shù)作為未知數(shù)。短弧法——把6個軌道偏差改正數(shù)作為未知數(shù)，通過軌道模型來建立觀測值和未知數(shù)之間的關(guān)系。同步觀測值求差（相對定位）GPS時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)與坐標(biāo)系統(tǒng)一樣，應(yīng)具有其尺度（時間單位）和原點(diǎn)（歷元），理論上，任何一個周期運(yùn)動，只要它的運(yùn)動是連續(xù)的，其周期是恒定的，并且是可觀測和用試驗復(fù)現(xiàn)的，都可作為時間尺度。53第七章GPS衛(wèi)星定位誤差恒星時ST（SiderealTime）章動的影響真恒星時和平恒星時平太陽時MT（MeanSolarTime）世界時UTUT+極移54第七章GPS衛(wèi)星定位誤差原子時ATI（InternationalAtomicTime）協(xié)調(diào)世界時UTCGPS時間系統(tǒng)55第七章GPS衛(wèi)星定位誤差物理同步誤差——直接用衛(wèi)星鐘的讀數(shù)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時相比而得出的誤差稱為物理同步誤差。衛(wèi)星鐘改正數(shù)數(shù)學(xué)同步誤差——加上衛(wèi)星鐘改正數(shù)后的衛(wèi)星鐘讀數(shù)和GPS標(biāo)準(zhǔn)時間之差稱為數(shù)學(xué)同步誤差。處理接收機(jī)鐘誤差的方法碼相關(guān)接收機(jī)無碼接收機(jī)把每個觀測時刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)作一個獨(dú)立的未知數(shù)。認(rèn)為各觀測時刻的接收機(jī)鐘差間是相關(guān)的，設(shè)法建立一個鐘誤差模型。通過在衛(wèi)星間求一次差來消除接收機(jī)的鐘差56第七章GPS衛(wèi)星定位誤差相對論效應(yīng)理想狀況下狹義相對論效應(yīng)的影響：廣義相對論效應(yīng)的影響：總的相對論效應(yīng)的影響：解決方法：預(yù)先降低時鐘頻率實際狀況下

理想狀況下的相對論效應(yīng)＋附加偏差項與信號傳播有關(guān)的誤差電離層折射電子密度與電子密度有關(guān)的因素57第七章GPS衛(wèi)星定位誤差電子密度和高度的關(guān)系——隨著高度的增加，太陽輻射強(qiáng)度增強(qiáng)，氣體電離程度增強(qiáng)電子密度和地方時的關(guān)系——隨地方時的變化作周日變化電子含量——通常指底面積為一個平方米貫穿整個電離層的柱體內(nèi)所含的總電子數(shù)電子密度和太陽活動程度的關(guān)系——太陽活動強(qiáng)烈和平穩(wěn)年份的電子含量相差懸殊電子含量的季節(jié)性變化電子含量和測站位置間的關(guān)系改正電離層影響的方法單頻接收機(jī)的電離層改正58第七章GPS衛(wèi)星定位誤差電離層改正模型——是一種經(jīng)驗估算公式特點(diǎn)：把晚上的電離層延遲看作一個常數(shù)。中心電離層雙頻改正的基本原理半和改正法對流層折射59第七章GPS衛(wèi)星定位誤差站址的選擇避免鄰近有大面積的平靜水面測站不宜選擇在山坡、山谷及盆地中盡量離開高層建筑物及汽車對接收機(jī)的要求與接收機(jī)有關(guān)的誤差接收機(jī)鐘差(高精度的石英鐘)60第七章GPS衛(wèi)星定位誤差接收機(jī)的位置誤差——接收機(jī)天線相位中心相對與測站標(biāo)示中心位置的誤差。包括天線的置平和對中誤差，量取天線高誤差。天線相位中心位置的偏差——觀測時相位中心的瞬間位置（一般稱為相位中心）與理論上的相位中心將有不同，這種差別叫做天線相位中心的位置偏差。其他誤差消除、削弱上述誤差影響的措施和方法61第八章GPS測量的設(shè)計與實施GPS測量在實際工作中被劃分為方案設(shè)計、外業(yè)實施及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三個階段。GPS測量的技術(shù)設(shè)計GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的依據(jù)——GPS測量規(guī)范（規(guī)程）和測量任務(wù)書。GPS測量規(guī)范（規(guī)程）——是國家測繪管理部門或行業(yè)部門規(guī)定的技術(shù)法規(guī)，目前主要有：1992年國家測繪局發(fā)布的測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范》1998年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》各部委根據(jù)本部門GPS工作的實際情況制定的其他GPS測量規(guī)程或細(xì)則。第八章GPS測量的設(shè)計與實施63第八章GPS測量的設(shè)計與實施GPS網(wǎng)的精度、密度設(shè)計GPS測量精度標(biāo)準(zhǔn)及分類——對于各類GPS網(wǎng)的精度設(shè)計主要取決于網(wǎng)的用途。級別主要用途固定誤差α（mm）

比例誤差b（ppm.D）

A地殼形變測量或國家高精度GPS網(wǎng)建立

≤5

≤0.1

B國家基本控制測量

≤8

≤1