GPS 定位原理和方法 发布时间:15-08-29 浏览次数:4129 1、定位原理 GPS 采用交互定位的原理。已知几个点的距离,则可求出求未知所处的位置。对 GPS 而言,已知点是空间的卫星,未知点是地面某一移动目标。 卫星的距离由卫星信号传播时间来测定,将传播时间乘上光速可求出距离。 R=vt 其中,无线信号传输速度为 v=3×108m/s, 卫星信号传到地面时间为 t (卫星信号传送到地面大约需要 0.06s)。 最基本的问题是要求卫星和用户接收机都配备精确的时钟。但一般为降低成本,用户接收机都用石英钟。卫星上则采用原子钟——用金属元素制作的金色钟(耗资达 100 万美元)。 由于光速很快,要求卫星和接收机相互间同步精度达到纳秒级( 10- 6 秒),由于接收机使用石英钟,因此测量时会产生较大的误差,不过该意味着在通过计算机后可被忽略。同时,因为每颗卫星之间的时钟同步性十分精确,只要同时跟踪 4 颗 GPS 可见卫星后训能解算出经度、纬度、高度及接收机钟差。这是典型的由 4 个方程求解 4 个未知数的数学运算。 一个 GPS 接收机必须同是接收 4 颗卫星才能进行三维定位。对于实时厘米级定位精度,则要求同时接收 5 颗以上的卫星。在理想情况下,因为 GPS 系统有 24 颗卫星环绕地球运动,通常在水平角 10 度以上都能观测到 7 颗卫星。但如果附近有山、建筑物或其他遮挡物,则所能观测到的卫星会更少,这样接收机就很难定位,故有些应用还要与惯性导航技术相结合。 2、定位方法 GPS 定位的方法是多种多样的,用户可以根据不同的用途采用不同的定位方法。 GPS 定位方法可依据不同的分类标准,做如下划分。 (1)观测值定位 在 GPS 定位中,经常采用下列观测值中的一种进行数据处理,以确定也待定点之间的基线向量。 • L1 载波相位观测值 • L2 载波相位观测值(半波或全波) • 调制在 L1 上的 C/A 码伪距 • 调制在 L1 上的 P 码伪距 • 调制在 L1 上的 P 码伪距 • L1 上的多普勒频移 • L2 上的多普勒频移 实际上,在进行 GPS 定位时,除了大量使用上面的观测值进行数据处理以外,还经常使用一些特殊观测值,如宽巷观测值( Wide-Lane )、窄巷观测值( Narr、w-Lane )、消除电离层延迟的观测值 (I、n-Free) 来进行数据处理。这些特殊观测值是由前面的观测值通过某些组合形成的。 (2) 伪距定位 伪距定位所采用的观测值为 GPS 伪距观测值,所采用的伪距观测值既可以是 C/A 码伪距,也可以是 P 码伪距。伪距定位的优点是数据处理简单,对定位条件的要求低,不存在整周模糊度的问题,可以非常容易地实现实时定位;其缺点是观测值精度低, C/A 码伪距观测值的精度一般为 3m ,而 P 码伪距观测值的精度一般在 30m 左右,从而导致定位精度低。另外,若采用精度较高的 P 码伪码观测值,还存在精度的问题。 (3)载波相位定位 载波相位定位所采用的观测值为 GPS 的载波相位观测值,即 L1 , L2 或它们的某种线性组合。载波相位定位的优点是观测值的精度高,其缺点数据处理过程复杂,存在整周模糊度的问题。 (4)根据模式的定位 • 绝对定位 绝对定位又称为单点定位,这是一种采用一台接收机进行定位的模式。它所确定的是接收机天线的绝对坐标。这种定位模式的特点是作业方式简单,可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。 • 相对定位 相对定位又称为差分定位,这种定位模式采用两台以上的接收机,同时对一组相同的卫星进行观测,以确定接收机天线间的相互位置关系。 (5)根据获取定位结果的时间定位 • 实时定位 实时定位是根据接收机观测到的数据,实时地解算出接收机天线所在的位置。 • 非实时定位 非实时定位又称后处理定位,它是通过对接收机接收到的数据进行处理后进行定位的方法。 (6)根据定位时接收机的运动状态定位 • 动态定位 所谓动态定位,就是在进行 GPS 定位时,认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是变化的。也就是说,在数据处理时,将接收机天线的位置作为一个随时间的改变而改变的量。 动态定位又分为 Kinematic 和 Dynamic 两类。 • 静态定位 所谓静态定位,就是在进行 GPS 定位时,认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是保持不变的。也就是说,在数据处理时,将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中,静态定位一般用于高精度的测量定位,其具体观测模式是多台接收机在不同的观测站上进行静止同步观测,观察时间有几分钟、几小时到数十小时不等。
上一篇:德瑞科技讲座——GPS常识
下一篇:没有了
|