GPS定位技术--绝对定位原理
第三章-GPS定位的基本原理
设
代入测码伪距方程
可得
在测站T历元同步观测4颗以上卫星，可得
静态测量时，可以观测多颗卫星不同历元的观测值，故
钟差表示为多项式的形式或将不同的历元设立独立的参数参与平差，则未
知数的个数为3+ 或3 + ， 为钟差模型系数， 为观测历元数。
2、测相伪距静态绝对定位
动态相对定位：将其中一台接收机固定在测站上，另一台接收机安置在运动
的载体上，在运动中与固定观测站的接收机进行同步观测，确定运动载体相
对于固定观测站的瞬时位置。
相对定位的特点：测量的是接收机天线间的相对位置。
1、静态相对定位
一般采用测相伪距观测量作为基本观测量，是当前GPS定位精度最高的一种方法。
经典快速定位：一般需要45分钟以上
区域（初始坐标或整周模糊度解的三倍标准差内），在区域内遍历每个可能的
值，依据一定的条件（如模糊函数值最大或方差最小）确定估值。
3.2.4 周跳的探测分析与修复
周跳：由于各种原因接收机计数器发生中断，无法准确记录整周计数，导致记
录的整周计数和正确的整周计数存在偏差，称为周跳。
周跳有两种类型：
（1）中断数分钟以上，在数个历元中没有载波相位观测值；
分量、一个接收机钟差、 个整周模糊度，即3+1+
方程的个数少于未知数的个数，因此在进行测相伪距动态绝对定位之前应在静止
状态下求出整周模糊度。
3.3.2 绝对定位精度评价
地面点一定的情况下，影响单点定位精度的因素：
观测量的精度；
观测卫星的空间几何分布。
一般采用精度衰减因子DOP评价定位的精度， = 0 ∙ （0 为伪距测量中误差）
《GPS绝对定位原》课件
GPS信号接收器通常采用高精度 振荡器来确保时间基准的准确性
。
GPS信号接收器的使用方法
01
开启GPS信号接收器， 搜索并锁定至少四颗 GPS卫星信号。
02
等待接收机计算出位置 和时间信息，通常需要 几秒钟时间。
03
使用GPS信号接收器的 导航功能，输入目的地 坐标或地名，获取导航 路线和指示。
交通导航
车辆导航
为驾驶员提供准确的定位和导航 服务，避免迷路和走错路线。
航空导航
为飞机提供精确的定位和导航信 息，确保飞行安全。
地质测量
矿产资源勘探
通过GPS进行地质测量，帮助寻找和 确定矿产资源的分布和储量。
地形地貌测绘
对地形地貌进行精确测量，为土地规 划、城市建设和环境保护提供数据支 持。
气象观测
04
在行驶过程中，保持接 收器与卫星的持续通信 ，以便实时更新位置和 导航信息。
04
绝对定位的误差来源
卫星轨道误差
卫星轨道误差是指卫星在地球轨道上 运行时产生的偏差，可能是由于地球 引力、太阳辐射压和其他因素的影响 。
轨道误差可以通过轨道修正模型进行 修正，以减小其对定位精度的影响。
轨道误差会导致卫星位置和速度的不 准确，从而影响GPS定位的准确性。
气象监测
利用GPS观测气象数据，如风速、风向、气压等，为天气预报提供准确数据。
气候变化研究
通过GPS观测地球气候变化，为气候变化研究提供重要数据支持。
THANKS
感谢观看
受多种因素影响，包括 卫星轨道误差、信号传 播误差、接收机误差等
。
实时定位精度
通常在10米左右，但在 某些条件下可达到厘米
级精度。
GPS定位原理 绝对定位 相对定位 差分模型 单点差分 局域差分 广域差分
第四章GPS定位原理GPS绝对定位（单点定位、伪距定位）静态绝对定位动态绝对定位GPS相对定位（差分定位？）静态相对定位动态相对定位第一节 GPS绝对定位GPS绝对定位：是一个用户利用GPS接收机，以地球质心为参考点，对卫星信号进行接收和观测，确定接收机天线在WGS-84坐标系中的绝对位置，又称单点定位或伪距定位。
GPS绝对定位基本原理：以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离观测量为基准，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收天线所对应的位置。
现令 : (X j Y j Z j) 为卫星 j 的已知坐标, j = 1，2 …n。
2、绝对定位的精度评价:（1）平面位置精度因子HDOP（2）高程精度因子VDOP（3）空间位置精度因子PDOP（4）几何精度因子GDOP（5）接收机钟差精度因子TDOP注:1）DOP值∝ 1/V , V为星站六面体的体积。
2）亦要考虑大气传播误差的影响。
第二节 GPS相对定位GPS相对定位：是利用两台或两台以上GPS接收机分别安置在不同的GPS点上，并同步观测相同的GPS卫星，将所获得观测值按一定的方法进行差分处理，消除一些误差对各观测值影响的相关部分，然后再进行解算，可以获得GPS点间的相对位置或基线向量。
GPS相对定位数学模型载波相位测量的观测方程:1、一次差分观测值:1) .站际一次差分观测※其消除了与卫星有关的误差(星钟误差等)影响,削弱了大气传播误差(电离层和对流层折射误差)影响。
2).星际一次差分观测※其消除了与接收机有关的误差(机钟误差等)影响,削弱了大气传播误差(电离层和对流层折射误差) 的影响。
3).历元间一次差分观测※其削弱了大部分误差的影响,同时消去了N0( 初始整周模糊度 )。
2、二次差分观测值:1).站际与星际二次差分观测值:消除了与测站、卫星有关的误差，减弱了对流层折射和电离层折射的误差2).星际与历元间二次差分观测值:消除了与测站、卫星有关的误差，减弱了对流层折射和电离层折射的误差，同时消去了N0 (初始整周模糊度)。
全球定位系统原理_绝对定位原理
全球定位系统原理_绝对定位原理全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）是一种使用卫星和地面设备来确定地球上任意位置的导航和定位系统。
GPS通过接收来自卫星的信号，可以实现高精度的绝对定位和导航功能。
其原理主要基于以下几个关键要素：1.卫星定位GPS系统由一组24颗卫星组成，这些卫星分布在地球轨道上，每颗卫星都有精确的轨道和运行时间。
卫星定位的原理是通过接收来自至少四颗卫星的信号来确定接收器的位置。
卫星发射的信号包含卫星的精确位置和时间信息。
2.接收器接收卫星信号GPS接收器是用来接收并处理来自卫星的信号的设备。
接收器内部包含一个天线，用于接收卫星发射的信号。
接收器将接收到的信号传递给处理器进行处理。
3.三角定位原理GPS定位原理基于三角定位原理。
接收器通过接收至少四颗卫星的信号，可以测量这些卫星和接收器之间的距离。
由于卫星的位置是已知的，接收器可以通过测量这些距离来确定自己的位置。
接收器利用一个复杂的数学算法和时间测量技术来计算自己的位置。
4.精确时间同步GPS系统的精度与时间的同步性密切相关。
因为GPS信号的传播速度是已知的，接收器可以通过测量信号的传播时间来计算出距离。
然而，精确的时间同步对于距离的计算至关重要。
GPS系统中的卫星都有精确的内部时钟，接收器通过接收卫星发射的时间信号来与卫星进行时间同步。
5.加速度计和陀螺仪GPS系统还可以结合加速度计和陀螺仪等辅助设备，提供更精确和准确的定位和导航功能。
加速度计可以测量加速度和速度的变化，从而帮助用户确定自己的移动方向和速度。
陀螺仪可以测量旋转速度和姿态，进一步提高定位的精度和准确性。
总之，全球定位系统的原理主要基于卫星定位、接收器接收卫星信号、三角定位原理、精确时间同步和辅助设备等多个要素。
通过利用卫星发射的信号和接收器的计算能力，GPS系统可以实现高精度的绝对定位和导航功能。
这种原理已广泛应用于航空、航海、军事、车辆导航和移动设备等领域。
全球定位系统与相对论
全球定位系统（GPS）是一种利用卫星和地面设备来确定地理位置的技术。
GPS系统由一组卫星和接收器组成，这些卫星通过跟踪GPS接收器和地面站的信号来确定位置。
全球定位系统中有两种主要类型的定位原理：绝对定位原理和相对定位原理。
绝对定位原理是一种使用GPS接收器直接与卫星通信，以确定位置的技术。
相对定位原理是一种使用不同的参考点之间的相对位置关系来确定位置的技术。
相对论，特别是爱因斯坦的相对论，在GPS中起到了重要的作用。
相对论预测了原子钟在强重力下的摇摆频率与在弱重力条件下的摇摆频率的不同。
在GPS中，原子钟用于确定时间差，进而计算位置。
由于相对论效应，这些原子钟的准确性对于GPS来说至关重要。
此外，GPS的信号总是存在一定的误差。
相对论效应是导致这些误差产生的原因之一。
根据爱因斯坦的相对论，原子钟在强重力下的摇摆频率比在弱重力条件下的更慢。
以上内容仅供参考，建议查阅关于全球定位系统与相对论的书籍、文献获取更专业的信息。
第六章：GPS动态定位原理
6
2 GPS动态相对定位原理
虽然动态绝对定位作业简单，易于快速的实现实时定位， 但是，由于定位过程中受到卫星星历误差，钟差，及信号 传播误差等诸多因素的影响，其定位精度不高，难以满足 高精度动态定位的要求，因此，限制了其应用范围。
由于GPS测量误差具有较强的相关性，因此，可以在 GPS动态定位中引入相对定位作业的方法，即GPS动态相 对定位。该方法实际上是用两台GPS接收机，将一台接收 机安置在基准站上固定不动，另一台接收机安置在运动的 载体上，两台接收机同步观测相同的卫星，通过在观测值 之间求差，以消除具有相关性的误差，提高定位精度。而 运动点的位置是通过确定该点相对基准站的位置实现的， 这种定位方法也叫差分GPS定位。
7
2 GPS动态相对定位原理
动态相对定位分为以测距码伪距为观测量的动态相对定 位和以载波相位伪距为观测量的动态相对定位。
测距码伪距相对动态定位，由安置在点位坐标精确已知 的基准站接收机测量出该点到GPS卫星的伪距D~ij ，该伪距 包含了卫星星历误差，钟差，大气折射误差等各种误差的
影响。此时，由于基准接收机位置已知，利用卫星星历数 据可计算出基准站到卫星的距离Dij ，该距离中仍包含有相
GPS
(单位：m) 3.0 2.4 24 24 4.0 0.4
1.0 34.4 103.2
DGPS(单位：m) 间距（km）
0 100 300 500 0000 0 0.04 0.13 0.22 0.25 0.25 0.25 0.25 0 0.43 1.30 2.16 0 0.73 1.25 1.60 0 0.40 0.40 0.40 0.50 0.50 0.50 0.50 0.20 0.20 0.20 0.20 0.59 1.11 1.94 2.79 1.0 1.0 1.0 1.0 1.16 1.49 2.19 2.96 3.5 4.5 6.6 8.9
名词解释gps的绝对定位
名词解释gps的绝对定位GPS（全球定位系统）是一种通过卫星导航技术实现的全球绝对定位系统。
它通过一组卫星和接收器的相互配合，可以精确测定地球上任何一个点的经度、纬度以及海拔高度。
首先，GPS的定位原理主要基于信号传播和时间测量。
目前，GPS系统由24颗工作卫星和几颗备用卫星组成，它们绕在地球轨道上的高度约为20000公里。
这些卫星以高度相对固定的轨道周围旋转，它们通过广播信号将其位置和时间的数据传输到地面上的GPS接收器。
当我们使用GPS设备时，接收器会同时接收到多颗卫星发出的信号，并利用这些信号计算接收器与卫星之间的距离。
由于这些卫星的位置是已知的，接收器可以通过测量信号传播的时间差来计算距离。
通过至少三颗卫星的信号，接收器可以确定自身相对于这些卫星的位置。
当接收器能接收到更多卫星的信号时，定位的精度会更高。
在计算过程中，GPS系统需要精准地确定信号传播的时间。
为了达到这一目的，GPS接收器内置了精准的原子钟。
通过比较接收器内部的时钟与卫星信号中的时间标记，接收器可以计算出信号传播的时间。
此外，GPS系统也采用了纠正误差的技术，例如对大气层和其他影响信号传播的因素进行修正，以提高定位的准确性。
GPS的绝对定位功能应用广泛，尤其在航海、航空、交通运输、地质勘探等领域中扮演重要角色。
航海中的GPS可帮助船只确定准确的位置，从而保证安全导航。
在航空业中，飞机可以借助GPS定位确定飞行航线和目的地。
交通运输方面，GPS也被应用于车辆跟踪和物流管理。
GPS还可以用于地质勘探，帮助科学家们精确测量地壳运动和地震活动。
除此之外，GPS还深入到了我们日常生活中的各个方面。
智能手机和车载导航系统已经广泛集成了GPS技术，使我们能够方便地找到目的地。
徒步旅行者可以利用GPS设备确定所在位置，避免迷路。
此外，GPS还被用于运动追踪、户外探险以及地理信息系统（GIS）等领域。
然而，尽管GPS在定位方面非常强大和准确，但它也存在一些限制。
GPS定位方法分类和基本原理介绍
在绝对定位和相对定位中，又都包含静态和动 态两种形式。
GPS观测量的基本概念
无论采取何种GPS定位方法，都是通过 观测GPS卫星而获得某种观测量来实现 的。GPS卫星信号含有多种定位信息， 根据不同的要求，可以从中获得不同的 观测量，主要包括： •根据码相位观测得出的伪距。 •根据载波相位观测得出的伪距。 •由积分多普勒计数得出的伪距。 •由干涉法测量得出的时间延迟。
用C/A码进行测量的伪距为C/A码伪距， 用P码测量的伪距为P码伪距。
伪距法定位特点
伪距法定位虽然一次定位精度不高，P码 定位误差约为10m，C/A码定位误差为 20-30m，但因其具有定位速度快，且无 多值性问题等优点，仍然是GPS定位系统 进行导航的最基本方法。同时，所测伪距 又可作为载波相位测量中解决整波数不确 定问题（整周模糊度）的辅助资料。
k jtkk jtkktk
载波相位测量观测方程
通常的相位测量或 相位差测量只是测 Sj(t0)
出一周以内的相位 0 值，实际测量中，
如果对整周进行计
取得连续
的相位观测值。
k
Sj(ti)
i
Int(φ)
N0
载波相位测量观测方程
t0 时刻和tk 时刻的相位观测值可以写成：
载波相位测量观测方程
载波相位观测的的观测量是GPS接收机所接 收的卫星载波信号与接收机本振参考信号的 相位差。以 kj tk 表示k接收机在接收机钟 面时刻tk时所接受到的j卫星载波信号的相位 值，k tk 表示k接收机在钟面时刻tk时所产 生的本地参考信号的相位值，则k接收机在 接收机钟面时刻tk时观测j卫星所取得的相位 观测量可写为：
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、特点： 1. 观测站之间无需通视； 2. 定位精度高；
来自 中国最大的资料库下载3. 观测时间短； 4. 提供三维坐标； 5. 操作简便； 6. 全天候作业
GPS定位技术--绝对定位原理
§7.2 GPS系统的组成
一、GPS系统组成
空间星座部分
来自 中国最大的资料库下载
GPS定位技术--绝对定位原理
2、GPS卫星及其功能 1）、GPS卫星 GPS卫星的主体呈圆柱形，直径约为1.5m，重约774kg，两侧设有两
块双叶太阳能板，能自动对日定向，以保证卫星正常工作用电。每颗卫星 装有4台高精度原子钟（2台铷钟和2 台铯钟），这是卫星的核心设备。它 来自 中国将最发大射的标资准料频库率下载信号，为GPS定位提供高精度的时间标准。
第七章 GPS定位技术
§7.1 概述
为了满足军事及民用部门对连续实时三维导航的需求，1973年美国 国防部开始研究建立新一代卫星导航系统，即授时与测距导航系统 / 全球 定位系统（Navigation System Timing and Ranging / Global Positioning 来自 中国S最ys大te的m资—料—库N下A载VSTAR / GPS），称为全球定位系统（GPS）。
GPS定位技术--绝对定位原理
§ 7.3 GPS定位原理
一、 GPS绝对定位原理 利用GPS进行绝对定位的基本原理，是以GPS卫星和用户接收机天
线之间的距离观测量为基准，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收 机天线所在的位置。实质是空间距离后方交会。又称伪距离测量。
地面监控部分
用户设备部分
空间部分： 24颗卫星提供星历和
时间信息发射伪距和载 波信号
提供其它辅助信息
用户部分： 接收并观测卫星信号 记录和处理数据
提供导航定位信息
地面控制部分： 中心控制系统 实现时间同步
跟踪卫星进行定轨
GPS定位技术--绝对定位原理
二、空间星座部分
1、GPS卫星星座的构成 全球定位系统的空间卫星星座，由24 (3颗备用卫星) 颗卫星组
GPS定位技术--绝对定位原理
三、地面监控部分 GPS的地面监控部分是由分布在全球的5个地面站组成，其中包
括卫星监测站、主控站和信息注入站。
来自 中国最大的资料库下载
GPS定位技术--绝对定位原理
1、监测站 5个地面站均具有监测的功能。监测站是在主控站直接控制下的
数据自动采集中心。站内设有双频GPS接收机、高精度原子钟、计算 机各一台和若干台环境数据传感器。接收机对GPS卫星进行连续观测，
来自 中国最大的资料库下载
以采集数据和监测卫星的工作状况。原子钟提供时间标准，而环境传 感器收集有关当地的气象数据。所有观测资料由计算机进行初步处理， 并储存和传送到主控站，用以确定卫星的轨道信息。
GPS定位技术--绝对定位原理
2、主控站
主控站一个，设在美国本土科罗拉多·斯平士（Colorado Springs）的联合空间执行中心CSOC。主控站除协调和管理地面 监控系统工作外，其主要任务是：
GPS定位技术--绝对定位原理
3、注入站
注入站现有三个，分别设在印度洋的迭哥加西亚（Diego Garcia）、南大西洋的阿松森岛（Ascencion）和南太平洋的卡瓦 加兰（Kwajalein）。注入站的主要设备为一台直径为3.6m的天线、 一台C波段发射机和一台计算机。其主要任务是在主控站的控制下 来自 中国最大将的主资控料库站下推载算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令 等，注入到相应卫星的存储系统，并检测注入星系的正确性。
GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。测速的精 度可达0.1m/s，测时的精度可达几十毫微秒。GPS可为各类用户连续提 供动态目标的三维位置、三维速度及时间信息。 随着GPS定位技术及数 据处理技术的不断完善，其精度还将进一步提高。利用全球定位系统进 行导航，可实时确定运动目标的三维位置和速度，保障运动载体沿预定 航线运行，亦可选择最佳航线。
GPS定位技术--绝对定位原理
2）、基本功能是： （1）、接收和储存由地面监控站发来的导航信息，并执行监控站的 控制指令； （3）、卫星上设有微处理机，能进行部分必要的数据处理工作； 来自 中国最（大3的）资、料通库过下载星载的高精度铯钟和铷钟提供精密的时间标准； （4）、向用户发送定位信息； （5）、在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星的姿态和启用 备用卫星。
1）、根据本站和其他监测站的所有观测资料，推算编制各卫 来自 中国最大的资星料的库星下历载、卫星钟差和大气层的修正参数等，并把这些数据
传送到注入站。 2）、提供全球定位系统的时间基准。各测站和GPS卫星的原 子钟，均应与主控站的原子钟同步，或测出其间的钟差，并 把这些钟差信息编入导航电文，送到注入站。 3）、调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行。 4）、启用备用卫星，以代替失效的工作卫星。
成。卫星分布在6个轨道面内，每个轨道上分布有4颗卫星。卫星轨 道面相对地球赤道面的倾角约为55º，各轨道平面升交点的赤经相
来自 ห้องสมุดไป่ตู้国最大的资料库下载
差60º。在相邻轨道上，卫星的升交距相差30º。轨道平均高度约为 20200km，卫星运行周期为11小时58分。因此，同一观测站上， 每天出现的卫星分布图形相同，只是每天提前4分钟。每颗卫星每 天约有5个小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目， 随时间和地点而异，最少为4颗，最多可达11颗。
整个GPS的地面监控部分，除主控站外均无人值守。各站间 用通讯网络联系起来，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。
GPS定位技术--绝对定位原理
四、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，主要功能是接收GPS卫星发射的信号，以获得必要 来自 中国最大的的导资航料库和下定载位信息，并经简单数据处理而实现实时导航和定位。 GPS软件部分是指各种后处理软件包，其主要作用是对观测数据 进行精加工，以便获得精密定位结果。