GPS测距定位基本原理
第五章 GPS定位基本原理
第五章 GPS定位基本原理
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2)、相对定位
• 确定同步跟踪相同的GPS信号的若干台接收机之间的相对 位臵的方法。可以消除许多相同或相近的误差（如卫星钟、 卫星星历、卫星信号传播误差等），定位精度较高。但其 缺点是外业组织实施较为困难，数据处理更为烦琐。
• 在大地测量、工程测量、地壳形变监测等精密定位领域内 得到广泛的应用。
j为卫星数，j=1,2,3,…
第五章 GPS定位基本原理
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三、用测距码来测定伪距的特点
• 利用测距码测距的必要条件
– 必须了解测距码的结构
（1）易于将微弱的卫星信号提取出来。
卫星信号的强度一般只有噪声强度的万分之一或更低。 只有依据测距码的独特结构，才能将它从噪声的汪洋大海中 提取出来；
第五章 GPS定位基本原理
接收机钟差
t tk t tk (G) t (G) tk t
j j
j
信号真正传播时 间
第五章 GPS定位基本原理 22
如果不考虑大气折射的影响，则有：
' ct c[tk t ]
j
c tk (G ) t (G ) c(tk t )
j j
ρ = τ*C= △t*C 上式求得的距离ρ并不等于卫星至地面测站的真正距 离，称之为伪距。
第五章 GPS定位基本原理 19
二、伪距测量的观测方程
• 码相关法测量伪距时，有一个基本假设，即卫星钟和接 收机钟是完全同步的。
• 但实际上这两台钟之间总是有差异的。因而在R(t) =max 的情况下求得的时延τ就不严格等于卫星信号的传播时间 Δt，它还包含了两台钟不同步的影响在内。
第五章 GPS定位基本原理 17
GPS导航定位原理以及定位解算算法
GPS导航定位原理以及定位解算算法GPS（全球定位系统）是一种基于卫星信号的导航系统，用于确定地球上任意点的位置和时间。
GPS导航定位的原理基于三个基本原则：距离测量、导航电文和定位解算。
首先，定位解算的基本原理是通过测量卫星与接收器之间的距离差异来确定接收器的位置。
GPS接收器接收卫星发射的信号，并测量信号从卫星到接收器的时间延迟。
通过已知卫星位置和测量时间延迟，可以计算出接收器与卫星之间的距离。
至少需要接收到4个卫星信号才能进行定位解算，因为每个卫星提供三个未知数（x、y、z三个坐标）和一个时间未知数。
其次，GPS导航系统通过导航电文提供的卫星轨道参数来计算卫星的精确位置。
每个卫星通过导航电文向接收器传递关于卫星识别码、卫星轨道和钟差等数据。
接收器使用这些参数来计算卫星的准确位置。
最后，通过定位解算算法，将接收器收到的卫星信号和导航电文中的轨道参数进行计算，可以确定接收器的位置。
定位解算算法主要有两种：三角测量法和最小二乘法。
三角测量法基于三角学原理，通过测量多个卫星与接收器之间的距离差异，然后根据这些距离差异以及卫星的位置信息来计算接收器的位置。
这种算法的优势是计算简单，但受到测量误差的影响较大。
最小二乘法是一种数学优化方法，通过最小化接收器位置与测量距离之间的误差平方和来求解接收器的位置。
该方法考虑到了测量误差的影响，并通过对多个卫星信号进行加权以提高解算的准确性。
除了上述的定位解算算法，GPS导航系统还使用了差分GPS和惯性导航等技术来提高定位精度和可靠性。
差分GPS通过接收器与参考站之间的信号比对，消除了大部分的误差，提高了定位精度。
惯性导航通过测量加速度和角速度来估计接收器的位移，可以在信号丢失或弱化的情况下提供连续的导航定位。
综上所述，GPS导航定位通过距离测量、导航电文和定位解算算法来确定接收器的位置。
通过接收到的卫星信号和导航电文中的轨道参数，定位解算算法能够计算出接收器的位置，并提供准确的导航信息。
GPS导航定位原理以及定位解算算法
GPS导航定位原理以及定位解算算法全球定位系统（GPS）是一种基于卫星导航的定位技术。
其基本原理是通过接收来自卫星系统的信号，并利用这些信号的时间差来计算接收器与卫星之间的距离，进而确定接收器的位置。
GPS定位原理：1.卫星信号发射：GPS系统由一组运行在地球轨道上的卫星组成。
这些卫星通过周期性地广播信号来与地面上的GPS接收器进行通信。
2.接收器接收信号：GPS接收器接收来自卫星的信号，一般至少需要接收到4颗卫星的信号才能进行定位。
3.信号延迟计算：GPS接收器通过测量信号从卫星发射到接收器接收的时间来计算信号的传播延迟，然后将延迟转换为距离。
4.距离计算：GPS接收器通过比较接收的信号与预先知道的卫星发射信号之间的时间差，进而计算出接收器与卫星之间的距离。
5.定位解算：通过同时计算接收器与多颗卫星之间的距离，可以确定接收器所在的位置。
这一过程通常使用三角测量或者多路径等算法来完成。
GPS定位解算算法：1.平面三角测量：这是一种常用的定位解算算法。
通过测量接收器与至少三颗卫星之间的距离，可以得到三个方程，从而确定接收器的位置。
2.弧长法：这一算法通过测量接收器与至少四颗卫星之间的距离，将每个卫星看作是一个弧线，然后通过计算不同卫星间弧线的交点来确定接收器的位置。
3.最小二乘法：这种算法将测量误差最小化，通过最小二乘法来计算接收器与卫星之间的距离和接收器的位置。
4.系统解算：该算法利用多个时间点上的观测数据，通过组合计算来减小误差，精确确定接收器的位置。
GPS定位解算算法根据具体的应用场景和精度要求有所不同，不同的算法有着各自的优缺点。
在实际应用中，通常结合多种算法进行定位，以提高精度。
同时，还可以通过使用差分GPS（DGPS）来消除大气延迟和接收器误差，进一步提高定位精度。
总结：GPS导航定位原理基于卫星信号的接收和测量，通过计算信号传播的时间差来确定接收器与卫星之间的距离，并通过不同的算法进行定位解算。
gps定位基本原理
gps定位基本原理
GPS定位基本原理是利用卫星进行定位的技术。
GPS系统由一组卫星、地面控制站和用户设备组成。
卫星向地面控制站发送信号，控制站对这些信号进行处理和分析，并将处理后的信息发送给用户设备。
用户设备中的GPS接收器接收到来自卫星的信号，并测量信号的传播时间。
由于信号以光速传播，可以根据传播时间计算出信号的传播距离。
通过接收来自多颗卫星的信号，并计算出这些信号的传播距离，GPS接收器可以确定自身的位置。
为了准确计算位置，GPS接收器需要同时接收来自至少四颗卫星的信号。
每颗卫星都会向接收器发送一个具有时间戳的信号，并通过该时间戳与接收器中的时钟进行同步。
接收器使用来自多颗卫星的信号和时间戳来确定自身的位置。
GPS定位的精度取决于接收器接收到的卫星数量以及这些卫星的几何分布。
当接收器处于开阔地区，能够同时接收到来自多个方向的卫星信号时，定位精度会更高。
但当接收器处于有遮挡物的地区，如高楼大厦或树木茂密的地区，定位精度可能会下降。
总的来说，GPS定位基本原理是通过接收卫星信号并测量信号的传播时间来确定自身位置的。
这种定位技术在许多领域中得到广泛应用，例如导航、车辆追踪和地图绘制等。
gps测量基本原理
gps测量基本原理
GPS测量基本原理是通过使用全球定位系统（GPS）技术来确定一个接收器的位置。
GPS系统由一组卫星、地面控制站和
用户接收器组成。
首先，GPS系统中的卫星通过发送信号来广播自己的位置和
时间信息。
这些信号到达地面上的接收器，接收器通过测量信号的传播时间来计算卫星与其之间的距离。
接收器同时接收并处理至少四个卫星的信号，然后使用三角测量原理来确定自身的位置。
通过比较接收器与卫星之间的距离，可以确定接收器与每个卫星之间的球面上的交点。
多个卫星的交点交叉在一起，确定了接收器的位置。
为了提高测量精度，GPS系统还使用了精确的时钟和差分
GPS技术。
精确时钟对于精确测量信号的传播时间至关重要。
差分GPS技术使用附近的基准站的位置信息来纠正接收器位
置的误差，从而提高测量的准确度。
总结来说，GPS测量基本原理是通过测量接收器与卫星之间
的距离来确定接收器的位置。
这是通过接收卫星的信号，计算信号传播时间并使用三角测量原理来实现的。
同时，精确时钟和差分GPS技术也是提高测量精度的重要因素。
gps原理公式
gps原理公式全球定位系统（GPS）原理是基于三角测量的方法来确定地球上某个位置的经度、纬度和海拔高度。
其工作原理如下：1. 卫星发射信号：GPS系统由一组地球轨道上的卫星组成，它们向地面发射无线电信号。
这些信号包括卫星的精确时钟信息以及卫星的编号。
2. 接收机接收信号：GPS接收机用天线接收到卫星发射的信号。
接收机将信号转换为电信号，并进行放大和处理。
3. 三角测量测距：接收机同时接收到多颗卫星发射的信号后，根据信号的传播时间差来计算距离。
这是通过衡量信号接收时间和发射时间之间的差异来实现的。
传播时间差越大，距离越远。
4. 数据处理：接收机将接收到的信号和测距数据传输给计算机进行处理。
计算机分析信号传播时间差以及卫星位置信息，使用三角定位算法来计算接收机所在位置的经度、纬度和海拔高度。
5. 定位结果显示：计算机计算出接收机所在位置后，将结果显示在GPS设备的屏幕上，用户可以通过地图或其他导航功能来了解自己的位置和导航方向。
GPS定位公式：根据三角定位算法，可以使用以下公式计算接收机的位置：（x,y,z）: 接收机所在位置的直角坐标(t1,t2,t3): 接收到信号的时间差（x1,y1,z1): 第一个卫星的位置坐标（x2,y2,z2): 第二个卫星的位置坐标（x3,y3,z3): 第三个卫星的位置坐标通过上述数据，可以使用以下公式计算接收机的经度和纬度：x = [(t1 - t2) * c * x3 - (t1 - t3) * c * x2] / [2*(x1-x2)*(t1-t3) +2*(x1-x3)*(t1-t2)]y = [(t1 - t2) * c * y3 - (t1 - t3) * c * y2] / [2*(y1-y2)*(t1-t3) +2*(y1-y3)*(t1-t2)]z = [(t1 - t2) * c * z3 - (t1 - t3) * c * z2] / [2*(z1-z2)*(t1-t3) +2*(z1-z3)*(t1-t2)]其中，c为光速。
gps 测量 原理
gps 测量原理
GPS测量原理是基于卫星信号的接收和计算。
基本原理如下：
1. 卫星发射信号：GPS系统由全球一定数量的卫星组成，它
们以非常准确的时间间隔向地面发射无线电信号。
2. 接收器接收信号：GPS接收器接收到卫星发射的信号。
接
收器内部有一块接收天线用来接收信号，并将信号送入接收器电路。
3. 测量信号延迟时间：接收器通过测量信号从卫星发射到接收器的时间差，计算出信号所经过的距离。
信号的传播速度为光速，所以信号延迟时间可以转化为距离。
4. 信号三角定位：接收器至少接收到3颗卫星信号后，可以通过三角定位的方法计算出自身的位置。
这是因为每颗卫星都处于已知的轨道上，接收器通过计算与每颗卫星的距离，得到三个距离值，再通过三角计算得到准确的位置。
5. 改善精度：接收器接收到的卫星信号可能会受到空气湿度、大气延迟、接收器钟差等因素的影响，会导致测量结果不够准确。
为了提高定位精度，GPS测量还会使用一些校正方法，
如差分GPS和载波相位测量等。
总的来说，GPS测量原理是通过接收卫星发射的信号，测量
信号延迟时间并利用三角定位原理计算出位置坐标。
同时还需进行额外的校正以提高精度。
GPS定位基本原理
GPS定位基本原理GPS（全球定位系统）是一种利用地球上的卫星网络进行定位的技术。
它能够提供高精度的位置信息，并广泛应用于导航、地图、车辆追踪等领域。
本文将介绍GPS定位的基本原理。
一、GPS系统概述GPS系统由一组卫星、地面控制站和接收设备组成。
现代化的GPS 系统通常由24颗工作卫星和3颗备用卫星组成，这些卫星分布在地球低轨道上。
地面控制站负责维护卫星轨道和时间同步，并向卫星发送指令。
二、GPS定位原理GPS定位的基本原理是通过测量卫星与接收设备之间的信号传播时间来计算准确的位置。
GPS接收设备内置有多个接收天线，用于接收来自卫星的导航信号。
1. 三角测量原理GPS定位利用了三角测量原理。
当接收设备接收到至少4颗以上的卫星信号后，就可以通过测量信号传输时间来计算卫星与接收设备之间的距离。
接收设备根据这些距离信息，利用三角测量原理计算出自身的准确位置。
2. 卫星钟同步GPS定位还需要考虑卫星和接收设备之间的时间同步问题。
卫星内置高精度的原子钟用于发送导航信号，并提供时间信息。
接收设备通过测量信号传播的时间差，校正卫星和自身设备之间的时间差，以确保定位的准确性。
3. 误差校正GPS定位还需要考虑各种误差对定位结果的影响，并进行相应的校正。
常见的误差包括大气延迟、钟差误差和多径效应等。
大气延迟是由于卫星信号穿过大气层而引起的延迟；钟差误差是卫星和接收设备内部时钟不完全同步所导致的误差；多径效应则是由于信号在传播过程中被建筑物、地形等物体反射而引起的误差。
通过采用差分定位、精密码和半载波技术等手段，可以对这些误差进行校正，提高定位的准确性。
4. 差分定位技术差分定位是一种通过参考站和接收站之间的距离差异进行差分计算来提高定位精度的技术。
参考站会测量准确的位置，并将数据通过无线电信号传输给接收设备进行差分计算。
差分定位可以有效降低多种误差的影响，提高定位的准确性。
三、GPS定位的应用GPS定位技术已广泛应用于各个领域。
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1. GPS定位方法分类
定 绝对定位 位 方 式 相对定位
静态定位 动态定位
静态定位 动态定位
.
*绝对定位
*将接收机安置在固定点上观测数分钟或更长时间，以确
定该点三维坐标。
*在一个待定点上，利用GPS接收机观测4颗以上的GPS卫
星，独立确定待定点在地固坐标系的位置（目前为WGPS －84坐标系），称之为绝对定位。
.
GPS系统的定位步骤：
*跟踪、选择卫星、接收选定卫星的信号。 *解读、解算出卫星位置。 *测量得到卫星和用户之间的相对位置。 *解算得到用户的最可信赖位置。
.
*三个未知量需要三个方程
r1 (xsv1xue)2 (ysv1yue)2 (zsv1zue)2 r2 (xsv2 xue)2 (ysv2 yue)2 (zsv2 zue)2 r3 (xsv3xue)2 (ysv3yue)2 (zsv3zue)2
*载波相位测量：测量具有载波多普勒频移的GPS
卫星载波信号与接收机产生的参考信号之间的相 位差。
*多普勒测量：由积分多普勒计数得出的伪距。 *所需观测时间较长，一般数小时，同时观测过
程中，要求接收机的震荡器保持高度稳定。
.
原 伪距观测值
C/A码，码元宽293M，精度2.9M P码，码元宽29 . 3M，精度0. 29M
由码相位观测所确定的伪距简称测码伪距， 由载波相位观测所确定的伪距简称为测相伪距。
.
对于某颗卫星： r 是已知值 P 是测量值 R 是未知值
.
接收机的时钟与卫星导航系统所用的时间差是 一个定值，假设为Δt，那么上述公式就要改写成
R＝ sqrt[（x1－x）2＋（y1－y）2＋（z1－z）2 ]＋Δt·c 式中，c是电波传播速度（光速）；Δt也是个未知数。
在地球上）都是运动的。它们的位置都需 要时间来确定。
* 假设用户的时钟慢千分之一秒，于是
延迟就多了0.001秒，所测量得的距离 也就多了三百公里。
* GPS卫星的速率大约是每秒3.87公里。
赤道上一点由于地球自转移动的速率 是每秒456米。所以以上千分之一秒的 误差将引起大约3870*0.001=3.87米的 误差。
*首先，根据卫星广播的星历，计算出第i颗卫星的准确
位置xi，yi，zi；
'
*其次，根据测量的码伪距或相位的伪距 ，计算出用
户与第i颗卫星之间的相对距离 ；
*最后，根据导航方法计算出用户的三维位置x，y，z。
.
测距方法 *伪距测量（伪码测距）：测量GPS卫星发射的测
距码信号到达用户接收机的传播时间。
.
GPS定位方法分类
按用户接收机作业时所处的状态划分： （1）静态定位：在定位过程中，接收机位置静止不动， 是固定的。静止状态只是相对的，在卫星大地测量中的静 止状态通常是指待定点的位置相对其周围点位没有发生变 化，或变化极其缓慢，以致在观测期内可以忽略。 （2）动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状 态。
*绝对定位的优点
*只需用一台接收机独立定位，观测的组织与实施简便，
数据处理简单。
*主要问题
*受卫星星历误差和卫星信号在传播过程中的大气延迟误
差的影响显著
*定位精度较低。
.
*相对定位：
*将两台或更多台接收机置于不同点上，通过一段时间的观
测确定点间的相对位置关系。
*在两个或若干个测量站上，设置GPS接收机，同步跟踪观
*过去动态、静态定位的区别
*动态定位 *基本上就是指GPS导航，所采用的技术是P码或C/A码
的伪码距测量定位。
*相位测量由于存在整周模糊问题，不能用于动态测量
定位。
*静态定位 *被测点固定，实时性不高，因而可以采取大量的重复
观测，基本上采用载波相位测量定位技术
测相同的GPS卫星，测定它们之间的相对位置，称为相对 定位。*在相对定位中，至少中一点或几个点的位置是已知的，
即其在WGS－84坐标系的坐标为已知，称之为基准点。
*相对定位是高精度定位的基本方法
*广泛应用于高精度大地控制网、精密工程测量、地球动力
学、地震监测网和导弹和火箭等外弹道测量方面。
.
动态、静态定位的区别
始
观
测
量 载波相位观测值
L1载波，波长19cm，精度0. 19cm L2载波，波长24cm，精度0. 24cm
载波相位观测值
优点：观测值精度高，用精密定位
存在问题
整周不确定（模糊度解算） 整周跳变现象
.
至少有两个原因用户需要知道精确的时间：
1. 用户通过测量卫星信号的延迟来确定与卫
星之间的距离。
2. 卫星、用户以及它们所在的坐标系（固定
i：卫星的索引号； ri：到第i颗卫星的距离；
xsvi, ysvi,zsvi ：第i颗卫星的位置；
(xue, yue, zue)：用户的位置，三个未知量。
.
*需解决的两个关键问题
*如何确定卫星的位置 *如何测量出站星距离
*GPS定位的基本原理
.
'
GPS系统的实质（关键），是要得到用户（载 体）的高精度的瞬时位置。若根据前面在概论中 所描述的几何模型，定位过程就是：
*GPS测距定位基本原理
.
GPS定位的基本原理和过程
*GPS定位依据的是空间几何三点定位原理。 *为了消除时差引入的误差，GPS系统技术上采取四星
定位。
*定位除依据星座的几何构图外，还必须有准确的定
时。
*GPS卫星导航系统的定位精度取决于卫星和用户间的
几何结构、卫星星历精度、GPS系统时同步精度、测 距精度和机内噪声等诸因素的组合。
只要接收机能测出距四颗卫星的伪距，便有四个这 样的方程，把它们联立起来，便可以解出四个未知 量x、y、z和Δt，即能求出接收机的位置并告诉它准 确的时间。
.
GPS定位方法分类
定位方法分类 按参考点的不同位置划分为： （1）绝对定位（单点定位）：在地球协议坐 标系中，确定观测站相对地球质心的位置。 （2）相对定位：在地球协议坐标系中，确定 观测站与地面某一参考点之间的相对位置。
*确定时间的必要性 .
被测点接收机与卫星之间的距离是： R2＝ （x1－x）2＋（y1－y）2＋（z1－z）2
式中：X，Y，Z为被测点坐标值，是待求解的未知数；
R的测定与时间量有关，而用户便携接收机一般不可 能有十分准确的时钟，因此由它测出的卫星信号在 空间的传播时间也是不准确的，因而测出的距卫星 的距离也不准确，这种距离叫做伪距（PR）。