文档介绍：第六章 GPS卫星导航
GP
S测量原理及应用
概述
导航的定义:所谓导航,就是引导航行的意思;也就是确定航行体运动到什么地方和向何方向运动的意思。
导航的首要问题就是确定航行体的即时位置。另外,为现代载体提供精确的导航信息,还需要测定载体的瞬间速度,精确的时间,运动载体的姿态等状态参数,进而“导引”该运动载体准确地驶向预定的位置。由此可见,导航是一种广义的动态定位。
卫星导航:即用导航卫星发送的导航定位信号引导运动载体安全到达目的地的一门新兴科学。
GPS导航的特点:用户多样、速度多样、定位实时、数据和精度多变。
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GPS卫星导航原理
(1)单点动态定位它是用安设在一个运动载体上的GPS接收机,自主地测得该运动载体的实时位置,从而描绘出运动载体的运行轨迹。所以单点动态定位又叫做绝对动态定位。
(2)实时差分动态定位它是用安设在一个运动载体上GPS信号接收机,及安设在一个基准站之间的另一台GPS接收机,联合测得该运动载体的实时位置,从而描绘出该运动载体的运行轨道,故差分动态定位又称相对动态定位。
(3)后处理差分动态定位它和实时差分动态定位的主要差别在于,在运动载体和基准站之间,不必像实时动态定位那样建立实时数据传输,而是在定位观测以后,对两台GPS接收机所采集的定位数据进行测后的联合处理,从而计算出接收机所在运动载体在对应时间上坐标位置。
从目前GPS导航的应用看,主要分以下几种方法:
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单点动态定位
单点动态定位的基本方程为:
利用(6-1)解算用户位置时,不是直接求它的三维坐标,而是求各个坐标分量的修正量,即给定用户三维坐标的初始值(Xu0,Yu0,Zu0),而求解三维坐标的改正值(△Xu,△Yu△Zu))和距离偏差d。对(6-1)式中Xu,Yu,Zu分别微分,便得到线性方程:
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单点动态定位
其中矩阵:
(6-3)
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T
单点动态定位
——对应第j颗卫星的伪距观测值
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,
伪距差分动态定位
所谓差分动态定位(DGPS),就是用两台接收机在两个测站上同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号,用以联合测得动态用户的精密位置。其中一个测站是位于已知坐标点,设在该已知点(又称基准点)的GPS信号接收机,叫做基准接收机。它和安装在运动载体上的GPS信号接收机(简称为动态接收机)同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号。基准接收机所测得的三维位置与该点已知值进行比较,便可获得GPS定位数据的改正值。如果及时将GPS改正值发送给若干台共视卫星用户的动态接收机,而改正后者所测得的实时位置,便叫做实时差分动态定位。
图6-1 差分动态定位的原理框图
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伪距差分动态定位
由式(6-1)可知,基准站R测得至GPS卫星j的伪距为:
(6-4)
伪距的改正值为:
(6-5)
动态接收机所测得的伪距:
(6-6)
动态接收机所测得的伪距加改正后为:
(6-7)
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伪距差分动态定位
当动态用户远离基准站在1000km以内时,则有:
,
故(6-7)式变为:
(6-8)
则基准/动态接收机的钟差之差所引起的距离偏差为:
(6-9)
如果基准/动态接收机各观测了4颗GPS卫星,则按(6-8)列出4个方程式,可解出4个未知数(Xk,Yk,Zk,△dr)。
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当动态用户和基准站同时观测了4颗相同的GPS卫星时,则可得到三个φ值,从而按上式列出三个方程式。因为光速c和载波频率f是已知的,卫星的轨道位置可以按第四章的方法算得,故可按三个方程式解算出在t时刻动态用户位置估值
动态载波相位差分测量
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