gps技術(shù)-第七章2012-1

1、第七章 GPS定位方法,Slide 2,學(xué)習(xí)內(nèi)容及體系,GPS系統(tǒng)組成衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)和衛(wèi)星星歷GPS信號(hào)和觀測(cè)值定位誤差源,Slide 3,Outline,GPS定位的方法概述絕對(duì)定位相對(duì)定位差分定位,Slide 4,第一節(jié)GPS定位的方法分類(lèi),根據(jù)使用的觀測(cè)值： 偽距測(cè)量、載波相位測(cè)量根據(jù)測(cè)站的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 靜態(tài)、動(dòng)態(tài)根據(jù)觀測(cè)方式 絕對(duì)定位、相對(duì)定位,Slide 5,1）偽距定位與載波相位定位,偽距定位

2、 采用偽距觀測(cè)值，測(cè)距直接，定位精度低載波相位定位 采用載波相位觀測(cè)值，觀測(cè)值轉(zhuǎn)化成距離有一定難度，定位精度高,C/A碼： 29.3m P碼： 2.93mL1載波： 1.9cmL2載波： 2.4cm,測(cè)距精度比較,Slide 6,2）靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位,靜態(tài)定位：在定位過(guò)程中，接收機(jī)的位置是固定的，處于靜止?fàn)顟B(tài)。(這種靜止?fàn)顟B(tài)是相對(duì)的) 動(dòng)態(tài)定位：在定位過(guò)程中，接收機(jī)天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。廣泛應(yīng)用

3、于動(dòng)態(tài)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)，導(dǎo)航。,Slide 7,3）絕對(duì)定位和相對(duì)定位,絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）：一臺(tái)接收機(jī)獨(dú)立確定待定點(diǎn)在坐標(biāo)系中的絕對(duì)位置。相對(duì)定位：兩臺(tái)（或多臺(tái)）接收機(jī)同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星，確定它們之間的相對(duì)位置的方法。,Slide 8,定位精度的比較,絕對(duì)定位 C/A 10~30絕對(duì)定位 P 5~10相對(duì)定位 偽距

4、 米級(jí)相對(duì)定位 載波相位 <1cm,[采用何種定位方法取決于應(yīng)用的要求，儀器的硬件],定位方法 信號(hào) 精度,Slide 9,第二節(jié) 絕對(duì)定位,以GPS衛(wèi)星和接收機(jī)天線之間的距離觀測(cè)值為基礎(chǔ)，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，來(lái)確定用戶接收機(jī)天線對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位，也就是測(cè)站的位置。,Point Positioning,Slide 10,一、觀測(cè)值與觀測(cè)方程

5、,Slide 11,需要至少四顆衛(wèi)星,若少于四顆衛(wèi)星？若多于四顆衛(wèi)星？,Slide 12,如何解決誤差產(chǎn)生的矛盾,18世紀(jì)末，在測(cè)量學(xué)、天文學(xué)等實(shí)踐中提出了如何消除由于觀測(cè)誤差引起的觀測(cè)量之間的矛盾的問(wèn)題1794年，年僅17歲的高斯（C.F.Gauss）提出了解決這個(gè)問(wèn)題的方法——最小二乘法19世紀(jì)初，天文學(xué)家對(duì)剛發(fā)現(xiàn)的谷神星的一段軌道進(jìn)行了觀測(cè)，后因故中止，這就需要根據(jù)這些帶有誤差的觀測(cè)值，求出該星的實(shí)際軌道。高斯用自己提出

6、的方法解決了當(dāng)時(shí)的這個(gè)難題。使天文學(xué)家又找到了這顆彗星。,Slide 13,什么是最小二乘法,Slide 14,二、影響定位的因素？,,,,,,,,Satellites far apart in sky,Slide 15,衛(wèi)星分布的影響,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

7、,,,,,,Larger area,of uncertainty,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Slide 16,結(jié)論：影響定位精度的因素,觀測(cè)值的精度衛(wèi)星的空間幾何分布,Slide 17,精度因子的概念,HDOP - horizontal DOPVDOP - vertical DOPPD

8、OP - position (3d) DOPGDOP - geometric (3d + time) DOP,Slide 18,衛(wèi)星分布的好壞,Slide 19,三、特點(diǎn),定位精度：動(dòng)態(tài)：10~30米 靜態(tài)：5~10米特點(diǎn)：一般使用偽距觀測(cè)值 只使用一臺(tái)接收機(jī) 精度較低 廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)應(yīng)用,Slide 20,四、

9、應(yīng)用,車(chē)船導(dǎo)航車(chē)輛管理旅游運(yùn)輸公共事業(yè),Slide 21,1、GPS單機(jī)導(dǎo)航,應(yīng)用：地質(zhì)勘探、 資源調(diào)查、 船只航行、 汽車(chē)導(dǎo)航等發(fā)展：運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)控與管理系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng),Slide 22,運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)控與管理系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng),工作方式：將運(yùn)動(dòng)載體的瞬時(shí)位置及其他有關(guān)信息，結(jié)合無(wú)線電傳輸系統(tǒng)，發(fā)送給監(jiān)控與管理中心，并在以數(shù)字化地圖為背景的屏幕上，

10、實(shí)時(shí)的加以顯示。滿足監(jiān)控與管理、以及發(fā)生意外時(shí)的報(bào)警與救援。應(yīng)用：公安、銀行、公交、出租車(chē)等,Slide 23,警車(chē)定位指揮派遣系統(tǒng),Slide 24,2、GPS/INS組合導(dǎo)航,問(wèn)題的提出 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航：GPS信號(hào)容易受到干擾，如信號(hào)遮擋、失鎖、多路徑等。 慣性導(dǎo)航：長(zhǎng)時(shí)間工作累計(jì)誤差大,*單靠一種導(dǎo)航系統(tǒng)難以滿足安全和可靠的第一需要*多種導(dǎo)航系統(tǒng)組合導(dǎo)航是當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì),Slide 25,飛機(jī)的組合導(dǎo)航系統(tǒng),S

11、lide 26,GPS,GPS + GLONASS,GPS + GLONASS + DR,3、GPS/GLONASS/DR,Slide 27,第三節(jié) 相對(duì)定位,原理概述特點(diǎn)應(yīng)用,Relative Positioning,Slide 28,2、基礎(chǔ)：觀測(cè)值間的差分組合,基本觀測(cè)值,測(cè)站衛(wèi)星歷元,Slide 29,站間差分,站間差分: – 同步觀測(cè)值在接收機(jī)間求差。作用：可消除衛(wèi)星鐘差，衛(wèi)星星歷誤差、削弱電離層、對(duì)流層折射影響。,

12、Slide 30,星間差分,星間差分 – 同步觀測(cè)值在衛(wèi)星間求差。作用：可消除接收機(jī)鐘差。,,,,Slide 31,歷元間差分,歷元間差分 – 同步觀測(cè)值在歷元間求差。作用：可消去整周未知數(shù)參數(shù)。,Slide 32,三種常用的差分方式的組合,單差：站間差分或星間差分雙差：站間、星間二次差三差：站間、星間、歷元間三差,Slide 33,3、觀測(cè)模式:基線向量網(wǎng),,Slide 34,數(shù)據(jù)處理過(guò)程,導(dǎo)入數(shù)據(jù),,基線解算,,網(wǎng)平差,,

13、Slide 35,動(dòng)態(tài),,,,,,,,Slide 36,影響精度的因素,觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短接收機(jī)類(lèi)型觀測(cè)時(shí)段數(shù)同步觀測(cè)的接收機(jī)個(gè)數(shù),Slide 37,4、特點(diǎn)及應(yīng)用,特點(diǎn) 一般采用載波相位觀測(cè)值 是精密GPS定位采用的方法應(yīng)用 大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、精密工程測(cè)量、精密導(dǎo)航,Slide 38,優(yōu)點(diǎn),GPS靜態(tài)定位主要用于建立各級(jí)控制網(wǎng)其優(yōu)點(diǎn)如下：定位精度高，其基線的相對(duì)精度非常高選點(diǎn)靈活、不需要造標(biāo)、

14、費(fèi)用低全天候作業(yè)觀測(cè)時(shí)間短觀測(cè)處理自動(dòng)化,Slide 39,2)工程測(cè)量：大型隧道,,,Slide 40,3)工程測(cè)量：跨海測(cè)量,Slide 41,4)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè),湖北省秭歸縣沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)樹(shù)坪滑坡,Slide 42,5)地震監(jiān)測(cè)和地殼運(yùn)動(dòng),,國(guó)內(nèi)外地震學(xué)家逐步認(rèn)識(shí)到，應(yīng)該提高對(duì)地觀測(cè)能力，運(yùn)用高技術(shù)觀測(cè)手段，獲得更多的有效時(shí)空信息加深對(duì)地球全貌的認(rèn)識(shí)；,Slide 43,6)高層建筑物：深圳地王,高大建筑物在外力作用下的位移特征是建