GPS關(guān)于農(nóng)業(yè)等課件

1、現(xiàn)代檢測技術(shù)現(xiàn)代檢測技術(shù) 基于基于GPS的測試技術(shù)的測試技術(shù) 精勤求學(xué) 敦篤勵志 果毅力行 忠恕任事Xian Jiaotong University主要內(nèi)容主要內(nèi)容 v 衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)u GPS系統(tǒng)組成、其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) v GPS定位原理定位原理u 時空坐標(biāo)、偽距測量、載波相位測量 u 絕對定位與相對定位、差分定位 v 典型應(yīng)用典型應(yīng)用u 煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng) Xian Jiaotong UniversityGPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) v GPS全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Positioning System-GPS)是美國從是美國從

2、20世紀(jì)世紀(jì)70年代開始研制，歷時年代開始研制，歷時20年，耗資年，耗資200億美元，于億美元，于1994年全面建成，年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。系統(tǒng)。 Xian Jiaotong Universityv GPS系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點: 全球、全天候工作全球、全天候工作：能為用戶提供連續(xù)、實時的三維位置、：能為用戶提供連續(xù)、實時的三維位置、三維速度和精密時間。不受天氣的影響。三維速度和精密時間。不受天氣的影響。 定位精度高定位精度高：單機(jī)定位精度優(yōu)于：單機(jī)定位精度優(yōu)于

3、10米，采用差分定位，精度米，采用差分定位，精度可達(dá)厘米級和毫米級?？蛇_(dá)厘米級和毫米級。 功能多、應(yīng)用廣功能多、應(yīng)用廣：大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等。察、地球動力學(xué)等。 GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong Universityv GPS系統(tǒng)的組成：系統(tǒng)的組成：空間星座部分、空間星座部分、地面支撐系統(tǒng)、用戶設(shè)備部分地面支撐系統(tǒng)、用戶設(shè)備部分v 空間星座部分空間星座部分： 21顆工作衛(wèi)星，顆工作衛(wèi)星，3顆

4、備用衛(wèi)星。顆備用衛(wèi)星。 24顆衛(wèi)星均勻分布在顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道面內(nèi)。個軌道面內(nèi)。 衛(wèi)星軌道傾角為衛(wèi)星軌道傾角為55，各軌道平面相差，各軌道平面相差60。 軌道平面高度為軌道平面高度為20200km，衛(wèi)星運(yùn)行周期，衛(wèi)星運(yùn)行周期11小時小時58分。分。 地面觀測者見的衛(wèi)星顆數(shù)最少為地面觀測者見的衛(wèi)星顆數(shù)最少為4顆，最多可達(dá)顆，最多可達(dá)11顆。顆。GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong Universityv 空間星座部分空間星座部分： GPS衛(wèi)星的核心部件是衛(wèi)星的核心部件是高精度的時鐘高精度的時鐘、導(dǎo)航電文存儲器導(dǎo)航電文存儲器、雙雙頻發(fā)射和接收頻發(fā)射和接收以及以及

5、微處理機(jī)。微處理機(jī)。 每顆每顆GPS工作衛(wèi)星一般安設(shè)工作衛(wèi)星一般安設(shè)2臺銣原子鐘和臺銣原子鐘和2臺銫原子鐘，未臺銫原子鐘，未來采用更穩(wěn)定的氫原子鐘（頻率穩(wěn)定度優(yōu)于來采用更穩(wěn)定的氫原子鐘（頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-14s）。）。 衛(wèi)星鐘由地面站檢驗，其鐘差、鐘速連同其他信息由地面站衛(wèi)星鐘由地面站檢驗，其鐘差、鐘速連同其他信息由地面站注入衛(wèi)星后，再轉(zhuǎn)化給用戶設(shè)備。注入衛(wèi)星后，再轉(zhuǎn)化給用戶設(shè)備。 GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong Universityv 空間星座部分空間星座部分： 向廣大用戶連續(xù)發(fā)送定位信息；向廣大用戶連續(xù)發(fā)送定位信息； 接收和存儲由地面監(jiān)控站發(fā)來的衛(wèi)星導(dǎo)

6、航電文等信息，并適接收和存儲由地面監(jiān)控站發(fā)來的衛(wèi)星導(dǎo)航電文等信息，并適時地發(fā)送給廣大用戶；時地發(fā)送給廣大用戶； 接收并執(zhí)行由地面監(jiān)控站發(fā)來的控制指令，適時地改正運(yùn)行接收并執(zhí)行由地面監(jiān)控站發(fā)來的控制指令，適時地改正運(yùn)行偏差或啟用備用衛(wèi)星等；偏差或啟用備用衛(wèi)星等； 通過星載的高精度銣鐘和銫鐘，提供精密的時間標(biāo)準(zhǔn)。通過星載的高精度銣鐘和銫鐘，提供精密的時間標(biāo)準(zhǔn)。GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong UniversityGPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) v 地面支撐系統(tǒng)地面支撐系統(tǒng)： 主控站主控站：根據(jù)跟蹤觀測數(shù)據(jù)計算各衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參：根據(jù)跟蹤觀測數(shù)據(jù)計算各

7、衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參數(shù)以及大氣修正參數(shù)等，編制成導(dǎo)航電文并傳送至各注入站；數(shù)以及大氣修正參數(shù)等，編制成導(dǎo)航電文并傳送至各注入站；調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星；啟用備用衛(wèi)星；管理協(xié)調(diào)各地面監(jiān)控調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星；啟用備用衛(wèi)星；管理協(xié)調(diào)各地面監(jiān)控系統(tǒng)的工作。系統(tǒng)的工作。 注入站注入站：將主控站發(fā)來的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲器；：將主控站發(fā)來的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲器；向主控站發(fā)射信號報告自己的工作狀態(tài)。向主控站發(fā)射信號報告自己的工作狀態(tài)。 監(jiān)測站監(jiān)測站：數(shù)據(jù)自動采集中心，用：數(shù)據(jù)自動采集中心，用GPS接收機(jī)對可見衛(wèi)星進(jìn)行接收機(jī)對可見衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，為主控站提供衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。連續(xù)觀測，為主控站

8、提供衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。 Xian Jiaotong UniversityGPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) v 用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分： 接收接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)衛(wèi)星發(fā)射信號，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。 包括包括GPS接收機(jī)接收機(jī)及及天線天線、微處理器微處理器、終端設(shè)備和電源等。、終端設(shè)備和電源等。 天線單元能夠接收來自任何方向的天線單元能夠接收來自任何方向的GPS信號，將極微弱的信號，將極微弱的GPS信號電流予以放大。信號電流予以放大。 微處理機(jī)能選擇合適的衛(wèi)星進(jìn)行測量，以獲得最佳的幾何圖微處理

9、機(jī)能選擇合適的衛(wèi)星進(jìn)行測量，以獲得最佳的幾何圖形；能根據(jù)觀測值及衛(wèi)星星歷求得所需的定位信息。形；能根據(jù)觀測值及衛(wèi)星星歷求得所需的定位信息。Xian Jiaotong University其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)v 伴隨著眾多衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的興起，全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)伴隨著眾多衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的興起，全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)有一個全新的稱呼：有一個全新的稱呼：GNSS（GLObal NAvigation Satellite System）。）。v GLONASS系統(tǒng)系統(tǒng)： 前蘇聯(lián)從前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)的與美國年代初開始建設(shè)的與美國GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)

10、，由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測控制站和用戶設(shè)備組成。定位系統(tǒng)，由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測控制站和用戶設(shè)備組成。現(xiàn)在由俄羅斯空間局管理?，F(xiàn)在由俄羅斯空間局管理。 GLONASS系統(tǒng)的衛(wèi)星星座由系統(tǒng)的衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在顆衛(wèi)星組成，均勻分布在3個近圓形的軌道平面上，每個軌道面?zhèn)€近圓形的軌道平面上，每個軌道面8顆衛(wèi)星，軌道高度顆衛(wèi)星，軌道高度19100公里，運(yùn)行周期公里，運(yùn)行周期11小時小時15分，軌道傾角分，軌道傾角64.8。 GLONASS系統(tǒng)采用軍民合用、不加密的開放政策。目前在系統(tǒng)采用軍民合用、不加密的開放政策。目前在軌工作衛(wèi)星約為軌工作衛(wèi)星約為18顆。顆。 Xian Jiaotong U

11、niversityv Galileo衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)： Galileo系統(tǒng)是歐洲自主、獨(dú)立的全球多模式衛(wèi)星定位導(dǎo)航系系統(tǒng)是歐洲自主、獨(dú)立的全球多模式衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，提供高精度，高可靠性的定位服務(wù)，實現(xiàn)完全非軍方控統(tǒng)，提供高精度，高可靠性的定位服務(wù)，實現(xiàn)完全非軍方控制、管理。制、管理。 能夠和能夠和GPS、GLONASS系統(tǒng)實現(xiàn)多系統(tǒng)內(nèi)的相互合作，用系統(tǒng)實現(xiàn)多系統(tǒng)內(nèi)的相互合作，用戶可以用一個多系統(tǒng)接收機(jī)來實現(xiàn)定位導(dǎo)航。戶可以用一個多系統(tǒng)接收機(jī)來實現(xiàn)定位導(dǎo)航。 中國在中國在2004年年10月正式加入月正式加入“Galileo計劃計劃”。 Galileo系統(tǒng)由系統(tǒng)由30顆（顆（27

12、顆工作衛(wèi)星顆工作衛(wèi)星+3顆在軌備用衛(wèi)星）衛(wèi)星顆在軌備用衛(wèi)星）衛(wèi)星組成，均勻分布在組成，均勻分布在3個軌道上，整個系統(tǒng)擬在個軌道上，整個系統(tǒng)擬在2010年之前投年之前投入正式運(yùn)行。入正式運(yùn)行。 其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong Universityv 北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)：北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)： 中國自行研制開發(fā)的區(qū)中國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)。與通信系統(tǒng)。 北斗一代包括北斗一代包括2顆地球同顆地球同步衛(wèi)星、步衛(wèi)星、2顆備用星、地顆備用星、地面中心站和用戶終端。面中心站和用戶終端。其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系

13、統(tǒng) “北斗北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星使用示意圖導(dǎo)航衛(wèi)星使用示意圖 Xian Jiaotong University 北斗系統(tǒng)三大功能北斗系統(tǒng)三大功能：快速定位快速定位：北斗系統(tǒng)可為服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶提供全天候、高精：北斗系統(tǒng)可為服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶提供全天候、高精度、快速實時定位服務(wù)，定位精度度、快速實時定位服務(wù)，定位精度20100m；短報文通信短報文通信：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報文通信功能，用：北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報文通信功能，用戶可以一次傳送戶可以一次傳送4060個漢字的短報文信息；個漢字的短報文信息；精密授時精密授時：北斗系統(tǒng)具有精密授時功能，可向用戶提供：北斗系統(tǒng)具有精密授時功能，可向用戶提供20ns

14、-100ns時間同步精度。時間同步精度。 北斗二代由北斗二代由5顆靜止軌道衛(wèi)星和顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。定位精度在成，提供開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。定位精度在1米左右。米左右。其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong University 劣勢：劣勢： 北斗屬于有源定位系統(tǒng)，系統(tǒng)北斗屬于有源定位系統(tǒng)，系統(tǒng)容量有限，終端比較復(fù)雜。容量有限，終端比較復(fù)雜。 北斗屬于區(qū)域定位系統(tǒng)，目前北斗屬于區(qū)域定位系統(tǒng)，目前只能為中國以及周邊地區(qū)提供只能為中國以及周邊地區(qū)提供定位服務(wù)。定位服務(wù)。其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系

15、統(tǒng) 北斗優(yōu)勢：北斗優(yōu)勢： 和美國的和美國的GPS、俄羅斯的、俄羅斯的GLONASS相比，具有通訊功能。相比，具有通訊功能。 全天候快速定位，與全天候快速定位，與GPS精度相當(dāng)。精度相當(dāng)。 安全可靠，保密性強(qiáng)。安全可靠，保密性強(qiáng)。Xian Jiaotong Universityv 北斗應(yīng)用五大優(yōu)勢：北斗應(yīng)用五大優(yōu)勢： 同時具備定位與通信功能，無需其他通信系統(tǒng)支持；同時具備定位與通信功能，無需其他通信系統(tǒng)支持； 覆蓋中國及周邊國家和地區(qū)，覆蓋中國及周邊國家和地區(qū)，24小時全天候服務(wù)，無通信盲小時全天候服務(wù)，無通信盲區(qū)；區(qū)； 特別適合集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控與管理，以及無依托地區(qū)數(shù)據(jù)特別適合集團(tuán)用戶大范圍

16、監(jiān)控與管理，以及無依托地區(qū)數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用；采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用； 獨(dú)特的中心節(jié)點式定位處理和指揮型用戶機(jī)設(shè)計，可同時解獨(dú)特的中心節(jié)點式定位處理和指揮型用戶機(jī)設(shè)計，可同時解決決“我在哪我在哪”和和“你在哪你在哪”； 自主系統(tǒng)，高強(qiáng)度加密設(shè)計，安全、可靠、穩(wěn)定，適合關(guān)鍵自主系統(tǒng)，高強(qiáng)度加密設(shè)計，安全、可靠、穩(wěn)定，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用。部門應(yīng)用。 已成功用于陜西省防汛雨量監(jiān)測速報、海南省漁船監(jiān)已成功用于陜西省防汛雨量監(jiān)測速報、海南省漁船監(jiān)控、青藏鐵路機(jī)車監(jiān)控與管理等項目?？亍⑶嗖罔F路機(jī)車監(jiān)控與管理等項目。 其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)其它衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng) Xian Jiaotong Universit

17、yv 利用利用無線電測距交會確定點位無線電測距交會確定點位的方法，可以根據(jù)的方法，可以根據(jù)3個以上個以上地面已知點（控制站）交會出衛(wèi)星的位置，反之也可以利地面已知點（控制站）交會出衛(wèi)星的位置，反之也可以利用用3顆以上衛(wèi)星的已知空間位置交會出地面位置點（用戶顆以上衛(wèi)星的已知空間位置交會出地面位置點（用戶接收機(jī)）的位置。接收機(jī)）的位置。v GPS衛(wèi)星發(fā)射衛(wèi)星發(fā)射測距信號測距信號和和導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文，導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星，導(dǎo)航電文中含有衛(wèi)星的位置信息。用戶用的位置信息。用戶用GPS接收機(jī)在某一時刻接收機(jī)在某一時刻同時接收同時接收3顆顆以上以上GPS衛(wèi)星信號，測量出測站點（接收機(jī)天線中心）衛(wèi)星信號，測量

18、出測站點（接收機(jī)天線中心）P至每顆衛(wèi)星的至每顆衛(wèi)星的距離距離并解算出該時刻并解算出該時刻GPS衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，然后根據(jù)距離交會法解算出測站然后根據(jù)距離交會法解算出測站P的位置。的位置。 GPS定位原理定位原理 Xian Jiaotong Universityv GPS時空參考系時空參考系 v 衛(wèi)星的廣播信號衛(wèi)星的廣播信號 v 偽距測量偽距測量 v 載波相位測量載波相位測量 v 絕對定位和相對定位絕對定位和相對定位 v 差分差分GPS定位定位 GPS定位原理定位原理 Xian Jiaotong UniversityGPS時空參考系時空參考系 v GPS導(dǎo)航定位中的坐標(biāo)系統(tǒng)導(dǎo)航定位

19、中的坐標(biāo)系統(tǒng) 天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系：與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，便于描述繞地球質(zhì)心作圓周與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)，便于描述繞地球質(zhì)心作圓周運(yùn)動的衛(wèi)星運(yùn)動狀態(tài)和確定衛(wèi)星的運(yùn)行軌道。運(yùn)動的衛(wèi)星運(yùn)動狀態(tài)和確定衛(wèi)星的運(yùn)行軌道。 地固坐標(biāo)系地固坐標(biāo)系：固結(jié)在地球上和地球一起公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的地球坐固結(jié)在地球上和地球一起公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的地球坐標(biāo)系，便于描述標(biāo)系，便于描述GPS接收機(jī)載體在地球表面的運(yùn)動狀態(tài)。地接收機(jī)載體在地球表面的運(yùn)動狀態(tài)。地固坐標(biāo)系是用一輔助面（參考橢球面）定義的。固坐標(biāo)系是用一輔助面（參考橢球面）定義的。Xian Jiaotong University WGS-84（world geodetic system）大地坐

20、標(biāo)系）大地坐標(biāo)系地固坐標(biāo)地固坐標(biāo)系，原點位于地球質(zhì)心，系，原點位于地球質(zhì)心，Z軸平行于軸平行于BIH1984.0時元（國際時元（國際時間局于時間局于1984年定義的地球參考系）定義的協(xié)議地球極年定義的地球參考系）定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，）方向，X軸指向軸指向BIH1984.0時元定義的零子午面和時元定義的零子午面和協(xié)議地球赤道的交點，協(xié)議地球赤道的交點，Y軸與軸與Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。WGS-84大地坐標(biāo)系定義了地球形狀的橢球模型。大地坐標(biāo)系定義了地球形狀的橢球模型。 國家大地坐標(biāo)系國家大地坐標(biāo)系目前常用的兩個國家大地坐標(biāo)系是目前常用的兩個國家大地坐標(biāo)系是1954年

21、北京坐標(biāo)系和年北京坐標(biāo)系和1980年國家大地坐標(biāo)系（大地原點設(shè)在陜西年國家大地坐標(biāo)系（大地原點設(shè)在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)）。省涇陽縣永樂鎮(zhèn)）。 地方獨(dú)立坐標(biāo)系地方獨(dú)立坐標(biāo)系 在城市和工程測量中，常常建立適合在城市和工程測量中，常常建立適合本地區(qū)的地方獨(dú)立坐標(biāo)系。本地區(qū)的地方獨(dú)立坐標(biāo)系。GPS時空參考系時空參考系 Xian Jiaotong Universityv GPS導(dǎo)航定位中的時間系統(tǒng)導(dǎo)航定位中的時間系統(tǒng)在在GPS測量中，時間系統(tǒng)是最重要、最基本的物理量，沒測量中，時間系統(tǒng)是最重要、最基本的物理量，沒有高精度的時間基準(zhǔn)，就沒有有高精度的時間基準(zhǔn)，就沒有GPS定位。定位。 時間系統(tǒng)包含有時間系統(tǒng)

22、包含有“時刻時刻”和和“時間間隔時間間隔”兩個概念。時刻兩個概念。時刻是發(fā)生某一事件的瞬間，在天文學(xué)和衛(wèi)星測量中，與所獲是發(fā)生某一事件的瞬間，在天文學(xué)和衛(wèi)星測量中，與所獲數(shù)據(jù)對應(yīng)的時刻稱為數(shù)據(jù)對應(yīng)的時刻稱為歷元?dú)v元。時間間隔是指發(fā)生某一現(xiàn)象所。時間間隔是指發(fā)生某一現(xiàn)象所經(jīng)歷的過程，是這一過程始末的時間差，所以時間間隔測經(jīng)歷的過程，是這一過程始末的時間差，所以時間間隔測量也稱為相對測量。量也稱為相對測量。時間系統(tǒng)有其時間系統(tǒng)有其尺度尺度（時間的單位）和（時間的單位）和原點原點（起始?xì)v元），（起始?xì)v元），只有把尺度和原點結(jié)合起來，才能給出統(tǒng)一的時間系統(tǒng)和只有把尺度和原點結(jié)合起來，才能給出統(tǒng)一的時間

23、系統(tǒng)和準(zhǔn)確的時間概念。準(zhǔn)確的時間概念。GPS時空參考系時空參考系 Xian Jiaotong University以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)：以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)： 恒星時恒星時ST（Sidereal Time）：以春分點為參考點，春分點連：以春分點為參考點，春分點連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一恒星日，一恒星日分續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一恒星日，一恒星日分為為24個恒星時。個恒星時。 平太陽時平太陽時MT（Mean Solar Time）：平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本：平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一平太日，一平太日分為地子午圈的時間間隔為一平太日，一平太日分為24平太時。平太時。平太陽的運(yùn)

24、動速度等于真太陽周年運(yùn)動的平均速度。平太陽的運(yùn)動速度等于真太陽周年運(yùn)動的平均速度。 世界時世界時UT（Universal Time）：零經(jīng)度子午圈（格林威治子：零經(jīng)度子午圈（格林威治子午圈）所對應(yīng)的平太陽時且以平子夜為零時起算的時間系統(tǒng)。午圈）所對應(yīng)的平太陽時且以平子夜為零時起算的時間系統(tǒng)。GPS時空參考系時空參考系 Xian Jiaotong University以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動的特征為基礎(chǔ)：以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動的特征為基礎(chǔ)： 原子時原子時ATI（International Atomic Time）：秒長定義為銫原：秒長定義為銫原子子Cs133基態(tài)的兩個超精細(xì)能級間躍遷輻射振蕩基態(tài)的兩個超精

25、細(xì)能級間躍遷輻射振蕩9192631170周所持續(xù)的時間。周所持續(xù)的時間。 協(xié)調(diào)世界時協(xié)調(diào)世界時UTC（Coordinated Universal Time）：采用原：采用原子時秒長，并使用閏秒的方法使其與世界時的時刻相接近，子時秒長，并使用閏秒的方法使其與世界時的時刻相接近， 是與地球自轉(zhuǎn)相一致的尺度均勻的時間系統(tǒng)。是與地球自轉(zhuǎn)相一致的尺度均勻的時間系統(tǒng)。 GPS時間系統(tǒng)時間系統(tǒng)：簡稱：簡稱GPST，與原子時秒長相同，但原點不，與原子時秒長相同，但原點不同。同。GPST不跳秒，保持時間的連續(xù)。不跳秒，保持時間的連續(xù)。GPST與原子時在任與原子時在任一瞬間均有一瞬間均有19s的偏差。的偏差。GP

26、S時空參考系時空參考系 Xian Jiaotong Universityv GPS衛(wèi)星的廣播信號衛(wèi)星的廣播信號包含包含3種成分：種成分：數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)碼（或稱（或稱D碼，也稱為基帶信號）、碼，也稱為基帶信號）、測距碼測距碼（C/A碼、碼、P碼或碼或Y碼）和碼）和載波信號載波信號（L1和和L2）。）。 數(shù)據(jù)碼數(shù)據(jù)碼（D碼）中包含有多種與導(dǎo)航有關(guān)的信息，包括衛(wèi)星碼）中包含有多種與導(dǎo)航有關(guān)的信息，包括衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘鐘差改正參數(shù)、測距時間標(biāo)志及大氣折射改的星歷、衛(wèi)星鐘鐘差改正參數(shù)、測距時間標(biāo)志及大氣折射改正參數(shù)和由正參數(shù)和由C/A碼捕獲碼捕獲P碼等導(dǎo)航信息。這些信息為碼等導(dǎo)航信息。這些信息為GPS導(dǎo)導(dǎo)

27、航定位提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，所以又稱為航定位提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，所以又稱為導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文。衛(wèi)星的廣播信號衛(wèi)星的廣播信號 Xian Jiaotong University C/A碼（碼（coarse/acquisition）是由兩個是由兩個10級反饋移位寄存器級反饋移位寄存器相結(jié)合而產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼，用于分址、搜捕衛(wèi)星信號和粗測相結(jié)合而產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼，用于分址、搜捕衛(wèi)星信號和粗測距，是具有一定抗干擾能力的明碼，提供給民用。距，是具有一定抗干擾能力的明碼，提供給民用。C/A碼的碼的碼長很短，只有碼長很短，只有1023bit，易于捕獲。，易于捕獲。C/A碼的碼元寬度較大，碼的碼元寬度較大，測距精度較低，所以測距精

28、度較低，所以C/A碼也稱為粗碼。碼也稱為粗碼。 P碼（碼（precise code）是由兩組各有兩個是由兩組各有兩個12級反饋移位寄存器級反饋移位寄存器結(jié)合產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼。結(jié)合產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼。P碼序列非常長，一般先捕獲碼序列非常長，一般先捕獲C/A碼，碼，然后根據(jù)導(dǎo)航電文中給出的有關(guān)信息捕獲然后根據(jù)導(dǎo)航電文中給出的有關(guān)信息捕獲P碼。碼。P碼碼元寬碼碼元寬度僅為度僅為C/A碼的碼的1/10，用于較高精度的定位，又稱為精碼。，用于較高精度的定位，又稱為精碼。是用做精測距、抗干擾及保密的軍用碼，極少用于民用。是用做精測距、抗干擾及保密的軍用碼，極少用于民用。 衛(wèi)星的廣播信號衛(wèi)星的廣播信號 Xian

29、Jiaotong University GPS衛(wèi)星天線發(fā)射的信號是將導(dǎo)航電文經(jīng)過兩級調(diào)制后的信衛(wèi)星天線發(fā)射的信號是將導(dǎo)航電文經(jīng)過兩級調(diào)制后的信號。號。第一級調(diào)制第一級調(diào)制是將低頻是將低頻D碼分別調(diào)制在高頻碼分別調(diào)制在高頻C/A碼和碼和P碼上，碼上，實現(xiàn)對實現(xiàn)對D碼的偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻。碼的偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻。第二級第二級是將一級調(diào)制的組合碼是將一級調(diào)制的組合碼再分別調(diào)制在兩個載波頻率上（再分別調(diào)制在兩個載波頻率上（L1和和L2）。最后衛(wèi)星向地面）。最后衛(wèi)星向地面發(fā)射兩種已調(diào)波。發(fā)射兩種已調(diào)波。 在載波在載波L1上調(diào)制了上調(diào)制了C/A碼和碼和P碼，在載波碼，在載波L2上調(diào)制了上調(diào)制了P碼，采碼，采用用BPS

30、K方式調(diào)制。這里的方式調(diào)制。這里的C/A碼和碼和P碼都已實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)碼碼都已實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)碼的擴(kuò)頻。使用兩個載波頻率發(fā)射是為了對大氣層效應(yīng)產(chǎn)生的的擴(kuò)頻。使用兩個載波頻率發(fā)射是為了對大氣層效應(yīng)產(chǎn)生的附加延遲進(jìn)行附加延遲進(jìn)行雙頻校正雙頻校正。衛(wèi)星的廣播信號衛(wèi)星的廣播信號 Xian Jiaotong Universityv 偽距：偽距：由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達(dá)GPS接收機(jī)的接收機(jī)的傳播時間乘以光速得出的量測距離。傳播時間乘以光速得出的量測距離。v 偽距法定位：偽距法定位：由由GPS接收機(jī)在某一時刻測出接收機(jī)在某一時刻測出4顆以上顆以上GPS衛(wèi)星的偽距，并根據(jù)已知的衛(wèi)星位置，

31、采用距衛(wèi)星的偽距，并根據(jù)已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會法確定接收機(jī)天線所在點的三維坐標(biāo)。離交會法確定接收機(jī)天線所在點的三維坐標(biāo)。 v 分為分為C/A碼偽距碼偽距和和P碼偽距碼偽距。 偽距測量原理偽距測量原理 Xian Jiaotong University偽距測量原理偽距測量原理 偽距測量原理圖偽距測量原理圖 Xian Jiaotong University偽距測量的基本方程：偽距測量的基本方程：當(dāng)當(dāng) 取得最大值時，根據(jù)測距碼自相關(guān)的特性可得：取得最大值時，根據(jù)測距碼自相關(guān)的特性可得：式中，式中， 為偽距測量值，為偽距測量值，R為衛(wèi)星至接收機(jī)的幾何距離，為衛(wèi)星至接收機(jī)的幾何距離，T為為測距碼的周

32、期，測距碼的周期， 為相應(yīng)測距碼的波長，為相應(yīng)測距碼的波長，n = 0，1，2，是是正整數(shù)，正整數(shù)，c為信號傳播速度。為信號傳播速度。式中式中 稱為測距模糊度。當(dāng)測稱為測距模糊度。當(dāng)測距碼的波長小于測定的距離時，存在測距模糊度的問題。距碼的波長小于測定的距離時，存在測距模糊度的問題。 偽距測量原理偽距測量原理 RtnTRc tn n偽距測量值是待測距離偽距測量值是待測距離R與鐘差等效距離之和。與鐘差等效距離之和。 (1)Xian Jiaotong University()()()jjjkkkjjjjkkkkjkTttTttttTTttttRcttjT 衛(wèi)星衛(wèi)星j發(fā)射信號的發(fā)射信號的GPS標(biāo)準(zhǔn)時

33、。標(biāo)準(zhǔn)時。 衛(wèi)星衛(wèi)星j發(fā)射信號的鐘面時間。發(fā)射信號的鐘面時間。 jt 接收機(jī)接收機(jī)k接收到該信號的接收到該信號的GPS標(biāo)準(zhǔn)時。標(biāo)準(zhǔn)時。 kT 接收機(jī)接收機(jī)k接收到該信號的鐘面時間。接收到該信號的鐘面時間。 ktjktt、 分別表示衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘相對于分別表示衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘相對于GPS標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)時的偏差。準(zhǔn)時的偏差。 偽距測量原理偽距測量原理 (2)Xian Jiaotong University 若再考慮到信號傳播經(jīng)電離層（若再考慮到信號傳播經(jīng)電離層（ionosphere）的延遲）的延遲 和大和大氣對流層（氣對流層（troposphere）的延遲）的延遲 ， jkITRc tc tIT幾何距離

34、幾何距離R與衛(wèi)星坐標(biāo)和接收機(jī)坐標(biāo)之間有如下關(guān)系：與衛(wèi)星坐標(biāo)和接收機(jī)坐標(biāo)之間有如下關(guān)系： 2222()()()jjjkkkRXXYYZZ4個未知數(shù)為：個未知數(shù)為： 3個接收機(jī)坐標(biāo)、接收機(jī)鐘差。個接收機(jī)坐標(biāo)、接收機(jī)鐘差。 偽距測量原理偽距測量原理 (3)Xian Jiaotong University測碼偽距觀測方程的常用形式為：測碼偽距觀測方程的常用形式為： ,( )( )( )( )( )( )jjjjjkkkk Ik TtR tc t tc tttt其中，其中， 222 1/2( )( )( )( )( )( )( ) jkjjjkkkRtXtXtYtY tZtZt偽距測量原理偽距測量原理

35、(4)Xian Jiaotong University載波相位測量原理載波相位測量原理 由于測距碼的碼元長度較大，對于一些高精度應(yīng)用來講其測距由于測距碼的碼元長度較大，對于一些高精度應(yīng)用來講其測距精度太低無法滿足要求。把精度太低無法滿足要求。把載波作為測量信號載波作為測量信號，由于載波的波長，由于載波的波長較短，所以可以達(dá)到很高的精度。較短，所以可以達(dá)到很高的精度。 載波相位測量的觀測量載波相位測量的觀測量是是GPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號與接收機(jī)本振參考信號的與接收機(jī)本振參考信號的相位差相位差： jjjkkkkttt通常的相位或相位差測量只是測出一周以內(nèi)的相位值，

36、實際通常的相位或相位差測量只是測出一周以內(nèi)的相位值，實際測量中，如果對整周進(jìn)行計數(shù)，則測量中，如果對整周進(jìn)行計數(shù)，則自某一初始取樣時刻自某一初始取樣時刻t0以后就以后就可以取得連續(xù)的相位測量值?？梢匀〉眠B續(xù)的相位測量值。(a) Xian Jiaotong University載波相位測量原理載波相位測量原理 Xian Jiaotong University載波相位測量原理載波相位測量原理 00( )jjjjkkkkkkkttNtNtt 載波相位觀測量是載波相位觀測量是接收機(jī)（天線）和衛(wèi)星位置的函數(shù)接收機(jī)（天線）和衛(wèi)星位置的函數(shù)，只，只有得到了它們之間的函數(shù)關(guān)系，才能從觀測量中求解出接收機(jī)有得到

37、了它們之間的函數(shù)關(guān)系，才能從觀測量中求解出接收機(jī)（或衛(wèi)星）的位置。（或衛(wèi)星）的位置。 設(shè)時鐘振蕩頻率為設(shè)時鐘振蕩頻率為 f ：(b) ()()()jjkkkjjkkjjkktf ttf TTfttffttXian Jiaotong University(c) ,11( ) 1( )1( )( )( )( )jjjjkkkkkjjjk Ik TftRtRtfRtt tcccff ttttc(d) 0( )jjjkkkttNt載波相位測量原理載波相位測量原理 衛(wèi)星信號傳播的實際時間為：衛(wèi)星信號傳播的實際時間為： ,111( ) 1( )( )( )1( )( )jjjjkkkkkkkkkjjk I

38、kk TkR tR tR tt tcccttcXian Jiaotong University在相對定位中，如果基線較短（兩測站的基線距離在相對定位中，如果基線較短（兩測站的基線距離20km），有），有關(guān)幾何距離變化率的項可以忽略，式（關(guān)幾何距離變化率的項可以忽略，式（d）簡化為：）簡化為： 0,( )( )( )( )( )jjjjjjkkkkk Ik TfftR tft tttNtttcc測相偽距觀測方程測相偽距觀測方程: 0,( )( )( )( )( )jjjjjjkkkkk Ik TtR tct tttNttt在實際中一般采用的是上式觀測量的各種線性組合（即差分），因在實際中一般采用

39、的是上式觀測量的各種線性組合（即差分），因此它是載波相位測量的理論基礎(chǔ)。此它是載波相位測量的理論基礎(chǔ)。 載波相位測量原理載波相位測量原理 Xian Jiaotong Universityv 整周未知數(shù)整周未知數(shù) 的確定的確定 偽距法偽距法0( )jkNt偽距法是在進(jìn)行載波相位測量的同時又進(jìn)行了偽距測量，將偽距法是在進(jìn)行載波相位測量的同時又進(jìn)行了偽距測量，將偽距觀測值減去載波相位測量的實際觀測值（以長度為度量）后偽距觀測值減去載波相位測量的實際觀測值（以長度為度量）后即可得到即可得到 。但由于偽距測量的精度較低，所以要有較。但由于偽距測量的精度較低，所以要有較多的多的 取平均值后才能獲得正確的整

40、波段數(shù)。取平均值后才能獲得正確的整波段數(shù)。 0( )jkNt0( )jkNt載波相位測量原理載波相位測量原理 Xian Jiaotong University絕對定位和相對定位絕對定位和相對定位 v 絕對定位：絕對定位：即單點定位，利用即單點定位，利用GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間衛(wèi)星和用戶接收機(jī)之間的距離觀測值直接確定用戶接收機(jī)天線在的距離觀測值直接確定用戶接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系中的相對于坐標(biāo)系原點的絕對位置。中的相對于坐標(biāo)系原點的絕對位置。 絕對定位又分為絕對定位又分為靜態(tài)絕對定位靜態(tài)絕對定位和和動態(tài)絕對定位動態(tài)絕對定位。v 相對定位：相對定位：用至少兩臺用至少兩臺GPS接收機(jī)，

41、同步觀測相同的接收機(jī)，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺接收機(jī)天線之間的相對位置（坐標(biāo)差）。衛(wèi)星，確定兩臺接收機(jī)天線之間的相對位置（坐標(biāo)差）。是目前是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法。定位中精度最高的一種定位方法。 Xian Jiaotong Universityv 靜態(tài)絕對定位靜態(tài)絕對定位通過連續(xù)地在不同歷元（天文學(xué)中的時刻）同步觀測不通過連續(xù)地在不同歷元（天文學(xué)中的時刻）同步觀測不同的衛(wèi)星，測定衛(wèi)星至觀測站的偽距，獲得充分的觀測數(shù)據(jù)，同的衛(wèi)星，測定衛(wèi)星至觀測站的偽距，獲得充分的觀測數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)處理獲得觀測站的絕對坐標(biāo)。然后對數(shù)據(jù)處理獲得觀測站的絕對坐標(biāo)。通過將偽距測量方程通過將偽

42、距測量方程線性化線性化，由觀測站同步跟蹤，由觀測站同步跟蹤4顆以顆以上的衛(wèi)星，列出上的衛(wèi)星，列出矩陣形式矩陣形式的方程組，可以從中解算出觀測站的方程組，可以從中解算出觀測站三維坐標(biāo)。三維坐標(biāo)。絕對定位和相對定位絕對定位和相對定位 ,( )( )( )( )( )( )jjjjjkkkk Ik TtR tc t tc tttt偽距觀測方程的線性化：偽距觀測方程的線性化： Xian Jiaotong Universityv 令令 、 分別為觀測站坐標(biāo)的近分別為觀測站坐標(biāo)的近似值與改正數(shù)，設(shè)似值與改正數(shù)，設(shè) 、 、 為為 t 時刻衛(wèi)星時刻衛(wèi)星 j 的的三維地心坐標(biāo)，三維地心坐標(biāo)，Xk、Yk、Zk為觀

43、測站的三維地心坐標(biāo)。則有：為觀測站的三維地心坐標(biāo)。則有： 000(,)kkkXYZ(,)kkkXYZ( )jXt( )jYt( )jZt000kkkkkkkkkXXXYYYZZZt 時刻觀測站與衛(wèi)星時刻觀測站與衛(wèi)星 j 之間的幾何距離即為：之間的幾何距離即為： 222 1/2( )( )( )( ) jjjjkkkR tXtXYtYZtZ絕對定位和相對定位絕對定位和相對定位 Xian Jiaotong Universityv 對對 以以 為中心用泰勒級數(shù)展開并取一次項后可為中心用泰勒級數(shù)展開并取一次項后可得：得： ( )jR t000(,)kkkXYZ0000( )( )( )( )( )()

44、()()jjjjjkkkR tR tR tR tR tXYZXYZ式中：式中： 222 1/20000( )( )( )( ) jjjjkkkR tXtXYtYZtZ000000000( )1()( )( )( )( )1()( )( )( )( )1()( )( )( )jjjkjjjjkjjjjkjR tXtXltXR tR tYtYm tYR tR tZtZn tZR t 絕對定位和相對定位絕對定位和相對定位 Xian Jiaotong Universityv 觀測站與衛(wèi)星觀測站與衛(wèi)星 j 的幾何距離的線性化表達(dá)式為：的幾何距離的線性化表達(dá)式為： 0( )( )( )( )( )jjjj

45、jkkkR tR tltXm tYn tZ線性化的偽距測量觀測方程為：線性化的偽距測量觀測方程為： 0,( )( ) ( )( )( )( )( )( )( )kjjjjjkkkjjjkk Ik TXtR tltm tn tYZc t tc tttt對于接收機(jī)對于接收機(jī)k和衛(wèi)星和衛(wèi)星j，令：，令： ,( )( )( )( )jjjjkkk Ik TStttt( )( )( )jjkktc t tc tt絕對定位和相對定位絕對定位和相對定位 Xian Jiaotong University0( )( )( ) ( )( )( )kjjjjjjkkkkXR tSttltm tn tYZ由觀測站同步

46、跟蹤由觀測站同步跟蹤4顆衛(wèi)星，則顆衛(wèi)星，則j1，2，3，4，采用矩陣形式，采用矩陣形式，則有：則有：111110222220333330444440( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )( )1kkkkkkjkkXR tS tl tm tn tYR tStltm tn tZR tStl tm tn ttR tStltm tn t上式可以簡化為：上式可以簡化為： ( )( )( )kkA tG tL t偽距法絕對定位解可表示為：偽距法絕對定位解可表示為： 1( )( )( )kkG tA tL t絕對定位和相

47、對定位絕對定位和相對定位 Xian Jiaotong Universityv 動態(tài)絕對定位動態(tài)絕對定位又稱單點動態(tài)定位，是用安設(shè)在運(yùn)動載體上的又稱單點動態(tài)定位，是用安設(shè)在運(yùn)動載體上的GPS接收機(jī)接收機(jī)自主地測量該運(yùn)動載體的實時位置，從而描繪出該運(yùn)動載體的自主地測量該運(yùn)動載體的實時位置，從而描繪出該運(yùn)動載體的運(yùn)行軌跡。只用于精度要求不高的飛機(jī)、船舶以及陸地導(dǎo)航。運(yùn)行軌跡。只用于精度要求不高的飛機(jī)、船舶以及陸地導(dǎo)航。如：普通車載如：普通車載GPS定位。定位。絕對定位和相對定位絕對定位和相對定位 Xian Jiaotong University 相對定位是用兩臺接收機(jī)分別安置在基線的兩端，同步觀相對

48、定位是用兩臺接收機(jī)分別安置在基線的兩端，同步觀測相同的測相同的GPS衛(wèi)星，以確定基線端點的相對位置或基線向量。衛(wèi)星，以確定基線端點的相對位置或基線向量。 觀測值的線性組合：觀測值的線性組合： 在兩個觀測站或多個觀測站同步觀測相同衛(wèi)星的情況下，在兩個觀測站或多個觀測站同步觀測相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對流層衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對流層的折射誤差等對觀測量的影響具有一定的相關(guān)性，利用這些的折射誤差等對觀測量的影響具有一定的相關(guān)性，利用這些觀觀測量的不同組合（求差）測量的不同組合（求差）進(jìn)行相對定位，可以有效地消除或減進(jìn)行相對定位，可

49、以有效地消除或減弱相關(guān)誤差的影響，從而提高相對定位的精度。弱相關(guān)誤差的影響，從而提高相對定位的精度。 v 靜態(tài)相對定位（靜態(tài)差分定位）靜態(tài)相對定位（靜態(tài)差分定位）絕對定位和相對定位絕對定位和相對定位 Xian Jiaotong University求差法示意圖求差法示意圖絕對定位和相對定位絕對定位和相對定位 Xian Jiaotong University求差方法：求差方法：GPS載波相位載波相位可以在可以在衛(wèi)星間衛(wèi)星間求差，在求差，在接收機(jī)間接收機(jī)間求求差，也可以在差，也可以在不同歷元間不同歷元間求差。求差。將觀測值直接相減的過程叫做求一次差，所得結(jié)果叫將觀測值直接相減的過程叫做求一次差，所

50、得結(jié)果叫做載波相位觀測值的一次差或單差。常用的求一次差做載波相位觀測值的一次差或單差。常用的求一次差是在接收機(jī)間求一次差。是在接收機(jī)間求一次差。 一次差為：一次差為：作用：作用：消除與衛(wèi)星有關(guān)的載波相位及其鐘差項。消除與衛(wèi)星有關(guān)的載波相位及其鐘差項。1221( )( )( )kkkiiiSDttt 1221( )( )( )jjjiiiSDttt 絕對定位和相對定位絕對定位和相對定位 Xian Jiaotong University二次差：二次差：對載波相位觀測值的一次差分觀測值繼續(xù)求差，叫對載波相位觀測值的一次差分觀測值繼續(xù)求差，叫做載波相位觀測值的二次差或雙差，常用的求二次差是在接做載波相

51、位觀測值的二次差或雙差，常用的求二次差是在接收機(jī)間求一次差后再在衛(wèi)星間求二次差，叫做星站二次差分。收機(jī)間求一次差后再在衛(wèi)星間求二次差，叫做星站二次差分。 作用：作用：可以消除與接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項。可以消除與接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項。1212122121( )( )( )( )( )( )( )kjjkjjkkiiiiiiiDDtSDtSDttttt絕對定位和相對定位絕對定位和相對定位 Xian Jiaotong University三次差：三次差：對二次差繼續(xù)求差稱為三次差，常用的求三次差是在對二次差繼續(xù)求差稱為三次差，常用的求三次差是在接收機(jī)、衛(wèi)星和歷元之間求三次差。接收機(jī)

52、、衛(wèi)星和歷元之間求三次差。 作用：作用：可消除與衛(wèi)星和接收機(jī)有關(guān)的初始整周模糊度?？上c衛(wèi)星和接收機(jī)有關(guān)的初始整周模糊度。12112112( ,)()( )kjkjkjiiiiTDt tDDtDDt絕對定位和相對定位絕對定位和相對定位 解算方法解算方法：由載波相位觀測方程：由載波相位觀測方程gg單差觀測方程（雙差、三差）單差觀測方程（雙差、三差）gg線性化線性化gg方程組求解方程組求解Xian Jiaotong UniversityDGPS測量系統(tǒng)組成測量系統(tǒng)組成：包括動態(tài)接收機(jī)和基準(zhǔn)接收機(jī)。：包括動態(tài)接收機(jī)和基準(zhǔn)接收機(jī)。DGPS的測量原理的測量原理：兩種接收機(jī)同步地對一組在視：兩種接收機(jī)同

53、步地對一組在視GPS衛(wèi)星衛(wèi)星進(jìn)行觀測，基準(zhǔn)接收機(jī)為動態(tài)接收機(jī)提供差分改正數(shù)，稱之進(jìn)行觀測，基準(zhǔn)接收機(jī)為動態(tài)接收機(jī)提供差分改正數(shù)，稱之為為DGPS數(shù)據(jù)。動態(tài)接收機(jī)根據(jù)自己的數(shù)據(jù)。動態(tài)接收機(jī)根據(jù)自己的GPS觀測值和來自基觀測值和來自基準(zhǔn)接收機(jī)的準(zhǔn)接收機(jī)的DGPS數(shù)據(jù)，精確地解算出用戶的三維坐標(biāo)。數(shù)據(jù)，精確地解算出用戶的三維坐標(biāo)。 分類分類：單基準(zhǔn)站差分單基準(zhǔn)站差分（位置差分、偽距差分、載波相位差（位置差分、偽距差分、載波相位差分）、多個基準(zhǔn)站的分）、多個基準(zhǔn)站的局部區(qū)域差分、廣域差分。局部區(qū)域差分、廣域差分。 差分差分GPS（DGPS）定位）定位 Xian Jiaotong University單

54、站單站GPS差分差分l位置差分法：位置差分法：基準(zhǔn)接收機(jī)向動態(tài)用戶發(fā)送的基準(zhǔn)接收機(jī)向動態(tài)用戶發(fā)送的DGPS數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)是“位置校正值位置校正值”。l偽距差分法：偽距差分法：基準(zhǔn)接收機(jī)向動態(tài)用戶發(fā)送的基準(zhǔn)接收機(jī)向動態(tài)用戶發(fā)送的DGPS數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)是 “偽距校正值偽距校正值”。3. 載波相位差分法載波相位差分法 ：基準(zhǔn)接收機(jī)向動態(tài)用戶發(fā)送的基準(zhǔn)接收機(jī)向動態(tài)用戶發(fā)送的DGPS數(shù)數(shù)據(jù)是據(jù)是 “載波相位校正值載波相位校正值”。差分差分GPS（DGPS）定位）定位 位置差分和偽距差分的定位精度為米級，而載波相位差位置差分和偽距差分的定位精度為米級，而載波相位差分實時三維定位精度達(dá)到厘米級。分實時三維定位精度達(dá)

55、到厘米級。Xian Jiaotong UniversityGPS的應(yīng)用的應(yīng)用 v GPS能為交通工具提供實時的三維位置，被稱為是能為交通工具提供實時的三維位置，被稱為是智能交通系統(tǒng)智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport Systems，簡，簡稱稱ITS）的基石。）的基石。 v GPS在在ITS中的應(yīng)用主要分為兩大類：一是中的應(yīng)用主要分為兩大類：一是車輛自車輛自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)主導(dǎo)航定位系統(tǒng)（簡稱車輛導(dǎo)航系統(tǒng)）；二是（簡稱車輛導(dǎo)航系統(tǒng)）；二是車輛車輛跟蹤、調(diào)度、監(jiān)控定位系統(tǒng)跟蹤、調(diào)度、監(jiān)控定位系統(tǒng)（簡稱車輛運(yùn)營管理系（簡稱車輛運(yùn)營管理系統(tǒng)）。統(tǒng)）。 Xian Jiaotong U

56、niversityv 車輛導(dǎo)航系統(tǒng)：車輛導(dǎo)航系統(tǒng)：車輛通過車載車輛通過車載GPS實時測定所處的三維位實時測定所處的三維位置，并配合電子地圖完成道路引導(dǎo)、交通信息查詢、目的置，并配合電子地圖完成道路引導(dǎo)、交通信息查詢、目的地尋找等。需要時，也可將位置信息報告給交通、安全管地尋找等。需要時，也可將位置信息報告給交通、安全管理部門。理部門。 可用于可用于車輛導(dǎo)航車輛導(dǎo)航或或行人導(dǎo)航行人導(dǎo)航。GPS的應(yīng)用的應(yīng)用 Xian Jiaotong Universityv 車輛運(yùn)營管理系統(tǒng)車輛運(yùn)營管理系統(tǒng)：使車輛運(yùn)營管理部門、安全保衛(wèi)部門：使車輛運(yùn)營管理部門、安全保衛(wèi)部門及時掌握車輛的運(yùn)行狀況，便于對車輛進(jìn)行指

57、揮調(diào)度，同及時掌握車輛的運(yùn)行狀況，便于對車輛進(jìn)行指揮調(diào)度，同時為駕駛員提供交通、公安和服務(wù)信息。時為駕駛員提供交通、公安和服務(wù)信息。 GPS的應(yīng)用的應(yīng)用 Xian Jiaotong Universityv 車輛運(yùn)營管理系統(tǒng)車輛運(yùn)營管理系統(tǒng)主要應(yīng)用主要應(yīng)用： 1） 急救、公交車監(jiān)控和調(diào)度系統(tǒng)急救、公交車監(jiān)控和調(diào)度系統(tǒng)。調(diào)整車輛運(yùn)行情況，實現(xiàn)。調(diào)整車輛運(yùn)行情況，實現(xiàn)有效管理。電子站牌。有效管理。電子站牌。 2） 的士叫車服務(wù)系統(tǒng)的士叫車服務(wù)系統(tǒng)。通過。通過GPS定位快速找到離乘客最近的定位快速找到離乘客最近的空載車，答復(fù)客戶載客的士的車牌號和到達(dá)時間，從而實現(xiàn)快空載車，答復(fù)客戶載客的士的車牌號和到

58、達(dá)時間，從而實現(xiàn)快速響應(yīng)的優(yōu)質(zhì)叫車服務(wù)。速響應(yīng)的優(yōu)質(zhì)叫車服務(wù)。 3） 長途運(yùn)輸貨運(yùn)系統(tǒng)長途運(yùn)輸貨運(yùn)系統(tǒng)。對車輛行使?fàn)顟B(tài)進(jìn)行實時管理，貨主。對車輛行使?fàn)顟B(tài)進(jìn)行實時管理，貨主實現(xiàn)對貨物流動運(yùn)轉(zhuǎn)的實時在線查詢。運(yùn)輸公司可以通過監(jiān)控實現(xiàn)對貨物流動運(yùn)轉(zhuǎn)的實時在線查詢。運(yùn)輸公司可以通過監(jiān)控中心或網(wǎng)上查詢了解車輛工作狀態(tài)。中心或網(wǎng)上查詢了解車輛工作狀態(tài)。GPS的應(yīng)用的應(yīng)用 Xian Jiaotong University煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng) 紅塔集團(tuán)煙草運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問題主要有：紅塔集團(tuán)煙草運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問題主要有：不能夠為市場營銷人員和領(lǐng)導(dǎo)決策提供必要的及時的卷不能夠為市場營銷人員和領(lǐng)導(dǎo)決策提

59、供必要的及時的卷 煙運(yùn)輸實時信息，不能向煙草公司提供及時準(zhǔn)確的貨源煙運(yùn)輸實時信息，不能向煙草公司提供及時準(zhǔn)確的貨源 信息，不利于卷煙投放控制；信息，不利于卷煙投放控制；存在煙草運(yùn)輸?shù)陌踩詥栴}；存在煙草運(yùn)輸?shù)陌踩詥栴}；未建立快速、高效和敏捷的物流體系支持營銷工作，實未建立快速、高效和敏捷的物流體系支持營銷工作，實 現(xiàn)高效車輛調(diào)度管理缺乏必要的系統(tǒng)支持。現(xiàn)高效車輛調(diào)度管理缺乏必要的系統(tǒng)支持。Xian Jiaotong University系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Xian Jiaotong University煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)煙草監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng) 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成運(yùn)輸車輛：運(yùn)輸車輛： 可接受可接受GPS信號

60、，計算車輛的位置、速度、方向等定信號，計算車輛的位置、速度、方向等定位數(shù)據(jù)；位數(shù)據(jù)； 可接受監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的指令，并按照指令指定的模式可接受監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的指令，并按照指令指定的模式工作；工作； 可檢測設(shè)備的各種工作狀態(tài)，依照異常情況產(chǎn)生各種可檢測設(shè)備的各種工作狀態(tài)，依照異常情況產(chǎn)生各種報警數(shù)據(jù)；報警數(shù)據(jù)； 通過通過GSM模塊與模塊與GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，將定位數(shù)據(jù)和報網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，將定位數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)發(fā)往指定的短信中心或短信網(wǎng)關(guān)。警數(shù)據(jù)發(fā)往指定的短信中心或短信網(wǎng)關(guān)。Xian Jiaotong UniversityGSM網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 該系統(tǒng)采用中國移動通信公司的該系統(tǒng)采用中國移動通信公司的GSM網(wǎng)絡(luò)。通