GPS北斗定位原理

卫星导航定位系统与原理关于GPS、BDS定位原理目录一、目前世界上主要四大定位系统二、GPS系统组成与原理三、GPS原理及分类四、GPS差分分类及原理五、北斗一号、二号构成及特点一、目前世界上主要四大定位系统GPSBDSGLONASSGAILEO美国俄罗斯中国欧洲目录一、目前世界上主要四大定位系统二、GPS系统组成与原理三、GPS原理及分类四、GPS差分分类及原理五、北斗一号、二号构成及特点二、GPS系统组成123一、GPS构成1.空间部分•24颗卫星分布在6个轨道面（其中有3颗卫星是备用）。•可保证在地球上任一点任意时刻有4颗以上的卫星观测。2.地面监控系统•监测站：采集GPS卫星数据和当地环境数据。•主控站：编算导航电文、卫星星历等信息。•注入站：注入导航电文。3.用户设备•用于接收卫星发播的导航信号。•种类有：导航型、精密测地型、授时型。GPS原理1.原理：利用空间分布的卫星与地面点的距离交会得出地面点位置X、Y、Z为三维空间坐标C为光速，δ为接收机钟差目录一、目前世界上主要四大定位系统二、GPS系统组成与原理三、GPS定位分类及原理四、GPS差分分类及原理五、北斗一号、二号构成及特点三、GPS定位方法分类参考点位置1.绝对定位：以地球质心为参考点，根据卫星星历确定的瞬时坐标，直接确定用户的绝对位置，协议地球坐标系为WGS-84坐标系。2.相对定位：2台以上接收机测定观测点到已知参考点的相对位置。用户接收机状态1.静态定位：接收机相对周围点没有变化。2.动态定位：接收机处于运动状态。1.绝对定位原理静态绝对定位动态绝对定位精度10至40米接收机安装在载体上，处于动态，确定载体的瞬时绝对位置，精度不高，应用于飞机、船舶、陆地车辆等运动载体导航。精度为米级接收机静止，可以连续地在不同历元同步观测不同的卫星，测定卫星至观测站的伪距，通过数据处理求得观测站的绝对坐标。主要用于大地测量。由于卫星星历误差、接收机时钟与卫星时钟同步差、大气折射误差等各种误差，导致其精度不高，无法满足精密定位的需求，相对定位应运而生。绝对定位原理分为静态绝对定位和动态绝对定位如下：2.相对定位原理利用两台以上的接收机测定观测点至某一地面参考点（已知点）之间的相对位置，即测定未知点到已知点的坐标增量，称之为相对定位。主要分为静态相对定位、动态相对定位、准动态相对定位。2-1.静态相对定位•接收机处于静止状态下，确定观测站坐标。接收机连续地在不同历元同步观测不同的卫星，测定卫星至观测站的伪距，求得坐标。定义•一般均采用测相伪距观测值作为基本观测量，为了获得可靠的载波相位的整周未知数，一般需要较长的观测时间（1-3小时）。特点•精密工程测量网、工程变形或地壳运动监测网、国家级或全球性大地控制网使用范围相对定位的求差方式•利用观测量的不同组合求差进行相对定位，可以有效消除观测量的相关误差，提高相对定位精度，方式如下：•1.单差：不同观测站同步观测同一颗卫星所得观测量之差相对定位的求差方式•2.双差：不同观测站同步观测同组卫星所得观测量单差之差•3.三差：不同历元同步观测同组卫星所得的观测量双差之差2.准态相对定位原理•将一台GPS接收机固定在基准站不动，而另外一台接收机在其周围的观测站流动，在每个流动站静止几分钟，以确定流动站与基准站之间的相对位置，又称“走走停停”法（Goandstop)。定义•其观测效率比经典静态相对定位方法高，需要连续持续跟踪，一旦失锁，必须要重新进行。特点•开阔地区的加密测量、工程定位及碎部测量、道路测量、地籍测量等使用范围3.动态相对定位原理•建立基准站，并安置GPS接收机，连续跟踪所有可见卫星。另一台GPS接收机，安置在运动载体上，其上的GPS接收机与基准站的GPS接收机同步观测GPS卫星，以确定载体在每个观测历元的瞬时位置。定义•由基准站接收机通过数据链发送修正信息，用户站接受基准站的修正数据，对用户站观测进行修正，这种数据处理本质上是求差处理，因此又称差分GPS定位特点•卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差•传播延迟误差•接收机固有误差噪声、通道延迟、路径效应（不可避免）误差目录一、目前世界上主要四大定位系统二、GPS系统组成与原理三、GPS定位分类及原理四、GPS差分分类及原理五、北斗一号、二号构成及特点GPS差分分类01根据时效分类实时差分事后差分04根据工作原理和模型局域差分（LADGPS)单基站差分多基站差分（VRSRTK)广域差分(WADGPS)03根据安装观测值伪距差分载波相位差分02根据差分修正数位置差分距离差分。1、局域差分1.局域差分(LADGPS):在局部区域中应用差分GPS技术，在区域中布设一个差分GPS网，该网由若干个基准站和一个监控站组成。用户通过接收多个基准站所提供的修正信息，获得更高精度的定位结果。LADGPS的作用半径比较小,例如通常伪距差分的作用半径不超过150km,这时用户站的实时定位精度一般可提高至±3m～5m.2、广域差分1.广域差分(WADGPS):一般由一个主控站,若干个GPS卫星跟踪站,一个差分信号播发站,若干个监控站,相应的数据通讯网络和若干个用户站组成。2.原理：是对GPS观测量的误差源分别加以区分和“模型化”,然后将计算出来的每一个误差源的误差修正值(差分值)通过数据通讯链传输给用户,对用户在GPS定位中的误差加以修正,以达到削弱这些误差源和改善用户GPS定位精度的目的。3、VRSRTK原理•根据若干基准站的观测值，建立区域内的GPS主要误差模型，控制中心将这些误差从基准站的观测值中减去，形成“无误差”的观测值，再加上用户的观测值，在移动站附近建立起一个虚拟参考站，移动站与虚拟参考站进行载波相位差分改正，实现实时RTK。目录一、目前世界上主要四大定位系统二、GPS系统组成与原理三、GPS定位分类及原理四、GPS差分分类及原理五、北斗一号、二号构成及特点1.北斗一号导航系统构成空间部分3课卫星（1颗备用）地面控制管理部分用户接收机用户指挥机2、北斗一号导航系统构成与原理原理：有源导航定位，双星定位系统。两颗卫星同时进行双向通信，完成对每个用户的精确定位，并将定位信息以短信方式通过卫星直接发送个给用户。缺点：不能覆盖两极地区，赤道附近定位精度差，只能二维主动式定位，且需提供用户高程数据，不能满足高动态和保密的军事用户要求，用户数量受一定限制3、北斗一号导航系统可实现功能1.定位：快速确定用户所在位置，向用户及主管部门提供导航信息2.通信：用户与用户、用户与控制中小均可实现双向短包文通信3.授时：中心控制系统定时发送授时信息4、北斗二号导航系统构成与原理功能北斗二号卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为厘米级，授时精度为50纳秒，测速精度0.2米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。5、北斗二号导航系统与GPS参数对比项目GPS北斗二号空间组成24颗卫星分布6个轨道5颗静止和30颗非静止地面组成主控站、监测站、注入站主控站、监测站、注入站定位精度民用10米，军用5-6米民用10米，军用5-6米测速精度0.1米/秒0.2米/秒授时精度30纳秒50纳秒用户设备GPS接收机与GPS、GLONASS、GALILEO等兼容功能定位、导航、测速、授时定位、导航、测速、授时、短报文通信覆盖范围全球亚太（2012）-全球（2020）服务时段全天候全天候•下面是与GPS一些参数的对比表