第六章GPS衛星導航中國礦業大學環境與測繪學院王堅第六章GPS衛星導航中國礦業大學環境與測繪學院王堅1本章內容§6.1概述導航的意義、導航的方法、應用前景§6.2GPS衛星導航原理單點動態導航、偽距差分動態定位、動態載波相位差分測量§6.3GPS用于測速、測時、測姿態GPS測速、GPS定時、GPS干涉儀進行載體姿態測量§6.4GPS衛星導航方法GPS導航方法、GPS單機導航、差分GPS導航、GPS/慣性綜合導航§6.5精密單點定位技術本章內容2§6.1概述導航的意義—確定并引導運載體從一個地點航行到另一個地點的過程。包括航行中測定并提供載體位置、航速、航向、時間以及載體姿態等信息。導航方法：天文導航、無線電導航、慣性導航、衛星導航等。衛星導航的特點及應用：全天候、全球、實時、七維狀態參數、三維姿態參數。§6.1概述導航的意義—確定并引導運載體從一個地點航行到3導航的概念首先起源于航海事業，其最初的含義是引導運載體從一個地點航行到另一個地點的過程。導航的首要問題就是確定航行體的即時位置，還要測定其速度、時間、姿態等狀態參數。由此可見，導航是一種廣義的動態定位。

衛星導航是用導航衛星發射的導航定位信息引導運動載體安全到達目的地的一門新興科學。GPS在導航領域的應用，有著比GPS靜態定位更為廣闊的前景。導航的概念首先起源于航海事業，其最初的含義是引導運載體從一個4導航的概念首先起源于航海事業，其最初的含義是引導運載體從一個地點航行到另一個地點的過程。隨著時代的變遷，各種標志著近代、現代科學技術的眾多的運載工具，諸如：飛機、火箭、導彈、核潛艇、海洋地球物理調查船、巨型貨輪、人造衛星、宇宙飛船等的相繼出現也大大擴展了“導航”的概念，除了保證航行安全外，還需要為載體或者載體中的監視、測量、裝備等系統提供精確的導航信息。這樣在不同的領域先后出現了許多導航體制與導航儀表。除了最古老的推算船位導航術外，還有天文導航、無線電導航、慣性導航、衛星導航等。導航的首要問題就是確定航行體的即時位置，還要測定其速度、時間、姿態等狀態參數。由此可見，導航是一種廣義的動態定位。

衛星導航是用導航衛星發射的導航定位信息引導運動載體安全到達目的地的一門新興科學。

導航的發展和概念導航的概念首先起源于航海事業，其最初的含義是引導5GPS衛星所發出的導航定位信號，是一種可供無數用戶共享的空間信息資源；陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要持有一種能夠接受、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收機，就可以全天候和全球性的測量運動載體的七維狀態參數（三維坐標、三維速度、時間）和三維姿態參數；其用途之大，影響之大，是任何其他接收裝備望塵莫及的；GPS在導航領域的應用，有著比GPS靜態定位更為廣闊的前景。與GPS靜態定位相比較，GPS導航具有：用戶多樣、速度多變、定位實時、數據和精度多變等特點。因此，應該依據GPS動態測量的這些特點，選購適宜的接收機，采用適當的的數據處理方法，以便獲得所要求的運動載體的七維狀態參數和三維姿態參數的測量精度。GPS在導航中的應用GPS衛星所發出的導航定位信號，是一種可供無6天文導航一、恒星的位置與星下點1、恒星的天球坐標（αδ）；2、天球坐標轉換為地球坐標（LB）二、船位與星下點的距離測量三、用船與星下點的距離交繪出船的位置天文導航一、恒星的位置與星下點7一、恒星的位置與星下點測量時間確定星下點位置測量船與兩個星下點的距離，交會出船的位置。NSP1P2S1S2船赤道Zzxyyxo一、恒星的NSP1P2S1S2船赤道Zzxyyxo8二、船位與星下點的距離測量

測量恒星的垂直角α，計算天頂距Z=90-α，船與星下點的距離用角度Z所對的圓弧度量，1分為1海里，即1.852km。三、用船與星下點的距離交繪出船的位置恒星ZZ地平線船地心星下點距離α天頂二、船位與星下點的距離測量恒星ZZ地平線船地心星下點距離α天9無線電導航海岸上設立兩個以上的無線電發射電臺船上的接收機測量船與電臺的距離或距離差，交會出船的位置陸地海洋S1S2S3無線電導航海岸上設立兩個以上的無線電發射電臺陸地海洋S110§6.2GPS衛星導航原理GPS導航是一種廣義的GPS動態定位，從目前的應用看來，主要分為以下幾種方法：

（1）單點動態定位

（2）實時差分動態定位

（3）后處理差分動態定位（用于攝影測量）

§6.2GPS衛星導航原理GPS導航是一種廣義的GPS動116.2GPS衛星導航原理GPS單點動態定位

單點動態定位是用安設在一個運動載體上的GPS信號接收機，自主地測得該運動載體的實時位置，從而描述出該運動載體的運動軌跡。所以單點動態定位又叫絕對動態定位。例如，行駛的汽車和火車，常用單點動態定位。

GPS實時差分動態定位

實時差分動態定位是用安設在一個運動載體上的GPS信號接收機，及安設在一個基準站上的另一臺GPS接收機，聯合測得該運動載體的實時位置，從而描述出該運動載體的運行軌跡，故差分動態定位又稱為相對動態定位。例如，飛機著陸和船艦進港，一般要求采用實時差分動態定位，以滿足它們所要求的較高定位精度。

6.2GPS衛星導航原理GPS單點動態定位

單點動態定位126.2GPS衛星導航原理GPS后處理差分動態定位

后處理差分動態定位和實時差分動態定位的主要差別在于，在運動載體和基準站之間，不必像實時差分動態定位那樣建立實時數據傳輸，而是在定位觀測以后，對兩臺GPS接收機所采集的定位數據進行測后的聯合處理，從而計算出接收機所在運動載體在對應時間上的坐標位置。例如，在航空攝影測量時，用GPS信號測量每一個攝影瞬間的攝站位置，就可以采用后處理差分動態定位。6.2GPS衛星導航原理GPS后處理差分動態定位

后處理13§6.2.1單點動態定位原理原理：由單點動態定位基本方程輸入動態用戶接收機的初始三維坐標值后，進行線性化，列出偽距觀測值的誤差方程式，解算接收機瞬時位置?！?.2.1單點動態定位原理原理：由單點動態定位基本方程輸14§6.2.2偽距差分動態定位原理：一臺接收機在基準站上，另一臺接收機為動態用戶接收機。對衛星同步觀測。基準接收機測得三維位置與該點已知值比較得改正數，及時將改正數發給動態接收機，動態接收機改正所測得位置，叫實時差分動態定位?！?.2.2偽距差分動態定位原理：一臺接收機在基準站上，另15§6.2.3動態載波相位差分測量（cm級位置精度）設t1為初始時刻，t為任意時刻；r為基準站接收機，i為動態接收機；T為接收機時間與GPS標準時間之差；j0為參考衛星。則載波相位動態雙差分方程為式（6-10）：式中{[t時運動機星間差分]-[t時基站星間差分]}-{[t1時運動機星間差分]-[t1時基站星間差分]}=-站間t—t1雙差分。若動態用戶初始位置已知，則上式右邊第二項為0。設左邊為φ，兩邊同乘以c/f，上式變為：§6.2.3動態載波相位差分測量（cm級位置精度）16§6.3GPS用于測速、測時、測姿態

GPS測速—利用GPS信號測得運動載體的運動速度。根據定位原理方程，由站星距離的變化率，可以導出運動載體的運行速度。由偽距定位方程對時間求導：§6.3GPS用于測速、測時、測姿態

GPS測速—利用17§6.3GPS用于測速、測時、測姿態GPS定時：1。GPS時間精度：與UTC之差±1μs。2。時間比對方法：（1）一站單機定時法（原理見右圖示）（2）共視比對定時法（a）衛星時鐘（b）GPS時間（c）用戶時鐘發射時刻到達標準時刻到達時刻§6.3GPS用于測速、測時、測姿態GPS定時：（a）衛18GPS定時：共視比對兩個測站上各安置一臺接收機在相同的時間內觀測同一衛星，測定用戶時鐘鐘差。（右圖）先分別計算每個測站時鐘偏差，再計算兩個測站時鐘之間的鐘差。可以消除或減弱衛星鐘差和星歷誤差。A、B測站共視時間比對AB數據傳輸GPS衛星GPS定時：共視比對A、B測站共視時間比對AB數據19

測姿態：如右圖，載體上4付天線和一臺GPS接收機組成測姿系統。天線構成四邊形。組成三個線性無關的干涉儀，對應于三個基線AB、AC、AD。定義慣性坐標系和載體直角坐標系。通過觀測并解算基線，求兩坐標系的旋轉角從而得出載體的姿態變化,確定載體的航向、俯仰、橫滾角。ZXY橫滾俯仰航向（X為前進方向）測姿態：如右圖，載體上4付天線和一臺GPS接收機組成20§6.4GPS衛星導航方法

1。GPS導航方法基本概念2。GPS單機導航3。差分GPS導航（DGPS）（1）位置差分（RTP）（2）偽距差分（RTD）4。GPS/慣性綜合導航§6.4GPS衛星導航方法1。GPS導航216.4.1GPS導航方法基本概念

導航的任務是引導航行體自起始點出發沿著預定的航線，經濟而安全地到達目的地。對于任何某一具體的導航過程，首先必須確定本次航行的起始點、目的點以及航行計劃路徑。路徑的標定一般是用一系列均勻分布與路徑上的坐標點來確定，這些坐標點就叫航路點。經常地測定在航行中的航行體位置，是完成導航任務的一個重要課題，因為引航人員需要隨時體了解航行已經到達的位置，以便掌握航行體的運動狀態，判明其有無偏離預定的航線，偏離的程度如何，GPS定位系統能夠實時提供給航行體位置信息，結合計算機中存儲的航行路徑中各航路點位置信息，可以計算出各種可用來校正航差、指導正確的航行方向的制導參數。GPS衛星導航中的常用方法包括：GPS單機導航；差分GPS導航；GPS/慣性綜合導航。6.4.1GPS導航方法基本概念

導航的任務是引導航行體自226.4.2GPS單機導航

顧名思義，單機就是在航行體上僅裝配一臺C用接收機，單獨實施導航，如在地質勘探、資源調查、船只航行、汽車導航等方面，得到廣泛應用。因為一臺GPS接收只要能接收到4顆以上的衛星信號便可測定出所處的位置。因此操作和使用非常簡單，價格也便宜，且具有全天候、全球性、較高精度及實時三維定位和測速能力。但是在眾多階情況下，單機導航還需配備適當的輔助設備，以保證導航的安全可靠性。如船只航行不僅要確定船的實時位置，還必須實時測定水深，才不致使船只觸礁而能夠安全的航行。又如汽車導航時，當汽車行駛在高層建筑的街道或林蔭道上，可能GPS接收機接收不到足夠的衛星數以滿足定位的需要。一般在汽車上還要配備電子羅盤，結合速度計和相應軟件，來實現不能實施GPS定位情況下的連續定位導航工作。在陸地車輛的導航中，還經常配備電子地圖、交通信息庫和智能選線功能，以幫助駕駛員安全、快速地到達目的地。6.4.2GPS單機導航

顧名思義，單機就是在航行體上僅裝236.4.3差分CPS導航由于使用C／A碼的民用用戶的定位精度低，因而就提出了如何提高民用定位精度的問題。差分GPS就是適應這一要求而產生的，其原理如圖10-3所示。在地面已知位置設置一個地面站，地面站由一個GPS差分接收機和一個差分發射機組成。差分接收機接收衛星信號，監測GPS差分系統的誤差，并按規定的時間間隔把修正信息發送給用戶，用戶用修正信息校正自己的測量或位置解。差分GPS導航有兩種工作方式。（1）位置差分法差分接收機和用戶接收機一樣，通過偽距測量確定自己的位置。把測量確定的位置數據和已知位置數據比較，即得位置校正量X，Y，Z。通過發射機把這些位置修正信息發送給用戶接收機，用戶接收機用以校正自己的輸出坐標。差分原理圖6.4.3差分CPS導航由于使用C／A碼的民用用戶的定位精24（2）偽距差分法

地面接收機對所有可見衛星測量偽距，并根據星歷數據和已知位置計算用戶到衛星的距離，兩者相減得到偽距誤差。把偽距誤差作為修正信息發送給用戶接收機，用戶接收機用來修正自己測量的偽距，然后進行定位計算。這種方法不要求用戶接收機和地面接收機使用相同的星座，使用方便，但對地面接收機要求的通道數多。上述兩種校正方法都是以用戶接收機和地面接收機具有相同的誤差為前提。實際上，兩臺接收機所處的位置不同，接收機本身也不一樣，因此誤差不可能相同。隨著兩臺接收機間距離的增大，修正效果變差。（2）偽距差分法256.4.4GPS/慣性綜合導航GPS全球定位系統是一種高精度的全球三維實時導航的衛星導航系統，其導航定位的全球性和高精度，使之成為一種先進的導航設備。但GPS也存在一些不足：衛星星座對地球覆蓋不完善，特別在中緯度地區；GPS接收機的工作受飛行器機動的影響，機動超出GPS接收機的動態范圍時，接收機會失鎖，誤差很大，不能使用；GPS接收機數據更新頻率低，難以滿足實時控制的要求。而慣性導航系統由于其工作的完全自主性，在航空、航天、航海等領域都得到了廣泛的應用，稱為目前各種航行體上應用的以一種主要導航設備，其主要缺點：導航定位誤差隨時間增長，因而難以長時間的獨立工作。GPS/慣性導航綜合，克服了各自的缺點，取長補短，是綜合后的導航精度高于兩種系統單獨工作的精度。有效的提高了慣性導航系統的性能和精度。提高了GPS接收機的動態特性和抗干擾性以及其可靠性。GPS/慣性綜合可以構成那個一種比較理想的導航系統，是目前導航技術發展的主要方向。6.4.4GPS/慣性綜合導航GPS全球定位系統是一種高精26根據不同的應用要求，可以有不同水平的綜合，即綜合的深度不同。按照綜合的深度，可以把綜合系統大致氛圍兩類，一類是松散綜合，另一類是緊密綜合。1、松散綜合GPS和慣導仍獨立工作，綜合作用僅表現在用GPS輔助慣導。包括兩種綜合（1）用GPS重調慣導：用GPS給出的位置、速度信息直接重調慣導系統的輸出。（2）用位置、速度信息綜合：這是采用綜合卡爾曼濾波器的一種綜合模式，用GPS和慣導輸出的位置和速度信息的差值，井綜合卡爾曼濾波，估計慣導系統的誤差，然后對慣導系統進行校正。2、緊密綜合其特點是GPS接收機和慣導系統相互輔助。屬于緊密綜合的基本模式是偽距、偽距率的綜合，以及在偽距、偽距率綜合基礎上再加上用慣導位置和速度對GPS接收機跟蹤環進行輔助，也可以再對GPS接收機導航功能的輔助。用在高動態飛行器上的GPS/慣性綜合系統通常都是采用緊密綜合模式。根據不同的應用要求，可以有不同水平的綜合，即綜合的深度不同。27定義單獨利用一臺接收機確定待定點在地固坐標系中絕對位置的方法定位結果－與所用星歷同屬一坐標系的絕對坐標采用廣播星歷時屬WGS-84采用IGS–InternationalGPSService精密星歷時為ITRF–InternationalTerrestrialReferenceFrames特點優點：一臺接收機單獨定位，觀測簡單，可瞬時定位缺點：精度主要受系統性偏差的影響，定位精度低應用領域低精度導航、資源普查、軍事、...§6.5 單點定位定義§6.5 單點定位28偽距單點定位的誤差方程①對于衛星i，在某一個歷元的誤差方程為偽距單點定位的誤差方程②對在某歷元同時觀測的n顆衛星，其誤差方程及位置解為單點定位有4個待定參數，因而至少需要同時觀測4顆以上的衛星，才能同時確定出所有的待定參數。偽距單點定位的誤差方程①對于衛星i，在某一個歷元的誤差方程為29DOP值①DOP（DilutionofPrecision）GDOP–GeometryDilutionofPrecisionPDOP–PositionDilutionofPrecisionTDOP–TimeDilutionofPrecisionHDOP–HorizontalDilutionofPrecisionVDOP–VerticalDilutionofPrecisionDOP值的定義DOP值①DOP（DilutionofPrecision30DOP值②DOP值與定位精度DOP值的性質DOP值與單點定位時，所觀測衛星的數量與分布有關，它所表示的是定位的幾何條件DOP值越小，定位的幾何條件越好DOP值②DOP值與定位精度31DOP值③DOP值③32DOP值④DOP值④33載波相位單點定位的誤差方程①對于衛星i，誤差方程為載波相位單點定位的誤差方程①對于衛星i，誤差方程為34載波相位單點定位的誤差方程②若在k個歷元里每歷元均觀測了n顆相同的衛星，則誤差方程載波相位單點定位的誤差方程②若在k個歷元里每歷元均觀測了n顆35載波相位單點定位的誤差方程③載波相位單點定位的誤差方程③36載波相位單點定位的誤差方程④假定在k個歷元中連續對n顆衛星進行了觀測，則通常有3+k+n個待定參數（3個位置參數、k個整周模糊度參數和n個接收機鐘差參數），因而，僅采用載波相位觀測值無法實現瞬時單點定位。載波相位單點定位的誤差方程④假定在k個歷元中連續對n顆衛星進37單點定位的誤差源及應對方法衛星星歷精密星歷衛星鐘差精密鐘差、地面跟蹤電離層延遲雙頻改正對流層延遲模型改正單點定位的誤差源及應對方法衛星星歷38精密單點定位精密單點定位PPP–PrecisePointPositioning特點主要觀測值為載波相位采用精密的衛星軌道和鐘數據采用復雜的模型定位精度亞分米級用途全球高精度測量衛星定軌精密單點定位精密單點定位39Rinex格式觀測數據文件精密衛星星歷和衛星鐘差文件數據預處理（包括粗差剔除、周跳的探測、相位平滑偽距、近似位置坐標計算、初始整周未知數的確定等）各項誤差改正（包括對流層、天線相位中心、相對論效應、天線相位纏繞、固體潮、大洋負荷、大氣負荷、Sagnac效應等）參數估計（測站位置、接收機鐘差、GPS和GLONASS系統時間差、對流層延遲、整周未知數）結果輸出精密單點定位數據處理示意圖Rinex格式觀測數據文件精密衛星星歷和衛星鐘差文件數據預處40第六章復習思考題1。什么叫導航？2。GPS用于導航是基于什么原理？3。GPS用于測速基于什么原理？4。GPS信號進行時間傳遞有哪兩種方法？5。GPS導航的方法有哪幾種？6。什么是精密單點定位技術？第六章復習思考題1。什么叫導航？41第六章GPS衛星導航中國礦業大學環境與測繪學院王堅第六章GPS衛星導航中國礦業大學環境與測繪學院王堅42本章內容§6.1概述導航的意義、導航的方法、應用前景§6.2GPS衛星導航原理單點動態導航、偽距差分動態定位、動態載波相位差分測量§6.3GPS用于測速、測時、測姿態GPS測速、GPS定時、GPS干涉儀進行載體姿態測量§6.4GPS衛星導航方法GPS導航方法、GPS單機導航、差分GPS導航、GPS/慣性綜合導航§6.5精密單點定位技術本章內容43§6.1概述導航的意義—確定并引導運載體從一個地點航行到另一個地點的過程。包括航行中測定并提供載體位置、航速、航向、時間以及載體姿態等信息。導航方法：天文導航、無線電導航、慣性導航、衛星導航等。衛星導航的特點及應用：全天候、全球、實時、七維狀態參數、三維姿態參數?！?.1概述導航的意義—確定并引導運載體從一個地點航行到44導航的概念首先起源于航海事業，其最初的含義是引導運載體從一個地點航行到另一個地點的過程。導航的首要問題就是確定航行體的即時位置，還要測定其速度、時間、姿態等狀態參數。由此可見，導航是一種廣義的動態定位。

衛星導航是用導航衛星發射的導航定位信息引導運動載體安全到達目的地的一門新興科學。GPS在導航領域的應用，有著比GPS靜態定位更為廣闊的前景。導航的概念首先起源于航海事業，其最初的含義是引導運載體從一個45導航的概念首先起源于航海事業，其最初的含義是引導運載體從一個地點航行到另一個地點的過程。隨著時代的變遷，各種標志著近代、現代科學技術的眾多的運載工具，諸如：飛機、火箭、導彈、核潛艇、海洋地球物理調查船、巨型貨輪、人造衛星、宇宙飛船等的相繼出現也大大擴展了“導航”的概念，除了保證航行安全外，還需要為載體或者載體中的監視、測量、裝備等系統提供精確的導航信息。這樣在不同的領域先后出現了許多導航體制與導航儀表。除了最古老的推算船位導航術外，還有天文導航、無線電導航、慣性導航、衛星導航等。導航的首要問題就是確定航行體的即時位置，還要測定其速度、時間、姿態等狀態參數。由此可見，導航是一種廣義的動態定位。

衛星導航是用導航衛星發射的導航定位信息引導運動載體安全到達目的地的一門新興科學。

導航的發展和概念導航的概念首先起源于航海事業，其最初的含義是引導46GPS衛星所發出的導航定位信號，是一種可供無數用戶共享的空間信息資源；陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要持有一種能夠接受、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收機，就可以全天候和全球性的測量運動載體的七維狀態參數（三維坐標、三維速度、時間）和三維姿態參數；其用途之大，影響之大，是任何其他接收裝備望塵莫及的；GPS在導航領域的應用，有著比GPS靜態定位更為廣闊的前景。與GPS靜態定位相比較，GPS導航具有：用戶多樣、速度多變、定位實時、數據和精度多變等特點。因此，應該依據GPS動態測量的這些特點，選購適宜的接收機，采用適當的的數據處理方法，以便獲得所要求的運動載體的七維狀態參數和三維姿態參數的測量精度。GPS在導航中的應用GPS衛星所發出的導航定位信號，是一種可供無47天文導航一、恒星的位置與星下點1、恒星的天球坐標（αδ）；2、天球坐標轉換為地球坐標（LB）二、船位與星下點的距離測量三、用船與星下點的距離交繪出船的位置天文導航一、恒星的位置與星下點48一、恒星的位置與星下點測量時間確定星下點位置測量船與兩個星下點的距離，交會出船的位置。NSP1P2S1S2船赤道Zzxyyxo一、恒星的NSP1P2S1S2船赤道Zzxyyxo49二、船位與星下點的距離測量

測量恒星的垂直角α，計算天頂距Z=90-α，船與星下點的距離用角度Z所對的圓弧度量，1分為1海里，即1.852km。三、用船與星下點的距離交繪出船的位置恒星ZZ地平線船地心星下點距離α天頂二、船位與星下點的距離測量恒星ZZ地平線船地心星下點距離α天50無線電導航海岸上設立兩個以上的無線電發射電臺船上的接收機測量船與電臺的距離或距離差，交會出船的位置陸地海洋S1S2S3無線電導航海岸上設立兩個以上的無線電發射電臺陸地海洋S151§6.2GPS衛星導航原理GPS導航是一種廣義的GPS動態定位，從目前的應用看來，主要分為以下幾種方法：

（1）單點動態定位

（2）實時差分動態定位

（3）后處理差分動態定位（用于攝影測量）

§6.2GPS衛星導航原理GPS導航是一種廣義的GPS動526.2GPS衛星導航原理GPS單點動態定位

單點動態定位是用安設在一個運動載體上的GPS信號接收機，自主地測得該運動載體的實時位置，從而描述出該運動載體的運動軌跡。所以單點動態定位又叫絕對動態定位。例如，行駛的汽車和火車，常用單點動態定位。

GPS實時差分動態定位

實時差分動態定位是用安設在一個運動載體上的GPS信號接收機，及安設在一個基準站上的另一臺GPS接收機，聯合測得該運動載體的實時位置，從而描述出該運動載體的運行軌跡，故差分動態定位又稱為相對動態定位。例如，飛機著陸和船艦進港，一般要求采用實時差分動態定位，以滿足它們所要求的較高定位精度。

6.2GPS衛星導航原理GPS單點動態定位

單點動態定位536.2GPS衛星導航原理GPS后處理差分動態定位

后處理差分動態定位和實時差分動態定位的主要差別在于，在運動載體和基準站之間，不必像實時差分動態定位那樣建立實時數據傳輸，而是在定位觀測以后，對兩臺GPS接收機所采集的定位數據進行測后的聯合處理，從而計算出接收機所在運動載體在對應時間上的坐標位置。例如，在航空攝影測量時，用GPS信號測量每一個攝影瞬間的攝站位置，就可以采用后處理差分動態定位。6.2GPS衛星導航原理GPS后處理差分動態定位

后處理54§6.2.1單點動態定位原理原理：由單點動態定位基本方程輸入動態用戶接收機的初始三維坐標值后，進行線性化，列出偽距觀測值的誤差方程式，解算接收機瞬時位置。§6.2.1單點動態定位原理原理：由單點動態定位基本方程輸55§6.2.2偽距差分動態定位原理：一臺接收機在基準站上，另一臺接收機為動態用戶接收機。對衛星同步觀測?；鶞式邮諜C測得三維位置與該點已知值比較得改正數，及時將改正數發給動態接收機，動態接收機改正所測得位置，叫實時差分動態定位?！?.2.2偽距差分動態定位原理：一臺接收機在基準站上，另56§6.2.3動態載波相位差分測量（cm級位置精度）設t1為初始時刻，t為任意時刻；r為基準站接收機，i為動態接收機；T為接收機時間與GPS標準時間之差；j0為參考衛星。則載波相位動態雙差分方程為式（6-10）：式中{[t時運動機星間差分]-[t時基站星間差分]}-{[t1時運動機星間差分]-[t1時基站星間差分]}=-站間t—t1雙差分。若動態用戶初始位置已知，則上式右邊第二項為0。設左邊為φ，兩邊同乘以c/f，上式變為：§6.2.3動態載波相位差分測量（cm級位置精度）57§6.3GPS用于測速、測時、測姿態

GPS測速—利用GPS信號測得運動載體的運動速度。根據定位原理方程，由站星距離的變化率，可以導出運動載體的運行速度。由偽距定位方程對時間求導：§6.3GPS用于測速、測時、測姿態

GPS測速—利用58§6.3GPS用于測速、測時、測姿態GPS定時：1。GPS時間精度：與UTC之差±1μs。2。時間比對方法：（1）一站單機定時法（原理見右圖示）（2）共視比對定時法（a）衛星時鐘（b）GPS時間（c）用戶時鐘發射時刻到達標準時刻到達時刻§6.3GPS用于測速、測時、測姿態GPS定時：（a）衛59GPS定時：共視比對兩個測站上各安置一臺接收機在相同的時間內觀測同一衛星，測定用戶時鐘鐘差。（右圖）先分別計算每個測站時鐘偏差，再計算兩個測站時鐘之間的鐘差?？梢韵驕p弱衛星鐘差和星歷誤差。A、B測站共視時間比對AB數據傳輸GPS衛星GPS定時：共視比對A、B測站共視時間比對AB數據60

測姿態：如右圖，載體上4付天線和一臺GPS接收機組成測姿系統。天線構成四邊形。組成三個線性無關的干涉儀，對應于三個基線AB、AC、AD。定義慣性坐標系和載體直角坐標系。通過觀測并解算基線，求兩坐標系的旋轉角從而得出載體的姿態變化,確定載體的航向、俯仰、橫滾角。ZXY橫滾俯仰航向（X為前進方向）測姿態：如右圖，載體上4付天線和一臺GPS接收機組成61§6.4GPS衛星導航方法

1。GPS導航方法基本概念2。GPS單機導航3。差分GPS導航（DGPS）（1）位置差分（RTP）（2）偽距差分（RTD）4。GPS/慣性綜合導航§6.4GPS衛星導航方法1。GPS導航626.4.1GPS導航方法基本概念

導航的任務是引導航行體自起始點出發沿著預定的航線，經濟而安全地到達目的地。對于任何某一具體的導航過程，首先必須確定本次航行的起始點、目的點以及航行計劃路徑。路徑的標定一般是用一系列均勻分布與路徑上的坐標點來確定，這些坐標點就叫航路點。經常地測定在航行中的航行體位置，是完成導航任務的一個重要課題，因為引航人員需要隨時體了解航行已經到達的位置，以便掌握航行體的運動狀態，判明其有無偏離預定的航線，偏離的程度如何，GPS定位系統能夠實時提供給航行體位置信息，結合計算機中存儲的航行路徑中各航路點位置信息，可以計算出各種可用來校正航差、指導正確的航行方向的制導參數。GPS衛星導航中的常用方法包括：GPS單機導航；差分GPS導航；GPS/慣性綜合導航。6.4.1GPS導航方法基本概念

導航的任務是引導航行體自636.4.2GPS單機導航

顧名思義，單機就是在航行體上僅裝配一臺C用接收機，單獨實施導航，如在地質勘探、資源調查、船只航行、汽車導航等方面，得到廣泛應用。因為一臺GPS接收只要能接收到4顆以上的衛星信號便可測定出所處的位置。因此操作和使用非常簡單，價格也便宜，且具有全天候、全球性、較高精度及實時三維定位和測速能力。但是在眾多階情況下，單機導航還需配備適當的輔助設備，以保證導航的安全可靠性。如船只航行不僅要確定船的實時位置，還必須實時測定水深，才不致使船只觸礁而能夠安全的航行。又如汽車導航時，當汽車行駛在高層建筑的街道或林蔭道上，可能GPS接收機接收不到足夠的衛星數以滿足定位的需要。一般在汽車上還要配備電子羅盤，結合速度計和相應軟件，來實現不能實施GPS定位情況下的連續定位導航工作。在陸地車輛的導航中，還經常配備電子地圖、交通信息庫和智能選線功能，以幫助駕駛員安全、快速地到達目的地。6.4.2GPS單機導航

顧名思義，單機就是在航行體上僅裝646.4.3差分CPS導航由于使用C／A碼的民用用戶的定位精度低，因而就提出了如何提高民用定位精度的問題。差分GPS就是適應這一要求而產生的，其原理如圖10-3所示。在地面已知位置設置一個地面站，地面站由一個GPS差分接收機和一個差分發射機組成。差分接收機接收衛星信號，監測GPS差分系統的誤差，并按規定的時間間隔把修正信息發送給用戶，用戶用修正信息校正自己的測量或位置解。差分GPS導航有兩種工作方式。（1）位置差分法差分接收機和用戶接收機一樣，通過偽距測量確定自己的位置。把測量確定的位置數據和已知位置數據比較，即得位置校正量X，Y，Z。通過發射機把這些位置修正信息發送給用戶接收機，用戶接收機用以校正自己的輸出坐標。差分原理圖6.4.3差分CPS導航由于使用C／A碼的民用用戶的定位精65（2）偽距差分法

地面接收機對所有可見衛星測量偽距，并根據星歷數據和已知位置計算用戶到衛星的距離，兩者相減得到偽距誤差。把偽距誤差作為修正信息發送給用戶接收機，用戶接收機用來修正自己測量的偽距，然后進行定位計算。這種方法不要求用戶接收機和地面接收機使用相同的星座，使用方便，但對地面接收機要求的通道數多。上述兩種校正方法都是以用戶接收機和地面接收機具有相同的誤差為前提。實際上，兩臺接收機所處的位置不同，接收機本身也不一樣，因此誤差不可能相同。隨著兩臺接收機間距離的增大，修正效果變差。（2）偽距差分法666.4.4GPS/慣性綜合導航GPS全球定位系統是一種高精度的全球三維實時導航的衛星導航系統，其導航定位的全球性和高精度，使之成為一種先進的導航設備。但GPS也存在一些不足：衛星星座對地球覆蓋不完善，特別在中緯度地區；GPS接收機的工作受飛行器機動的影響，機動超出GPS接收機的動態范圍時，接收機會失鎖，誤差很大，不能使用；GPS接收機數據更新頻率低，難以滿足實時控制的要求。而慣性導航系統由于其工作的完全自主性，在航空、航天、航海等領域都得到了廣泛的應用，稱為目前各種航行體上應用的以一種主要導航設備，其主要缺點：導航定位誤差隨時間增長，因而難以長時間的獨立工作。GPS/慣性導航綜合，克服了各自的缺點，取長補短，是綜合后的導航精度高于兩種系統單獨工作的精度。有效的提高了慣性導航系統的性能和精度。提高了GPS接收機的動態特性和抗干擾性以及其可靠性。GPS/慣性綜合可以構成那個一種比較理想的導航系統，是目前導航技術發展的主要方向。6.4.4GPS/慣性綜合導航GPS全球定位系統是一種高精67根據不同的應用要求，可以有不同水平的綜合，即綜合的深度不同。按照綜合的深度，可以把綜合系統大致氛圍兩類，一類是松散綜合，另一類是緊密綜合。1、松散綜合GPS和慣導仍獨立工作，綜合作用僅表現在用GPS輔助慣導。包括兩種綜合（1）用GPS重調慣導：用GPS給出的位置、速度信息直接重調慣導系統的輸出。（2）用位置、速度信息綜合：這是采用綜合卡爾曼濾波器的一種綜合模式，用GPS和慣導輸出的位置和速度信息的差值，井綜合卡爾曼濾波，估計慣導系統的誤差，然后對慣導系統進行校正。2、緊密綜合其特點是GPS接收機和慣導系統相互輔助。屬于緊密綜合的基本模式是偽距、偽距率的綜合，以及在偽距、偽距率綜合基礎上再加上用慣導位置和速度對GPS接收機跟蹤環進行輔助，也可以再對GPS接收機導航功能的輔助。用在高動態飛行器上的GPS/慣性綜合系統通常都是采用緊密綜合模式。根據不同的應用要求，可以有不同水平的綜合，即綜合的深度不同。68定義單獨利用一臺接收機確定待定點在地固坐標系中絕對位置的方法定位結果－與所用星歷同屬一坐標系的絕對坐標采用廣播星歷時屬WGS-84采用IGS–InternationalG