GPS卫星定位原理与应用详解

"上式可简写为-GPS测量原理及应用" 本文主要介绍了GPS（全球定位系统）的卫星定位基本原理及其在实际应用中的方法。GPS是通过测量地面站与多颗卫星之间的距离来确定地面点的位置。以下是详细的知识点： 1. **卫星定位的基本原理**： - 卫星的位置是通过地面监测站（坐标已知）监测其发出的测距信号和导航电文来确定的。导航电文包含卫星的精确位置信息。 - 地面站通过测量与卫星的距离，结合地面已知点的坐标，使用空间距离前方交会的方法计算卫星的轨道位置。 2. **测站（待测点）位置的确定**： - GPS卫星发射的测距信号和导航电文同样用于确定地面站的位置。通过空间距离后方交会法，利用卫星的已知坐标反推地面站的坐标。 3. **观测方程**： - 观测方程是基于地面站与至少四颗卫星之间的距离观测值，建立的三维坐标(X, Y, Z)的线性系统。这些方程通常采用最小二乘法求解，以考虑到各种误差源的影响。 4. **误差源**： - 电离层误差：电离层对GPS信号的传播速度产生影响。 - 对流层误差：大气湿度和压力变化导致的信号延迟。 - 卫星钟差：卫星上的原子钟与理想时间基准之间的时间偏差。 - 接收机钟差：接收设备内部时钟的不准确。 5. **实际定位方法**： - 为了精确确定地面点的位置，通常需要同时观测四颗以上的卫星。这使得能够解决多个未知数，包括地面点的三个坐标和可能的钟差。 - 钟差的处理是通过引入额外的未知数，并根据大气物理参数和数学模型进行估算。 6. **GPS定位的实质**： - GPS定位的核心是在特定时刻，接收机同时接收多颗卫星信号，通过解算这些卫星信号到达接收机的时间差，结合卫星的广播星历和接收机钟的信息，消除各种误差，得出地面点的精确三维坐标。 7. **其他相关概念**： - **伪距测量**：GPS接收机测量的是从卫星信号发射到接收到信号的时间差，由于信号传播速度接近光速，这个时间差乘以光速即为伪距。 - **载波相位测量**：比伪距更精确的测量方法，利用载波的相位信息来提高定位精度。 - **整周跳变的修复**：处理由于卫星信号载波相位测量中的整数倍周跳变引起的不确定性问题。 - **GPS绝对定位与相对定位**：绝对定位是指直接获得相对于地球参考框架的坐标，而相对定位则比较不同接收机间的相对位置。 - **差分GPS定位原理**：通过对比参考站和用户站的观测数据，可以减少公共误差的影响，提高定位精度。 这些知识点涵盖了GPS定位的基础理论和实践应用，对于理解和使用GPS系统进行定位有着重要的指导意义。