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gps原理与应用论文4000字
gps原理与应用论文4000字
篇一:
GPS原理与应用论文
GPS原理与应用论文
课程名中国地质大学
日期:
20xx年11月29日
差分GPS的研究
摘要
本文首先对差分GPS产生的背景做了概述,并介绍了差分GPS技术的分类及其位置差分、伪距差分和载波相位差分三种不同分类的工作原理、特点和应用领域。
之后以差分GPS改正数算法和差分GPS载波相位整周模糊度快速解算方法为例简单论述了差分GPS技术的相关算法,并详细介绍了局域差分包括单基站差分及双基站差分和广域差分的概念和特点。
本文在最后章节对差分GPS技术的应用做了详细分析,从它在农业、林业、地质、水利等方面的应用及展望做了详细阐述。
关键词:
GPS差分GPSDGPS局域差分广域差分
摘要................................................................................................................................................3
第一章绪论.....................................................................................................................................5
1.1GPS概述..........................................................................................................................5
1.2差分GPS的产生.............................................................................................................5
1.2.1绝对定位的误差......................................................................................................5
1.2.2美国SA政策对绝对定位精度的影响...................................................................6
第二章差分GPS技术...................................................................................................................6
2.1差分GPS的原理.............................................................................................................6
2.2差分GPS的分类.............................................................................................................6
2.2.1.位置差分原理........................................................................................................7
2.2.2.伪距差分原理........................................................................................................7
2.2.3.载波相位差分原理................................................................................................7
2.3差分GPS相关算法.........................................................................................................8
2.3.1差分GPS改正数算法............................................................................................8
2.3.2差分GPS载波相位整周模糊度快速解算方法.....................................................8
2.4单基准站局域差分...........................................................................................................8
2.5多基准站局域差分...........................................................................................................9
2.6广域差分...........................................................................................................................9
第三章差分GPS的应用...............................................................................................................9
3.1差分GPS在农林业中的应用.........................................................................................9
3.1.1林业方面的应用......................................................................................................9
3.1.2农业方面的应用....................................................................................................10
3.2差分GPS在地质水利中的应用...................................................................................10
3.2.1差分GPS在地质中的应用..................................................................................10
3.2.2差分GPS在水利工程中的应用...........................................................................11
总结..............................................................................................................................................12
参考文献.........................................................................................................................................13
第一章绪论
1.1GPS概述
全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航定位而建立的。
该系统的研制始于1973年,1995年进入全运行阶段。
GPS作为新一代卫星导航与定位系统,不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航和定位能力,而且具有良好的抗干扰性和保密性。
GPS系统由空间部分、地面控制部分和用户三部分组成。
GPS的空间部分由24颗GPS工作卫星组成,这24颗卫星分布在6个倾角为55度的轨道上绕地球运行,每个轨道面上均匀布设4颗。
卫星的运行周期约为12恒星时。
每颗GPS工作卫星都发射导航定位信号。
GPS的控制部分由一个主控站、五个监控站和三个注入站组成。
主控站位于美国的科罗拉多州,它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据,计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等,并负责控制卫星的运行和系统的运转。
监控站接收卫星信号、监测卫星的工作状态,并把数据传到主控站。
注入站将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。
GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成,它的作用是接收GPS卫星所发出的信号,利用这些信号进行导航定位工作。
[1]
GPS导航定位的基本原理是根据测量学中测距交会确定点位的方法,利用GPS接收机同时接收三个以上卫星传送的信息,交会出地面点的三维坐标。
这样在信号的发送和接收过程中就不可避免地出现误差,这些误差根据其性质可分为系统误差和偶然误差,其中系统误差无论从其大小还是对定位结果的影响都比偶然误差大得多。
然而,系统误差有一定的规律可循,尤其是对于那些用户接收机和基准站共同的误差,有可能通过差分方式被消除掉或明显减少,因而对差分技术进行深入研究是十分必要的。
[2]
1.2差分GPS的产生
差分GPS出现的根本原因是绝对定位精度不能部分用户的要求,这包括以下两部分。
1.2.1绝对定位的误差
由于受到多种因素的影响,像其它类型的观测值一样,GPS观测值也包含有系统误差和随机误差。
GPS观测值受到各种不同因素的影响,主要有以下三个方面的误差:
1.公共误差,主要包括轨道误差、卫星误差、相对论误差和地球自转误差。
(l)轨道误差:
星历所给出的卫星在空间的位置与实际位置之差;
(2)卫星钟差:
卫星钟给出的时间和真实的GPS时间之差;
(3)相对论误差:
由于卫星钟和接收机钟所处的状态(运动速度和重力位)不同而引起的卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象;
(4)地球自转误差:
由于地球的自转运动对卫星坐标产生的影响。
2.传播误差,主要包括电离层延迟误差、对流层折射误差和多路径效应误差。
(l)电离层误差:
由于电离层中的自由电子产生的对伪距观测值的延迟和对载波相位观测值的
篇二:
“GPS导航原理与应用”课程论文
摘要:
给出一种确定整周模糊度的方法,源于卡尔曼滤波方法的原理而来的马吉尔适配滤波,通过利用相关的概率论的推到分析加之马吉尔给出的条件概率的先验密度函数。
经过简单的推导得到所熟知的贝叶斯公式,马吉尔用他的理论赋予公式特殊的意义使其能够快速准确的确定整周模糊度。
从而很GPS定位更具有精确性、可行性。
关键字:
整周模糊度,卡尔曼滤波,马吉尔适配滤波,贝叶斯公式
Abstract:
Givenawholeweektodeterminethemethodoffuzzydegrees,fromtheprincipleofkalmanfilteringmethodofadaptivefilterhorsegill,throughtheuseofthetheoryofprobabilitytopushrelatedanalysisandtheconditionsaregivenhorseJillpriorprobabilitydensityfunction.Afterthesimpleisderivedknownbayesianformula,withhistheoryofthehorseJillgivesformulaspecialmeaningtoquicklyandaccuratelydeterminethewholeweekfuzzydegrees.ThusaGPSpositioningismoreaccuracyandfeasibility.
Keywords:
Thewholeweekfuzzydegrees,Kalmanfilter,ThehorseJilladaptivefilter,Bayesianformula
近年来,在快速静态相对定位中,采用马吉尔适配滤波来确定整周模糊度的方法,受到了广泛的重视。
这一方法是由Brown和Hwang于1983年提出来的,目前已获得实际的应用。
1GPS定位
利用GPS进行导航定位,不管采用何种方法,都必须通过用户GPS接收机对卫星发射的信号进行观测量测,获得卫星到用户的距离,从而确定用户的导航位置。
GPS卫星到用户的观测距离,由于各种误差源的影响,并非真实地反映卫星到用户的观测距离,而是含有误差,这种带有误差的GPS量测距离,称为伪距。
由于GPS卫星信号含有多种定位信息,根据不同的要求和方法,可以获得不同的观测量:
(1)测码伪距观测量
(2)测相伪据观测量
(3)多普勒积分计数伪距差
(4)干涉法测量时间延迟
在GPS定位测量中,广泛采用的观测量为前两种,即码相位观测量和载波相位观测量。
当采用第三种多普勒积分计数法进行静态定位时,它所需要的观测时间一般要数小时,它一般应用于大地测量之中。
在动态应用中,多普勒测量可用来计算监测站的运动速度。
而最后一种干涉法测量时,所需的设备相当昂贵,数据处理也比较复杂,它的广泛应用尚待进一步的研究开发。
在GPS导航系统中,可根据待测点的运动状态分为静态定位和动态定位;有可根据待测点在协议地球坐标系中的绝对位置或相对位置,分为绝对定位(单点定位)或相对定位。
在GPS静态定位中,包含着静态绝对(单点)定位和静态相对定位两种类型。
定位方法有所谓的测码伪距法、测相伪距法和射电干涉测量法。
鉴于GPS精密定位的重要性,因而在载波相位测量中会对有关整周未知数的确定,整周跳变以及求差法(或差分法)等问题做较详细的介绍。
2测相伪距
2.1测相伪距测量
所谓测相伪距观测量,指的是卫星星钟tj时刻发射的载波信号,在用户接收机站钟于ti时刻被接受到,卫星载波信号由发射到被接受,其间载波信号传播的相位称为载波相位观测量,亦称为测相伪距观测量。
2.2载波相位测量
理论上载波相位测量是指GPS信号在用户接收瞬时相对卫星发射瞬时时,载波在星站路径上所传播的相位值。
实际上,对应于某一瞬时的载波相位值是无法直接测量的。
因此,这里所说的载波相位观测量,实际是指在某一时刻(历元)由接收机产生的参考载波信号的相位与此时接收到的卫星载波信号的相位差。
3整周模糊度
3.1整周模糊度
在运用测相伪距法进行GPS定位计算时,需要对载波相位进行测量。
但是,在进行载波的相位测量时,接收机实际上能测定的只是不足一整周的部分。
因为载波只是一种单纯的余弦波,不带有任何的识别标志。
所以我们无法确定正在量测的是第几个整周的小数部分,于是在载波相位测量中便出现了一个整周未知数,或称整周模糊度(AmbiguityOfWholeCycles)。
3.2整周模糊度的确定的必要性
整周模糊度又称整周未知数,是在全球定位系统技术的载波相位测量时,载波相位与基准相位之间相位差的首观测值所对应的整周未知数。
正确地确定它,是全球定位系统载波相位测量中非常重要且必须解决的问题之一,也是GPS相位观测数据处理研究中的关键问题。
当采用一定的数学方法确定出整周模糊度后,卫星至用户的距离测定就可精确到不足一个波长,达到厘米乃至毫米的误差量级。
3.3整周模糊度的确定方法
在分析测相伪距观测方程的式子中,我们已经了解了整周模糊度的概念。
假设,在观测站Ti和GPS卫星Sj之间,载波相位的变化为?
ij?
t?
,则已知
?
i?
t?
?
Ni?
t0?
?
Ni?
t?
t0?
?
?
?
i?
t?
jjjj
式中:
t0为载波相位被锁定的时刻,即初始观测历元;Ni?
t0?
为初始观测历元t0j的相位整
周模糊度;Nij?
t?
t0?
为由相位被锁定时刻算起,至后续观测时刻t相位变化的整周数;
?
?
i?
t?
为相位观测值非整周的小数部分。
j
当卫星于历元t0被捕获并跟踪后,Nij?
t?
t0?
可由GPS接收机自动地连续计数,是
已知量。
因此,在上式中:
Nij?
t?
t0?
?
?
?
ij?
t?
可视为已知观测值。
而Nij?
t0?
为整周未知数,
它是与接收机的位置、卫星位置和起始观测历元有关的未知数,具有整数性质。
在观测过程中,只要对卫星的跟踪不中断,它将保持为常量。
很明显,当以载波相位观测量为依据,进行精密相对定位时,整周未知数的确定,是一个关键的问题。
目前,解算整周模糊度的方法有多种。
如果按解算所需时间的长短来分,则可分为经典静态相对定位法和快速接算法,经典静态相对定位法,即将整周未知数作为待定参数,与其他未知参数在平差计算中一并求解。
这时,为了提高解的可靠性,所需的观测时间较长,根据不同情况,将需要1-3小时的观测时间。
整周模糊度的快速解算方法,主要包括交换天线法,P码双频技术,滤波法,搜素法和模糊函数法等。
快速结算发所需观测时间很短,一般仅为数分钟。
若按观测中GPS接收机所处的运动状态来区分,解算整周模糊度的方法有可分为静态法和动态法。
在接收机载体的运动过程中,确定整周模糊度的动态法,不仅为采用测相伪距进行高精度的动态实时定位,而且为采用测相伪距进行载体姿态的实时确定,奠定了基础。
当通过卫星和测站的先验信息或伪距观测值,估算其近似值并在平差计算中解算其最佳估值。
采用通常的方法解算时,需随观测时间的延长使卫星的几何构形发生较大的变化,使电离层折射效应和多路径效应等系统性偏差的影响被逐渐削弱以至消除,从而保证其确定的可靠性。
在通常的静态定位中,为确保确定的可靠性,至少要观测1小时左右。
为缩短观测时间、提高工效,应改进确定的方法和采用特殊的测量模式。
1990年由弗雷(E.Frei)及比尤特尔(G.Beuter)提出基于整周模糊度快速逼近技术的快速静态定位方法。
与通常的静态定位方法相比,对于10千米以下的短基线,在定位精度相当的前提下,观测时间可缩短到几分钟。
4利用马吉尔适配滤波法确定整周模糊度
4.1卡尔曼滤波算法
卡尔曼滤波是指当输入由白噪声产生的随机信号时,使期望输出和实际输出之间的均方根误差达到最小的线性系统。
状态估计是卡尔曼滤波的重要组成部分。
一般来说,根据观测数据对随机量进行定量推断就是估计问题,特别是对动态行为的状态估计,它能实现实时运行状态的估计和预测功能。
首先,我们先要引入一个离散控制过程的系统。
该系统可用一个线性随机微分方程来描述:
X(k)=AX(k-1)+BU(k)+W(k)
再加上系统的测量值:
Z(k)=HX(k)+V(k)。
上两式子中,X(k)是k时刻的系统状态,U(k)是k时刻对系统的控制量。
A和B是系统参数,对于多模型系统,他们为矩阵。
Z(k)是k时刻的测量值,H是测量系统的参数,对于多测量系统,H为矩阵。
W(k)和V(k)分别表示过程和测量的噪声。
他们被假设成高斯白噪声(WhiteGaussianNoise),他们的协方差分别是Q,R(这里我们假设他们不随系统状态变化而变化)。
对于满足上面的条件(线性随机微分系统,过程和测量都是高斯白噪声),卡尔曼滤波器是最优的信息处理器。
下面我们来用他们结合他们的协方差来估算系统的最优化输出。
首先我们要利用系统的过程模型,来预测下一状态的系统。
假设现在的系统状态是k,根据系统的模型,可以基于系统的上一状态而预测出现在状态:
X(k|k-1)=AX(k-1|k-1)+BU(k)……………………………….....
(1)
式
(1)中,X(k|k-1)是利用上一状态预测的结果,X(k-1|k-1)是上一状态最优的结果,U(k)为现在状态的控制量,如果没有控制量,它可以为0。
到现在为止,我们的系统结果已经更新了,可是,对应于X(k|k-1)的协方差还没更新。
我们用P表示协方差:
P(k|k-1)=AP(k-1|k-1)A’+Q……..……………..……………..
(2)
式
(2)中,P(k|k-1)是X(k|k-1)对应的协方差,P(k-1|k-1)是X(k-1|k-1)对应的协方差,A’
篇三:
gps论文
GPS测量原理及应用论文及作业
题目:
3S技术在土地利用规划中的利用
班级:
土地资源管理
(2)班
姓名:
舒志刚
学号:
1021630210
指导老师:
吴良才
20xx年4月13日
3S技术在土地利用规划中的利用
摘要文章介绍了介绍全球定位系统(GPS)、遥感技术(RS)和地理信息系统(GIS)的技术原理,分析了“3S”技术在提供土地利用规划所需准确现状数据、集成多源信息、建设规划信息系、管理规划成果和监测规划方案执行情况中的作用。
关键词遥感地理信息系统全球定位技术土地利用规划
“3S”技术是遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)统称,是基于计算机技术和网络通信技术的解决与地球空间信息有关的数据获取、
【2】存储、传输、管理、分析与应用等问题的信息系统。
具有获取海量信息的并能
够准确加以储存和处理的特点其中,遥感技术是以通过从高空或外太空收集地表电磁波信息,并通过对这些信息进行识别摄影传输和处理来达到对地表现象进行识别的现代综合技术。
遥感技术(RS)是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息,判认地球环境和资源的技术。
它是60年代在航空摄影和判读的基础上随航天技术和电子计算机技术的发展而逐渐卫星遥感技术形成的综合性感测技术。
任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征。
航空航天遥感就是利用安装在飞行器上的遥感器感测地物目标的电磁辐射特征,并将特征记录下来,供识别和判断。
把遥感器放在高空气球、飞机等航空器上进行遥感,称为航空遥感。
把遥感器装在航天器上进行遥感,称为航天遥感。
完成遥感任务的整套仪器设备称为遥感系统。
航空和航天遥感能从不同高度、大范围、快速和多谱段地进行感测,获取大量信息。
航天遥感还能周期性地得到实时地物信息。
因此航空和航天遥感技术在国民经济和军事的很多方面获得广泛的应用。
例如应用于气象观测、资源考察、地图测绘和军事侦察等。
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