卫星导航实验小组成员：栾桂林（081041118）葛 蕾（081041208）莫明君（081041218）任佳艺（081041220）郑佳星（081041235）实验三 几何精度因子（DOP）的实时计算与分析一、实验目的1、 理解几何精度因子在整个 GPS 接收机导航解算过程中所起的作用及解算几何精度因子的必要性；2、 了解 GDOP、VDOP、PDOP、HDOP、TDOP 等不同几何精度因子的计算过程及所起的作用；3、 理解 DOP 值与卫星几何分布的关系。包括 DOP 值较小或较大时卫星的几何分布情况；4、了解不同应用场合对 DOP 门限值的要求。二、实验原理不同的GPS接收机由于采用了不同的定位算法，其输出的位置/时间解的精度是不同的。但是在定位精度已知的情况下，其输出值的可信程度是靠什么来判定的呢？这就涉及到本实验要研究的内容：几何精度因子（DOP）。利用 GPS 进行绝对定位或单点定位时，位置/时间解的精度主要取决于：（1）所测卫星在空间的几何分布（通常称为卫星分布的几何图形），即几何精度因子；（2）观测量精度，即伪距误差因子。它是由观测中各项误差所决定的。粗略地讲，GPS 解的误差用下式来估计：（GPS 解的误差）=（几何精度因子）（伪距误差因子）即 其中X是 GPS 解的误差，DOP（几何精度因子）是权系数阵主对角线元素的函数，0是伪距测量中的误差。权系数阵的定义如下：其中 G 为由接收机到可视卫星的方向余弦距阵，而元素qij表达了全部解的精度及其相关性信息，是评价定位结果的依据。高程几何精度因子 VDOP(Vertical DOP):相应的高程精度为：空间三维位置几何精度因子 PDOP(Position DOP)：相应的三维定位精度为：二维水平位置几何精度因子 HDOP(horizontal DOP)：相应的平面位置精度为：接收机钟差几何精度因子 TDOP(Time DOP)：钟差精度：总几何精度因子 GDOP(Geometric DOP)：描述空间位置误差和时间误差综合影响的精度因子，总的测量精度为：三、 实验内容及步骤1、运行主程序以取得目前可视卫星的实时导航数据（如 GPS 时间、各颗卫星的星历等）；2、运行本实验程序，步骤 1 中截取的所有 GPS 时间就会出现在“选择 GPS 时刻”列表框的下拉菜单中，任意选择一个 GPS 时刻；3、由于 DOP 值的解算需要已知本地接收机位置以及不少于 4 颗的可视卫星的位置，如果在所选 GPS 时间天空中的可视卫星数小于 4 颗，则不能解算出此时刻的 DOP 值，会弹出“无法计算 DOP 值”对话框。则需要选择其它时间进行解算。4、若所选 GPS 时间天空中的可视卫星数在 4 颗以上，则在程序界面的实时卫星分布图中会出现本时刻所有可视卫星位置，同时在右面的相应位置会出现本时刻的各个 DOP 值。5、根据表 1 记录不同时刻的 DOP 值，比较不同时刻DOP 值的变化情况，尤其是可视卫星个数发生变化的时刻，初步总结 DOP 值与卫星几何分布的关系。6、点击“定量分析”键，进入对 DOP 值的准确分析阶段。此时，程序界面内的卫星分布图上会出现 4 颗卫星，同时会出现每颗卫星的方位角和仰角，在右面的相应位置会出现卫星在这种分布情况下的 DOP 值。7、移动这 4 颗卫星，可得到卫星在不同几何分布情况下的实时 DOP 值以及各个卫星准确的方位角和仰角。根据表 2 记录 4 颗卫星在不同几何分布情况下，各个卫星的方位角和仰角以及对应的各个 DOP 值，比较各条记录，总结并验证课本中讲到的DOP 值与卫星几何分布的关系。四、数据统计及数据分析数据GPS时间可视卫星数目可视卫星序号DOP28167444、10、13、17GDOP5.810PDOP4.699HDOP4.032VDOP2.413TDOP3.417GPS时间可视卫星数目可视卫星序号DOP28167544、10、13、17GDOP5.811PDOP4.700HDOP4.033VDOP2.414TDOP3.418GPS时间可视卫星数目可视卫星序号DOP28169944、10、13、17GDOP5.842PDOP4.723HDOP4.046VDOP2.436TDOP3.439GPS时间可视卫星数目可视卫星序号DOP28167954、10、13、17、28GDOP4.326PDOP3.533HDOP3.363VDOP1.084TDOP2.495GPS时间可视卫星数目可视卫星序号DOP28357852、4、10、12、17GDOP5.044PDOP4.206HDOP3.276VDOP2.638TDOP2.783GPS时间可视卫星数目可视卫星序号DOP28058462、4、10、13、17、28GDOP2.809PDOP2.399HDOP2.148VDOP1.068TDOP1.461GPS时间可视卫星数目可视卫星序号DOP28329562、4、5、10、12、17GDOP4.110PDOP3.398HDOP3.120VDOP1.346TDOP2.312GPS时间可视卫星数目可视卫星序号DOP28335462、4、5、10、12、17GDOP4.137PDOP3.419HDOP3.139VDOP1.355TDOP2.330GPS时间可视卫星数目可视卫星序号DOP28348762、4、5、10、12、17GDOP4.197PDOP3.465HDOP3.180VDOP1.347TDOP2.368总结：可视卫星数目相同并且可视卫星序号也相同的情况下，尽管时间的不同，的各个数据数值变化不大。（参考表,）总结：在可视卫星数目相同且可视卫星序号不同的情况下，时间不同导致各个卫星间的角度发生了较大的变化，所以的各个数据数值总体上也存在较大的变化；（参考表，）总结：在可视卫星数目不相同，在原有的可视卫星上随卫星增加的，的各个数据数值变小的趋势。（参考表，,）总结：在可视卫星数目不相同且可视卫星序号差别的大的情况的下，各个数据仍呈变小的趋势。（参考表,）数据卫星序号方位角仰角DOP10.00030.000GDOP3.0732120.00030.000PDOP2.6673240.00030.000HDOP1.33340.00090.000VDOP2.309TDOP1.528卫星序号方位角仰角DOP117.46440.018GDOP3.4842120.00030.000PDOP2.9823240.00030.000HDOP1.47340.00090.000VDOP2.593TDOP1.802卫星序号方位角仰角DOP10.00030.000GDOP3.7182119.45437.705PDOP3.1523240.00030.000HDOP1.50440.00090.000VDOP2.771TDOP1.971卫星序号方位角仰角DOP10.00030.000GDOP3.5762120.00030.000PDOP3.0483253.25426.783HDOP1.50640.00090.000VDOP2.650TDOP1.853卫星序号方位角仰角DOP10.00030.000GDOP3.7632120.00030.000PDOP3.2213240.00030.000HDOP1.536423.19981.840VDOP2.831TDOP1.946卫星序号方位角仰角DOP10.6901.065GDOP1.7482121.4950.786PDOP1.6473234.9800.382HDOP1.15940.00090.000VDOP1.171TDOP0.586卫星序号方位角仰角DOP1122.04712.260GDOP45919.2512122.25812.714PDOP32470.5843122.47113.167HDOP31683.4384122.47113.167VDOP7106.235TDOP32469.044卫星序号方位角仰角DOP1167.93210.566GDOP440.4362257.17910.335PDOP433.6383348.01210.042HDOP2.3994115.01710.191VDOP433.631TDOP77.083卫星序号方位角仰角DOP1170.36261.201GDOP368.2232236.77460.361PDOP277.3383341.24160.014HDOP4.8904116.07560.633VDOP277.295TDOP242.222总结DOP：由于观测站与 4 颗观测卫星所构成的六面体体积为 G， DOP 与该六面体体积的倒数成正比。六面体的体积越大，所测卫星在空间的分布范围也越大，DOP 值越小；反之，卫星分布范围越小，DOP 值越大。一颗卫星处于天顶，其余 3 颗卫星相距 120 度时，所构成的六面体体积接近最大。那时候的最小。五、遇到的问题所选 GPS 时间天空中的可视卫星数小于 4 颗，则不能解算出此时刻的 DOP 值。解决方法：这个时候则要回到可视卫星界面，直到界面及接收机接收灯有盏以上为绿色是才开始记录数据，这样在回到实验三的界面，并选择时间就可以开始试验了。六、思考题如果有多颗卫星(多于4颗)存在时，怎样实现选星？答：为提高定位精度，应选择几何精度因子最小的 4 颗卫星进行观测。这称之为最佳星座选择