第一講 GNSS定位的基本原理

1、GNSSGNSS衛(wèi)星定位概述衛(wèi)星定位概述1.1.全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSSGNSS）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)GNSSGNSS的定義和實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)的定義和實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)GNSS系統(tǒng)組成衛(wèi)星定位系統(tǒng)的三大部分衛(wèi)星定位系統(tǒng)的三大部分 空間飛行的空間飛行的 GPS 衛(wèi)星衛(wèi)星 各種類(lèi)型的各種類(lèi)型的 GPS 用戶(hù)接收機(jī)用戶(hù)接收機(jī) GPS全球定位系統(tǒng)GLONASS全球定位系統(tǒng) GLONASS1982-2007GLONASS-M2003-2013GLONASS-K2007-2022GLONASS-KM2015-Galileo 系統(tǒng)星座系統(tǒng)星座 伽利略（GALILEO）全球定位系統(tǒng)北斗

2、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)局域現(xiàn)狀及發(fā)展計(jì)劃北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)局域現(xiàn)狀及發(fā)展計(jì)劃北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)局域現(xiàn)狀及發(fā)展計(jì)劃北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)局域現(xiàn)狀及發(fā)展計(jì)劃2 GNSS觀測(cè)值和基本觀測(cè)方程觀測(cè)值和基本觀測(cè)方程GPS測(cè)距原理（測(cè)距碼）測(cè)距原理（測(cè)距碼）利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距離利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距離dtTutTuTRT)()(1相關(guān)系數(shù)：2.2 GPS載波相位測(cè)量的基本原理（一）SR SR)SR( )tR( )tS接收機(jī)根據(jù)自身的鐘在 時(shí)刻復(fù)制信號(hào)的相位tR接收機(jī)根據(jù)自身的鐘在 時(shí)刻所接收到衛(wèi)星在時(shí)刻所發(fā)送信號(hào)的相位tRtS tR tS理想情況理想情況實(shí)際情況實(shí)際情況載波相位觀測(cè)值載波相位觀測(cè)值 Int0NN0Fr0N0I

3、nt( )iFrit0ti)()()()()(000FrIntNFrIntFriii通常表示為：以后的觀測(cè)：首次觀測(cè)：( )( )( )( )( )( )( )jjjjjjiiiiitR tdtct tttItTt( )( )( )( )( )( )( )jjjjjjjiiiiiitNR tdtc t tt tI tT t( )jit為該歷元的偽距觀測(cè)值 ()jiR t為該歷元的衛(wèi)星至接收機(jī)天線的幾何距離 ( )jdt為該歷元衛(wèi)星j 的軌道誤差 c為以米/秒為單位的光速 ( )it t和( )jt t為該歷元衛(wèi)星j的衛(wèi)星鐘差和測(cè)站i 的接收機(jī)鐘差 ( )jiIt為該歷元衛(wèi)星j 的電離層延遲誤差

4、 ()jiT t為該歷元衛(wèi)星j的對(duì)流層延遲誤差 為接收機(jī)碼觀測(cè)值的噪聲和多路徑誤差等隨機(jī)誤差 其中：其中：為接收機(jī)載波相位觀測(cè)值的噪聲和多路徑誤差等隨機(jī)誤差 ( )jit為該歷元相位差的小數(shù)部分與連續(xù)的整周記數(shù)之和，單位為周 為相應(yīng)于該載波的波長(zhǎng) jiN為該衛(wèi)星的相位觀測(cè)值模糊度 偽距：偽距：載波：載波： 絕對(duì)定位絕對(duì)定位定位技術(shù) -PPPRTKGNSS定位的發(fā)展方向精密單點(diǎn)定位概念及原理精密單點(diǎn)定位概念及原理 利用預(yù)報(bào)的利用預(yù)報(bào)的GPS衛(wèi)星的精密星歷或事后的精密星歷衛(wèi)星的精密星歷或事后的精密星歷作作為已知坐標(biāo)起算數(shù)據(jù)；同時(shí)利用某種方式得到的精密衛(wèi)星為已知坐標(biāo)起算數(shù)據(jù)；同時(shí)利用某種方式得到的精

5、密衛(wèi)星鐘差來(lái)替代用戶(hù)鐘差來(lái)替代用戶(hù)GPS定位觀測(cè)值方程中的定位觀測(cè)值方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù)衛(wèi)星鐘差參數(shù)；用戶(hù)利用用戶(hù)利用單臺(tái)單臺(tái)GPS雙頻雙碼接收機(jī)雙頻雙碼接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)在在數(shù)千萬(wàn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)在在數(shù)千萬(wàn)平方公里乃至全球范圍內(nèi)的任意位置都可以分米級(jí)的精度平方公里乃至全球范圍內(nèi)的任意位置都可以分米級(jí)的精度進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位或以進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位或以厘米厘米級(jí)的精度進(jìn)行較快速的靜態(tài)定級(jí)的精度進(jìn)行較快速的靜態(tài)定位，這一導(dǎo)航定位方法稱(chēng)為精密單點(diǎn)定位（位，這一導(dǎo)航定位方法稱(chēng)為精密單點(diǎn)定位（Precise Point Positioning），簡(jiǎn)稱(chēng)為（），簡(jiǎn)稱(chēng)為（PPP）。）。 精密單點(diǎn)定位優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：處理

6、非差偽距和相位觀測(cè)值處理非差偽距和相位觀測(cè)值估計(jì)位置、接收機(jī)鐘差、對(duì)流層延遲歷元估計(jì)位置、接收機(jī)鐘差、對(duì)流層延遲歷元支持靜態(tài)和動(dòng)態(tài)定位支持靜態(tài)和動(dòng)態(tài)定位支持全球定位支持全球定位與坐標(biāo)框架直接聯(lián)系與坐標(biāo)框架直接聯(lián)系無(wú)需基準(zhǔn)站支持即可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)到分米級(jí)定位無(wú)需基準(zhǔn)站支持即可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)到分米級(jí)定位提高效益，降低成本提高效益，降低成本挑戰(zhàn)挑戰(zhàn)衛(wèi)星星歷和鐘差的可用性問(wèn)題衛(wèi)星星歷和鐘差的可用性問(wèn)題相位模糊度收斂問(wèn)題相位模糊度收斂問(wèn)題誤差處理問(wèn)題誤差處理問(wèn)題改正后的觀測(cè)值=原始觀測(cè)值+模型改正電離層地球TEC柱體底面積為1m2易發(fā)生多路徑的環(huán)境易發(fā)生多路徑的環(huán)境fANtctcftftfccfiontropi

7、onSR)(1；5. 觀測(cè)值間的線性組合觀測(cè)值間的線性組合（頻率特性）21,LLmnfmfnf（整周未知數(shù)特性）21,LLmnNmNnN（波長(zhǎng)特性）mnmnfc,兩個(gè)載波（兩個(gè)載波（L1、L2）觀測(cè)值間的線性組合）觀測(cè)值間的線性組合cmcmffAffffffAtNNNfcffflanewideLLLLLLLlanewideLLlanewidelanewidewide-laneLLlanewideLLlanewide9 .121219.86cm19.86MHz82.34721211221212121幾種特殊的組合觀測(cè)值211212222212121221122122221212211212122

8、22212122.545731.983680LLLionofreeLLLLLLLLLLLLLLLLLionofreeLLLLLLLLLLLffffffffffffffffAtfffffffffff 幾種特殊的組合觀測(cè)值幾種特殊的組合觀測(cè)值6. 整周未知數(shù)整周未知數(shù)N0的確定的確定N0Fr0N0Int( )iFrit0ti 7. 周跳的探測(cè)與修復(fù)周跳的探測(cè)與修復(fù)8 差分差分GNSS技術(shù)技術(shù)差分差分GPS的基本原理的基本原理 ABI站間差分：B I-A I)()()(,tttIAIBIBAAI星間差分：A J-A IJJ為參考星)()()(,tttIAJAJIAAI(t )i+1歷元間差分：A I(t )-A I(t)i+1iI(t)i)()(),(11