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）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢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 各種類型的各種類型的 GPS 用戶接收機(jī)用戶接收機(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觀測值和基本觀測方程觀測值和基本觀測方程GPS測距原理（測距碼）測距原理（測距碼）利用測距碼測定衛(wèi)地距離利用測距碼測定衛(wèi)地距離dtTutTuTRT)()(1相關(guān)系數(shù)：2.2 GPS載波相位測量的基本原理（一）SR SR)SR( )tR( )tS接收機(jī)根據(jù)自身的鐘在 時刻復(fù)制信號的相位tR接收機(jī)根據(jù)自身的鐘在 時刻所接收到衛(wèi)星在時刻所發(fā)送信號的相位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值載波相位觀測值 Int0NN0Fr0N0I

3、nt( )iFrit0ti)()()()()(000FrIntNFrIntFriii通常表示為：以后的觀測：首次觀測：( )( )( )( )( )( )( )jjjjjjiiiiitR tdtct tttItTt( )( )( )( )( )( )( )jjjjjjjiiiiiitNR tdtc t tt tI tT t( )jit為該歷元的偽距觀測值 ()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的對流層延遲誤差 為接收機(jī)碼觀測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 jiN為該衛(wèi)星的相位觀測值模糊度 偽距：偽距：載波：載波： 絕對定位絕對定位定位技術(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)；同時利用某種方式得到的精

5、密衛(wèi)星鐘差來替代用戶鐘差來替代用戶GPS定位觀測值方程中的定位觀測值方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù)衛(wèi)星鐘差參數(shù)；用戶利用用戶利用單臺單臺GPS雙頻雙碼接收機(jī)雙頻雙碼接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)在在數(shù)千萬的觀測數(shù)據(jù)在在數(shù)千萬平方公里乃至全球范圍內(nèi)的任意位置都可以分米級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的精度進(jìn)行實(shí)時動態(tài)定位或以進(jìn)行實(shí)時動態(tài)定位或以厘米厘米級的精度進(jìn)行較快速的靜態(tài)定級的精度進(jìn)行較快速的靜態(tài)定位，這一導(dǎo)航定位方法稱為精密單點(diǎn)定位（位，這一導(dǎo)航定位方法稱為精密單點(diǎn)定位（Precise Point Positioning），簡稱為（），簡稱為（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值處理非差偽距和相位觀測值估計(jì)位置、接收機(jī)鐘差、對流層延遲歷元估計(jì)位置、接收機(jī)鐘差、對流層延遲歷元支持靜態(tài)和動態(tài)定位支持靜態(tài)和動態(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)系無需基準(zhǔn)站支持即可實(shí)現(xiàn)厘米級到分米級定位無需基準(zhǔn)站支持即可實(shí)現(xiàn)厘米級到分米級定位提高效益，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題衛(wèi)星星歷和鐘差的可用性問題相位模糊度收斂問題相位模糊度收斂問題誤差處理問題誤差處理問題改正后的觀測值=原始觀測值+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. 觀測值間的線性組合觀測值間的線性組合（頻率特性）21,LLmnfmfnf（整周未知數(shù)特性）21,LLmnNmNnN（波長特性）mnmnfc,兩個載波（兩個載波（L1、L2）觀測值間的線性組合）觀測值間的線性組合cmcmffAffffffAtNNNfcffflanewideLLLLLLLlanewideLLlanewidelanewidewide-laneLLlanewideLLlanewide9 .121219.86cm19.86MHz82.34721211221212121幾種特殊的組合觀測值211212222212121221122122221212211212122

8、22212122.545731.983680LLLionofreeLLLLLLLLLLLLLLLLLionofreeLLLLLLLLLLLffffffffffffffffAtfffffffffff 幾種特殊的組合觀測值幾種特殊的組合觀測值6. 整周未知數(shù)整周未知數(shù)N0的確定的確定N0Fr0N0Int( )iFrit0ti 7. 周跳的探測與修復(fù)周跳的探測與修復(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