GPS原理及其應(yīng)用(2)ppt課件

1、 武漢大學(xué)武漢大學(xué) 測繪學(xué)院測繪學(xué)院 GPSGPS原理及其應(yīng)用課程組原理及其應(yīng)用課程組GPS原理及其運用原理及其運用 (八八)GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用第四章第四章 間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位4.1 利用測距碼測定衛(wèi)地距利用測距碼測定衛(wèi)地距GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用4.1 利用測距碼測定衛(wèi)地距利用測距碼測定衛(wèi)地距GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用GPS定位的根本原理定位的根本原理 需處理的兩個關(guān)鍵問題需處理的兩個關(guān)鍵問題 如何確定衛(wèi)星的位置如何確定衛(wèi)星的位置 如何丈量出站星間隔如何丈量出站星間隔GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用測距方法測距方法 雙程測距雙程測距用于電用于電磁波測距儀磁

2、波測距儀 單程測距單程測距用于用于GPS間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測距碼測定衛(wèi)地距利用測距碼測定衛(wèi)地距 測距方法測距方法GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用測距碼測距碼C/A碼測距時有模糊度碼測距時有模糊度P碼碼間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測距碼測定衛(wèi)地距利用測距碼測定衛(wèi)地距 測距碼測距碼GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用信號傳播時間測距碼測距原理測距碼測距原理 間隔測定的根本思緒間隔測定的根本思緒 信號測距碼傳播時間的測定信號測距碼傳播時間的測定dtTutTuTRT)()(1相關(guān)系數(shù)：ctc信號傳播時間的測定信號傳播時間的測定間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測距碼測定

3、衛(wèi)地距利用測距碼測定衛(wèi)地距 測距碼測距原理測距碼測距原理GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用測距碼測距原理測距碼測距原理 利用測距碼測距的必要條件利用測距碼測距的必要條件 必需了解測距碼的構(gòu)造必需了解測距碼的構(gòu)造 利用測距碼進展測距的優(yōu)點利用測距碼進展測距的優(yōu)點 采用的是采用的是CDMA碼分多址碼分多址技術(shù)技術(shù) 易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號 可提高測距精度可提高測距精度 便于對系統(tǒng)進展控制和管理便于對系統(tǒng)進展控制和管理如如AS每顆每顆GPS衛(wèi)星都采用特定的衛(wèi)星都采用特定的偽隨機噪聲碼偽隨機噪聲碼微弱信號的捕獲微弱信號的捕獲間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測距碼測定衛(wèi)地距利用測

4、距碼測定衛(wèi)地距 測距碼測距原理測距碼測距原理GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用Z跟蹤技術(shù)跟蹤技術(shù) AS P碼碼+W碼碼Y碼碼 W碼的碼元寬度比碼的碼元寬度比Y碼大幾碼大幾十倍十倍 Z跟蹤技術(shù)跟蹤技術(shù) 原理原理 將相關(guān)間隔積分間隔限將相關(guān)間隔積分間隔限定在一個定在一個W碼碼元內(nèi)碼碼元內(nèi)碼碼碼碼碼元內(nèi)在一個PPYW 0 1 0 0 1 0 0（1） W 碼 0 1 0 0 1 0 P 碼 Y 碼 + = 0 1 0 0 1 0 1（-1） W 碼 1 0 1 1 0 1 P 碼 Y 碼 + = 間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測距碼測定衛(wèi)地距利用測距碼測定衛(wèi)地距 Z跟蹤技術(shù)跟蹤技術(shù)GPS原理及

5、其應(yīng)用原理及其應(yīng)用偽距丈量的特點偽距丈量的特點 優(yōu)點優(yōu)點 無模糊度無模糊度 缺陷缺陷 精度低精度低間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測距碼測定衛(wèi)地距利用測距碼測定衛(wèi)地距 偽距丈量的特點偽距丈量的特點GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用GPS丈量的根本觀測方程丈量的根本觀測方程間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測距碼測定衛(wèi)地距利用測距碼測定衛(wèi)地距 GPS丈量的根本觀測方程丈量的根本觀測方程SR( )tR( )tS接收機根據(jù)自身的鐘在 時刻復(fù)制信號的相位tR接收機根據(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 tSGPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用對流層折射延對流層折射延遲

6、矯正遲矯正電離層折射延電離層折射延遲矯正遲矯正接納機鐘的接納機鐘的矯正數(shù)矯正數(shù)衛(wèi)星鐘的矯衛(wèi)星鐘的矯正數(shù)正數(shù)信號分開信號分開衛(wèi)星的時衛(wèi)星的時辰由衛(wèi)辰由衛(wèi)星鐘測定星鐘測定信號到達接信號到達接納機的時辰納機的時辰由接納機由接納機鐘測定鐘測定RSRSsRRStttropiontropionabttabtatbSRtRbtSaSRVcVcVVVVcVcVccVVcttcVtVtttc)()()()()()(故：站星真實距離：則：；設(shè)：偽距：測距碼測距的觀測方程測距碼測距的觀測方程間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測距碼測定衛(wèi)地距利用測距碼測定衛(wèi)地距 測距碼測距的觀測方程測距碼測距的觀測方程GPS原

7、理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用222222000000000000()()()()()()()()()()()()()SRiiiiiiiiiontropttiiiiiiiiiiiiiiixXyYzZixXyYzZVVc Vc VxXyYzZxXyYzdXdYdZdXdY 令真實的站星距離：， 為衛(wèi)星則站星距離的觀測值：將 用泰勒級數(shù)展開，保留一階項，有0022200000000000000()()()()()()()()()()()SiRiiiiiiiiiiiiiiiiiionitropitiiiitiZdZxXyYzZXXdXYYdYZZdZxXyYzZlmnLc VVVVl dXmdYndZc V

8、L 其中：；令：；則誤差方程為：偽距丈量的誤差方程偽距丈量的誤差方程間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 利用測距碼測定衛(wèi)地距利用測距碼測定衛(wèi)地距 測距碼測距的誤差方程測距碼測距的誤差方程GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用4.2 載波相位丈量載波相位丈量GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用 載波相位丈量載波相位丈量間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量itjtitijttR(c )2002, 黃勁松GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波 重建載波重建載波 將非延續(xù)的載波信號恢復(fù)成延續(xù)的載波信號。將非延續(xù)的載波信號恢復(fù)成延續(xù)的載波信號

9、。載波調(diào)制了電文之后載波調(diào)制了電文之后變成了非延續(xù)的波變成了非延續(xù)的波偽距丈量與載波相位丈量偽距丈量與載波相位丈量間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波 碼相關(guān)法碼相關(guān)法 方法方法 將所接納到的調(diào)制信號衛(wèi)星將所接納到的調(diào)制信號衛(wèi)星信號與接納機產(chǎn)生的復(fù)制碼信號與接納機產(chǎn)生的復(fù)制碼相乘。相乘。 技術(shù)要點技術(shù)要點 衛(wèi)星信號弱與接納機信號衛(wèi)星信號弱與接納機信號強相乘。強相乘。 特點特點 限制：需求了解碼的構(gòu)造。限制：需求了解碼的構(gòu)

10、造。 優(yōu)點：可獲得導(dǎo)航電文，可獲優(yōu)點：可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波長的載波，信號質(zhì)量好得全波長的載波，信號質(zhì)量好信噪比高信噪比高衛(wèi)星信號的生成接收機重建載波(c )2002, 黃勁松碼相關(guān)法碼相關(guān)法間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波 平方法平方法 方法方法 將所接納到的調(diào)制信號衛(wèi)星將所接納到的調(diào)制信號衛(wèi)星信號自乘。信號自乘。 技術(shù)要點技術(shù)要點 衛(wèi)星信號弱自乘。衛(wèi)星信號弱自乘。 特點特點 優(yōu)點：無需了解碼的構(gòu)造優(yōu)點：無需了

11、解碼的構(gòu)造 缺陷：無法獲得導(dǎo)航電文，所缺陷：無法獲得導(dǎo)航電文，所獲載波波長為原來波長的一半，獲載波波長為原來波長的一半，信號質(zhì)量較差信噪比低，降信號質(zhì)量較差信噪比低，降低了低了30dB平方法平方法間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波 相互關(guān)交叉相關(guān)相互關(guān)交叉相關(guān) 方法方法 在不同頻率的調(diào)制信號衛(wèi)星信號進展相關(guān)處在不同頻率的調(diào)制信號衛(wèi)星信號進展相關(guān)處置，獲取兩個頻率間的偽距差和相位差置，獲取兩個頻率間的偽距差和相位差 技術(shù)

12、要點技術(shù)要點 不同頻率的衛(wèi)星信號弱進展相關(guān)。不同頻率的衛(wèi)星信號弱進展相關(guān)。 特點特點 優(yōu)點：無需了優(yōu)點：無需了Y解碼的構(gòu)造，可獲得導(dǎo)航電文，可解碼的構(gòu)造，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長的載波，信號質(zhì)量較平方法好信獲得全波波長的載波，信號質(zhì)量較平方法好信噪比降低了噪比降低了27dB)()(12/, 12, 1, 2/, 12LLACLLYLYLACLLRRRR間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波 Z跟蹤跟蹤 方法：將衛(wèi)星信

13、號在一個方法：將衛(wèi)星信號在一個W碼碼元內(nèi)與接納碼碼元內(nèi)與接納機復(fù)制出的機復(fù)制出的P碼進展相關(guān)處置。碼進展相關(guān)處置。 在一個在一個W碼碼元內(nèi)進展衛(wèi)星信號弱與復(fù)碼碼元內(nèi)進展衛(wèi)星信號弱與復(fù)制信號強進展相關(guān)。制信號強進展相關(guān)。 特點特點 優(yōu)點：無需了解優(yōu)點：無需了解Y碼構(gòu)造，可測定雙頻偽距碼構(gòu)造，可測定雙頻偽距觀測值，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長觀測值，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長的載波，信號質(zhì)量較平方法好信噪比降低的載波，信號質(zhì)量較平方法好信噪比降低了了14dB間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波載波相位丈量的關(guān)鍵技術(shù)重建載波GPS原理及其

14、應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波測距載波測距itjtitijttR(c )2002, 黃勁松間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波測距載波測距GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用GPS載波相位丈量的根本原理載波相位丈量的根本原理間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 GPS載波相位丈量的根本原理載波相位丈量的根本原理SR SR)SR( )tR( )tS接收機根據(jù)自身的鐘在 時刻復(fù)制信號的相位tR接收機根據(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踐情況實踐情況GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位觀測值載波相位觀測值

15、 觀測值觀測值 整周計數(shù)整周計數(shù) 整周未知數(shù)整周模糊度整周未知數(shù)整周模糊度載波相位觀測值載波相位觀測值)()()()()(000FrIntNFrIntFriii通常表示為：以后的觀測：首次觀測： Int0NN0Fr0N0Int( )iFrit0ti間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位觀測值載波相位觀測值GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用載波相位丈量的特點載波相位丈量的特點 優(yōu)點優(yōu)點 精度高，測距精度可達精度高，測距精度可達0.1mm量級量級 難點難點 整周未知數(shù)問題整周未知數(shù)問題 整周跳變問題整周跳變問題間隔丈量與間隔丈量與GPS定位定位 載波相位丈量載波相位丈量 載波相位丈量的特點載波相位丈量的特點GPS原理及其應(yīng)用原理及其應(yīng)用tropiioniiiittiiiiiVVLLcVcVNdZndYmdXlvSR)()(其中：0載波相位丈量的觀測方程載波相位丈量的觀測方程tropi