第五章GS衛(wèi)星定位基本原理2

第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

5.1概述GPS衛(wèi)星定位基本原理:衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶(hù)接收到這些信息后，經(jīng)過(guò)計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。實(shí)際上是將衛(wèi)星作為動(dòng)態(tài)空間已知點(diǎn)，利用距離交會(huì)的原理確定接收機(jī)的三維位置。5.1概述被動(dòng)式有源無(wú)線電定位技術(shù)利用距離交會(huì)的原理確定接收機(jī)的三維位置及鐘差GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

空間距離交會(huì)原理圖GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

1、GPS定位的各種常用的觀測(cè)量L1載波相位觀測(cè)值L2載波相位觀測(cè)值調(diào)制在L1上的C/A-code偽距調(diào)制在L2上的P-code偽距Dopple(多普勒)觀測(cè)值(導(dǎo)航電文)GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

5.1概述GPS信號(hào)構(gòu)成圖GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

5.1概述2、對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距有關(guān)各觀測(cè)量及已知數(shù)據(jù)如下：

r—為已知的衛(wèi)地矢量P—為觀測(cè)量（偽距）R—為未知的測(cè)站點(diǎn)位矢量接收機(jī)對(duì)跟蹤的每一顆衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)距Rj=ri+Pij地心PijPj

riRjGPS測(cè)量原理及應(yīng)用

5.1概述3.GPS定位的分類(lèi)●按定位方式分為：

●單點(diǎn)定位(偽距定位)

●相對(duì)定位（差分定位）

●按接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為：●動(dòng)態(tài)定位●靜態(tài)定位

GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

5.1概述5.1概述

單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺(tái)接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測(cè)量，可用于車(chē)船等的概略導(dǎo)航定位。相對(duì)定位（差分定位）是根據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定觀測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置的方法，它既可采用偽距觀測(cè)量也可采用相位觀測(cè)量，大地測(cè)量或工程測(cè)量均應(yīng)采用相位觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位。GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

3.GPS定位的分類(lèi)在定位觀測(cè)時(shí)，若接收機(jī)相對(duì)于地球表面運(yùn)動(dòng)，則稱(chēng)為動(dòng)態(tài)定位；

在定位觀測(cè)時(shí)，若接收機(jī)相對(duì)于地球表面靜止，則稱(chēng)為靜態(tài)定位。GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

5.1概述3.GPS定位的分類(lèi)偽距定義：GPS接收機(jī)對(duì)測(cè)距碼的量測(cè)就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，由于含有接收機(jī)鐘的誤差、衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱(chēng)為偽距。對(duì)C/A碼測(cè)得的偽距稱(chēng)為C/A碼偽距，精度約為20-30米左右，對(duì)P碼測(cè)得的偽距稱(chēng)為P碼偽距，精度約為2-10米左右。GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

5.2偽距測(cè)量5.2偽距測(cè)量單點(diǎn)定位解可以理解為一個(gè)空間距離后方交會(huì)問(wèn)題衛(wèi)星充當(dāng)軌道上運(yùn)動(dòng)的控制點(diǎn)，觀測(cè)值為測(cè)站至衛(wèi)星的偽距（由時(shí)延值推算得到）由于接收機(jī)時(shí)鐘與衛(wèi)星鐘存在同步誤差所以要同步觀測(cè)4顆衛(wèi)星，解算四個(gè)未知參數(shù)：緯度

,經(jīng)度

,高程

h,鐘差

t5.2.1偽距測(cè)量GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

偽距觀測(cè)值的計(jì)算接收機(jī)至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號(hào)量測(cè)并計(jì)算得到的接收機(jī)本身按同一公式復(fù)制碼信號(hào)比較本機(jī)碼信號(hào)及到達(dá)的碼信號(hào)確定傳播延遲的時(shí)間t傳播延遲時(shí)間乘以光速就是距離觀測(cè)值=C?t衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號(hào)

接收機(jī)時(shí)鐘復(fù)制的碼信號(hào)

ttGPS測(cè)量原理及應(yīng)用

5.2偽距測(cè)量

(1)為什么要用碼相關(guān)法來(lái)測(cè)定偽距利用碼相關(guān)技術(shù)在自相關(guān)系數(shù)R(τ＇)=max的情況下來(lái)確定信號(hào)的傳播時(shí)間，實(shí)際上就是根據(jù)參加比對(duì)的n個(gè)碼來(lái)共同確定傳播時(shí)間。自相關(guān)系數(shù)最大就意味著從總體上講這兩組測(cè)距碼已對(duì)得盡可能的齊了。在這種情況下測(cè)定的傳播時(shí)間，從某種意義上講就是用n個(gè)標(biāo)志測(cè)定的信號(hào)傳播時(shí)間的平均值。這樣可以大幅度地消除各種隨機(jī)誤差的影響，從而大大提高測(cè)定精度。GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

5.2.1偽距測(cè)量(2)自相關(guān)系數(shù)的測(cè)定方法測(cè)定自相關(guān)系數(shù)R(τ＇)的工作由接收機(jī)鎖相環(huán)路中的相關(guān)器和積分器來(lái)完成。自相關(guān)系數(shù)R(τ＇)可以用下式來(lái)表示：GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

5.2偽距測(cè)量5.2.1偽距測(cè)量自相堪關(guān)原河理GPS測(cè)量非原理余及應(yīng)堡用自相應(yīng)關(guān)系建數(shù)的婦測(cè)定房誠(chéng)方法其測(cè)婆量原零理如足圖：由接店收機(jī)般鎖相描環(huán)路夜中的回相關(guān)嫂器和尚積分危器來(lái)嘴完成о衛(wèi)星接收降機(jī)α(輕t-撲τ)相關(guān)噸器⊕積分泛器時(shí)鐘cp碼發(fā)清生器α’(t螞+t)碼移洋位控只制α‘(t溉+t-τ′)α(t)R(τ′)τ′GPS測(cè)量界原理學(xué)及應(yīng)件用5.澡2.吊2偽距鞏定位紙觀測(cè)俘方程考慮嫁電離燦層、忘對(duì)流面層、先鐘差艱影響藝有偽距估定位籠基本估觀測(cè)乘方程GPS測(cè)量寸原理飯及應(yīng)鐵用5.伯3載波祖相位鐮測(cè)量5.壁3.岔1載波輪相位擋觀測(cè)借值發(fā)自平衛(wèi)星的電臂磁波信號(hào)歷：信號(hào)飼量測(cè)市精度芒優(yōu)于志波長(zhǎng)罩的1/哥10荷0載波醒波長(zhǎng)舊（L1=1頑9c竹m,L2=2帖4c下m)比C/廈A碼波挨長(zhǎng)(C/膠A=黑29顏3m堵)短得椒多所以灑，GP歐S測(cè)量度采用群載波外相位專(zhuān)觀測(cè)你值可霸以獲絹得比獅偽距場(chǎng)（C/憲A碼或P碼）哲定位夫高得肆多的惹成果印精度L1載波L2載波C/斥A碼P-碼p=2這9.害3匠mL2=2譯4絲式cmL1=1衛(wèi)9c藥mC/顛A=2姑93脅mGPS測(cè)量昌原理饞及應(yīng)級(jí)用5.神3.樓2載波晚相位防觀測(cè)魯方程載波耽相位系基本偽觀測(cè)喚方程:考慮文電離柳層、欄對(duì)流早層、免鐘差菜影響跨有：GPS測(cè)量謊原理寧及應(yīng)屯用5.陣3.戴3整周務(wù)未知炮數(shù)N0的確盟定(1傷/2褲)N(t0)=4

N(t0)=4

N(t0)=4

N(雀t0):未知綢的整愛(ài)周未占知數(shù)(ti):相位世差的蒸小數(shù)趴部分接收敲機(jī)記糊錄綠色切部分有為整共周計(jì)汽數(shù)接收瓶機(jī)記錄GPS測(cè)量既原理世及應(yīng)哲用整周頑未知在數(shù)N0的確閣定方習(xí)法（2/排2）偽距滅法將偽筒距觀位測(cè)值段減去傅載波器相位芒測(cè)量化的實(shí)抓際觀滑測(cè)值(化為埋以距制離為單暈位)后即竄可得極到λ×N0。將整頌周未踢知數(shù)聲當(dāng)作筆平差鞠中的盡待定羊參數(shù)——經(jīng)典魄方法1)整數(shù)著解短基潑線測(cè)仁量2)實(shí)數(shù)愧解辱長(zhǎng)基線告測(cè)量多普狹勒法(三差脂法)將相怨鄰兩舍個(gè)觀下測(cè)歷減元的狗載波四相位失相減侄，消鳴去了欣整周趴未知予數(shù)N0，從而戴直接魯解出戚坐標(biāo)辨參數(shù)柄。常用來(lái)獲得未知罵參數(shù)肌的初假始值俯。快速摧確定考整周乎未知徑數(shù)法這種脹方法按對(duì)某酷一置益信區(qū)冷間所聽(tīng)有整銳數(shù)組曲合一鐘一進(jìn)側(cè)行平燈差，益取估值增的驗(yàn)敢后方塞差或溜方差婆和為描最小拉的一環(huán)組整史周未色知數(shù)攔作為松整周驢未知數(shù)獲的最境佳估魔值。進(jìn)行臥短基據(jù)線定呀位時(shí)雨，利倍用雙貓頻接屯收機(jī)速只需欺觀測(cè)嶼一分萍鐘便骨能成功頂?shù)卮_村定整發(fā)周未己知數(shù)綢。GPS測(cè)量建原理振及應(yīng)這用快速辭確定蠻整周肯未知配數(shù)法(1父/4段)所有危歷元家雙差阻觀測(cè)袍值組鬧成的楊誤差可方程辨為：經(jīng)初母始平慌差后饑，可撒以得按到整閱周模住糊度寸解的敬協(xié)因數(shù)駁陣QNN和單康位權(quán)烏驗(yàn)后運(yùn)中誤腔差m0,雙差廊整周茅模糊械度經(jīng)過(guò)亡初始菠平差純后得吼到的疑浮點(diǎn)地解中鐮誤差mNi:GPS測(cè)量訓(xùn)原理剛及應(yīng)學(xué)用上式瓣中，tr,燙1-叔為顯神著水席平為α，自柜由度殲為r(雙差歉浮點(diǎn)監(jiān)解平呀差中參的多恒余觀杰測(cè)數(shù))的t分布荒密度僑函數(shù)富的雙懲尾α分位強(qiáng)值，當(dāng)顯著頃水平α、自秤由度r確定壇以后暈，其救值可主從分險(xiǎn)布表墊中查彈得。設(shè)Ci為援i的所做有取旬值可足能個(gè)逮數(shù)，賓則對(duì)(n個(gè)整低周模追糊度)快速?gòu)U確定包整周洲未知?jiǎng)贁?shù)法(2竹/4謠)由此胞，在婦一定據(jù)置信扔水平1－α條件巨下，著相應(yīng)倒于任旁一整周羅模糊茶度的覺(jué)置信埋區(qū)間慎應(yīng)為:GPS測(cè)量共原理阻及應(yīng)始用快速齒確定互整周幻玉未知熔數(shù)法(3閥/4周)將上細(xì)述整邊周模嚴(yán)糊度藥的各贊種可塘能組末合依釣次作翅為固醒定值堤，代例入法鄰方程中進(jìn)友行平泉差計(jì)謙算，勸求出夫其驗(yàn)賄后單限位權(quán)祝中誤澆差。洽當(dāng)這購(gòu)一計(jì)鏟算過(guò)劑程全疾部完?duì)I成后唐，取友其驗(yàn)撈后單紛位權(quán)潛中誤雨差最臨小的俊那一塌組未梢知測(cè)馳站近魄似坐恢標(biāo)改染正數(shù)販為最疼后結(jié)周果，眨由此裳模糊粗度也督就求刷解出革來(lái)了氏。這從一過(guò)幸程稱(chēng)扶為相甚位模香糊度播的求天解搜狠索過(guò)家程。在這矮一處構(gòu)理過(guò)鄭程中敘，有壺兩個(gè)恨問(wèn)題繁必須叫考慮菜：第鞏一，注如何捏判斷床整周谷未知皮數(shù)的針最后榴取值住是否笛可靠鞋；第惠二，貸怎樣沒(méi)才可塑能獲巡壽得精瘦確的率整周怕未知遮數(shù)的腿最后浸取值劍。關(guān)模于前則者，已可以擠引入抵整周集模糊衰度搜涼索因辭子Ra背ti果o來(lái)判陣斷。Ra筋ti硬o定義艷為驗(yàn)靠后方愛(ài)差的軋次最拳小值竭與驗(yàn)堤后方桃差的墊最小忙值之援間的躬比值猶。即GPS測(cè)量彎原理族及應(yīng)愛(ài)用快速搖確定夫整周岔未知輕數(shù)法(4滲/4電)很顯磁然，Ra猶ti染o的值德越大績(jī)，求弦出的漿整周扶未知料數(shù)越躲可靠輛。關(guān)駱于后悶者，補(bǔ)要延駁長(zhǎng)接毯收機(jī)稼的觀楊測(cè)時(shí)版間。岔當(dāng)觀俱測(cè)數(shù)米據(jù)足踏夠多箭時(shí)，插初始僚平差歌后得薪到的界驗(yàn)后弊方差敢就小倆，一拘方面似減少霸了搜謎索整和周未舟知數(shù)糟最佳痰值的捎時(shí)間挑，另島一方昆面提任高了豆計(jì)算津結(jié)果碗的可旗靠性研。由以浙上分蘇析可煎以看稱(chēng)出，戀在置部信水施平確漲定的赴情況標(biāo)下，頌整周笛模糊的度的猶可能襯組合狠數(shù)的添多少愧取決僅于初始瘦平差這后所瓣得到旨的整蕉周模濃糊度炭方差娘的大麻小和刺觀測(cè)息的衛(wèi)醋星數(shù)。同刃時(shí)，壯整周睬模糊胞度的佳的可丟能組勉合數(shù)戰(zhàn)的多宅少卻練決定驢著完尺成模詞糊度清搜索紋過(guò)程例的時(shí)倒間。羞如果視同步假觀測(cè)犧的時(shí)退間較罷短，緩則初好始平困差后踢得到陳的整飲周模乖糊度像的方繼差就喉較大菊，于笨是整行