第五章 GS衛(wèi)星定位基本原理

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(xiàn)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)在定暗位觀凡測(cè)時(shí)跨，若賺接收勉機(jī)相摩對(duì)于梅地球季表面治運(yùn)動(dòng)侍，則解稱(chēng)為動(dòng)態(tài)軍定位；在定村位觀語(yǔ)測(cè)時(shí)嚇，若劇接收遙機(jī)相衰對(duì)于閉地球打表面蠻靜止駛，則坡稱(chēng)為靜態(tài)雙定位。GPS測(cè)量甩原理禿及應(yīng)槽用5.紫1概述3.陽(yáng)GP欠S定位會(huì)的分慘類(lèi)偽距菠定義瓶：GP蝦S接收貍機(jī)對(duì)蔑測(cè)距哈碼的果量測(cè)努就可斥得到蜻衛(wèi)星撓到接傍收機(jī)燙的距哥離，涉由于向含有雜接收著機(jī)鐘惱的誤咸差、娘衛(wèi)星昌鐘的獎(jiǎng)?wù)`差蠅及大執(zhí)氣傳爹播誤倒差，薯故稱(chēng)愿為偽勢(shì)距。對(duì)C/忌A碼測(cè)巧得的厚偽距內(nèi)稱(chēng)為C/態(tài)A碼偽糞距，焰精度龍約為20績(jī)-3堅(jiān)0米左踢右，銷(xiāo)對(duì)P碼測(cè)翁得的磁偽距您稱(chēng)為P碼偽獻(xiàn)距，紐奉精度低約為2-料10米左遣右。GPS測(cè)量姥原理植及應(yīng)感用5.直2偽距跌測(cè)量5.例2偽距衣測(cè)量單點(diǎn)粒定位絨解可井以理良解為燈一個(gè)空間良距離唯后方糕交會(huì)問(wèn)題衛(wèi)星青充當(dāng)咬軌道葉上運(yùn)憐動(dòng)的漫控制煤點(diǎn)，夾觀測(cè)帝值為盞測(cè)站慣至衛(wèi)腸星的靠偽距暗（由煮時(shí)延范值推庸算得從到）由于摔接收滅機(jī)時(shí)詠鐘與喊衛(wèi)星吊鐘存喘在同鞏步誤紀(jì)差所以果要同帝步觀穴測(cè)4顆衛(wèi)居星，歲解算院四個(gè)權(quán)未知她參數(shù)錫：緯描度,經(jīng)度,高程h糠,鐘差t5.裙2.吐1偽距鳴測(cè)量GPS測(cè)量站原理魯及應(yīng)莊用偽距盲觀測(cè)鳴值的大計(jì)算接收呀機(jī)至永衛(wèi)星開(kāi)的距桶離借幼助于鳳衛(wèi)星瓶發(fā)射偵的碼歪信號(hào)錯(cuò)量測(cè)悠并計(jì)正算得辦到的接收饑機(jī)本隔身按雪同一敘公式值復(fù)制慣碼信霞號(hào)比較沈本機(jī)釣碼信贈(zèng)號(hào)及聞到達(dá)菌的碼逼信號(hào)烘確定皆傳播怨延遲聽(tīng)的時(shí)息間t傳播駝延遲趨時(shí)間灑乘以糠光速獎(jiǎng)就是縱距離銀觀測(cè)羽值=C杠?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)量糕原理儉及應(yīng)膀用5.寬2偽距繞測(cè)量(1萬(wàn))為什問(wèn)么要辯用碼纏相關(guān)活法來(lái)宰測(cè)定獄偽距利用凝碼相扭關(guān)技版術(shù)在扇自相肢關(guān)系歲數(shù)R(τ＇)=梁ma網(wǎng)x的情咱況下命來(lái)確總定信竹號(hào)的演傳播踩時(shí)間已，實(shí)痰際上皆就是姨根據(jù)董參加壺比對(duì)興的n個(gè)碼品來(lái)共拉同確乳定傳醬播時(shí)蹦間。榆自相稅關(guān)系我數(shù)最村大就籌意味給著從亡總體朵上講穿這兩旁組測(cè)類(lèi)距碼淹已對(duì)抖得盡濱可能率的齊區(qū)了。命在這殖種情通況下棟測(cè)定猜的傳改播時(shí)評(píng)間，糟從某彈種意勾義上仆講就大是用n個(gè)標(biāo)殘志測(cè)紐奉定的薪信號(hào)顏傳播稱(chēng)時(shí)間吹的平綢均值橫。這咽樣可漁以大量幅度鐵地消賺除各脊種隨午機(jī)誤帳差的歡影響籌，從柏而大沸大提滑高測(cè)擋定精部度。GPS測(cè)量策原理哀及應(yīng)猛用5.音2.特1偽距接測(cè)量(2渠)自相鼻關(guān)系鼠數(shù)的擁測(cè)定牛方法測(cè)定邀自相合關(guān)系爽數(shù)R(τ＇)的工津作由罪接收策機(jī)鎖劃相環(huán)自路中蛇的相關(guān)櫻器和積分辰器來(lái)完抗成。層自相胡關(guān)系感數(shù)R(τ＇)可以博用下師式來(lái)迷表示侮：GPS測(cè)量攏原理拔及應(yīng)悄用5.藏2偽距俗測(cè)量5.桃2.欄1偽距擾測(cè)量自相關(guān)關(guān)原宴理GPS測(cè)量虛原理島及應(yīng)陳用自相牙關(guān)系載數(shù)的退測(cè)定資方法其測(cè)勾量原止理如搜圖：由接柔收機(jī)生鎖相獨(dú)環(huán)路浪中的竹相關(guān)留器和讓積分偵器來(lái)頭完成о衛(wèi)星接收厲機(jī)α(輸t-飽τ)相關(guān)托器⊕積分蹲器時(shí)鐘cp碼發(fā)緣瑞生器α’(t顧+t)碼移遭位控屈制α‘(t盤(pán)+t-τ′)α(t)R(τ′)τ′GPS測(cè)量希原理樂(lè)及應(yīng)壓用5.離2.錘2偽距尖定位萄觀測(cè)挪方程考慮熊電離本層、遵對(duì)流予層、艦鐘差瘡影響卸有偽距逆定位虹基本友觀測(cè)證方程GPS測(cè)量勸原理秋及應(yīng)爐用5.埋3載波省相位稈測(cè)量5.幣3.古1載波陷相位負(fù)觀測(cè)顏值發(fā)自狠衛(wèi)星的電律磁波信號(hào)該：信號(hào)惕量測(cè)段精度詞優(yōu)于伐波長(zhǎng)它的1/勵(lì)10室0載波層波長(zhǎng)罰（L1=1窗9c僚m,L2=2薪4c笛m)比C/隸A碼波庸長(zhǎng)(C/次A=席29海3m鼠)短得辰多所以渾，GP晉S測(cè)量高采用岡載波展相位凱觀測(cè)轎值可際以獲池得比嫁偽距栗（C/秋A碼或P碼）編定位頌高得蕩多的頁(yè)成果怪精度L1載波L2載波C/算A碼P-碼p=2拘9.沒(méi)3辱mL2=2京4盲cmL1=1燭9c汁mC/釣A=2蜻93揚(yáng)mGPS測(cè)量坑原理刻及應(yīng)遞用5.嚇3.租2載波犯相位野觀測(cè)之方程載波辛相位防基本午觀測(cè)醫(yī)方程:考慮萌電離差層、臉對(duì)流艷層、肚鐘差別影響放有：GPS測(cè)量晉原理無(wú)及應(yīng)古用5.叫3.遮3整周來(lái)未知漆數(shù)N0的確風(fēng)定(1都/2寒)N(t0)=4

N(t0)=4

N(t0)=4

N(淡t0):未知眠的整顛周未語(yǔ)知數(shù)(ti):相位爹差的往小數(shù)反部分接收姐機(jī)記自錄綠色耐部分群為整擾周計(jì)果數(shù)接收去機(jī)記錄GPS測(cè)量偏原理刃及應(yīng)修用整周傍未知汪數(shù)N0的確夠定方制法（2/許2）偽距研法將偽癢距觀樣測(cè)值跳減去翻載波文相位績(jī)測(cè)量指的實(shí)親際觀攀測(cè)值(化為驗(yàn)以距怕離為單暖位)后即冰可得引到λ×N0。將整案周未瓦知數(shù)鴿當(dāng)作燦平差納中的色待定旁參數(shù)——經(jīng)典督方法1)整數(shù)內(nèi)解短基否線(xiàn)測(cè)申量2)實(shí)數(shù)莊解魂長(zhǎng)基線(xiàn)阻測(cè)量多普龍勒法(三差美法)將相擊鄰兩算個(gè)觀須測(cè)歷蔬元的備載波扁相位歇相減吼，消德去了禿整周目未知沈數(shù)N0，從而肯直接水解出終坐標(biāo)煙參數(shù)兄。常用來(lái)獲得未知帶參數(shù)屈的初械始值礙?？焖傺鄞_定猛整周哄未知馬數(shù)法這種布方法需對(duì)某做一置詢(xún)信區(qū)蜻間所代有整榆數(shù)組奪合一劫一進(jìn)嗚行平囑差，酸取估值載的驗(yàn)熊后方獸差或屋方差叼和為公最小蛛的一敏組整資周未陵知數(shù)蟲(chóng)作為朋整周吉未知數(shù)缸的最也佳估路值。進(jìn)行掙短基忘線(xiàn)定漠位時(shí)濾，利底用雙壇頻接或收機(jī)象只需廊觀測(cè)排一分四鐘便濁能成功同地確爛定整陷周未敏知數(shù)押。GPS測(cè)量錯(cuò)原理蜜及應(yīng)夾用快速算確定館整周淋未知廢數(shù)法(1詢(xún)/4足)所有朵歷元雄雙差砍觀測(cè)鑰值組針成的蘇誤差軌方程神為：經(jīng)初作始平大差后焰，可轉(zhuǎn)以得抗到整會(huì)周模也糊度跑解的其協(xié)因數(shù)酸陣QNN和單筍位權(quán)甜驗(yàn)后觸中誤晚差m0,雙差乒整周吹模糊含度經(jīng)過(guò)領(lǐng)初始倚平差丸后得界到的呼浮點(diǎn)牌解中索誤差mNi:GPS測(cè)量箱原理軍及應(yīng)游用上式虛中，tr,模1-鳳為顯芒著水厲平為α，自瓣由度突為r(雙差刺浮點(diǎn)扭解平逮差中步的多溉余觀揉測(cè)數(shù))的t分布油密度么函數(shù)看的雙摧尾α分位述值，當(dāng)顯著展水平α、自秋由度r確定袖以后膜，其值值可愛(ài)從分虜布表貧中查聞得。設(shè)Ci為印i的所厘有取困值可穩(wěn)能個(gè)悔數(shù)，糾則手(n個(gè)整勺周模辛糊度)快速變確定券整周仆未知淺數(shù)法(2騾/4你)由此降，在喝一定坊置信蜂水平1－α條件渾下，厘相應(yīng)東于任抄一整周殺模糊總度的霞置信陰區(qū)間層應(yīng)為:GPS測(cè)量殲原理逝及應(yīng)桃用快速殺確定哥整周資未知盼數(shù)法(3護(hù)/4蓋)將上稍述整驗(yàn)周模早糊度齊的各影種可敲能組慮合依頭次作鐵為固固定值大，代辱入法奧方程中進(jìn)鑄行平朵差計(jì)蝦算，洽求出罷其驗(yàn)倍后單懂位權(quán)役中誤鎖差。求當(dāng)這絕一計(jì)候算過(guò)思程全興部完朋成后即，取釀其驗(yàn)橡后單比位權(quán)賢中誤考差最贏小的崇那一起組未票知測(cè)孔站近下似坐勉標(biāo)改嫌正數(shù)熄為最考后結(jié)啞果，矩由此堂模糊防度也詳就求碼解出邪來(lái)了錢(qián)。這安一過(guò)津程稱(chēng)鏡為相仆位模戲糊度猶的求秋解搜劣索過(guò)醋程。在這評(píng)一處次理過(guò)屠程中蕉，有忽兩個(gè)碎問(wèn)題趟必須鉛考慮臟：第臟一，栽如何更判斷婦整周乞未知跡數(shù)的赤最后沾取值鉗是否鈴可靠口；第帝二，品怎樣沃才可狂能獲望得精姜確的葛整周孟未知幼數(shù)的遍最后晝?nèi)≈邓摹ｊP(guān)撇于前敗者，栽可以衫引入糾整周擱模糊葬度搜餃索因尸子Ra哨ti仔o來(lái)判析斷。Ra覽ti碑o定義投為驗(yàn)?zāi)ê蠓嚼m(xù)差的映次最調(diào)小值棗與驗(yàn)濾后方牢差的慘最小偷值之淹間的教比值恐。即GPS測(cè)量弓原理礎(chǔ)及應(yīng)傲用快速隊(duì)確定腔整周款未知償數(shù)法(4籌/4紙)很顯制然，Ra鑒ti邁o的值雄越大危，求區(qū)出的速整周淺未知顏數(shù)越歉可靠系。關(guān)有于后扛者，疤要延勤長(zhǎng)接些收機(jī)畢的觀始測(cè)時(shí)究間。艇當(dāng)觀秋測(cè)數(shù)扶據(jù)足世夠多慘時(shí)，著初始誤平差錦后得斃到的口驗(yàn)后若方差趙就小亭，一照方面甚減少滴了搜賣(mài)索整疲周未梁知數(shù)款最佳倡值的長(zhǎng)時(shí)間