GPS原理及應(yīng)用課件

GPS原理及其應(yīng)用

(一)第一章 緒論§1.1全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景§1.2GPS在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用§1.1全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景什麼是GPS？GPS的英文全稱是

NavigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem

簡(jiǎn)稱GPS，有時(shí)也被稱作NAVSTARGPS。其意為“導(dǎo)航星測(cè)時(shí)與測(cè)距全球定位系統(tǒng)”，或簡(jiǎn)稱全球定位系統(tǒng)。緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>什麼是全球定位系統(tǒng)GPS概述①建立國家美國目的在全球範(fàn)圍內(nèi)，提供即時(shí)、連續(xù)、全天候的導(dǎo)航定位及授時(shí)服務(wù)開始籌建時(shí)間1973年完全建成時(shí)間1995年緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>GPS概述①GPS概述②系統(tǒng)構(gòu)成空間部分、地面控制部分、用戶部分服務(wù)方式通過由多顆衛(wèi)星所組成的衛(wèi)星星座提供導(dǎo)航定位服務(wù)定位原理距離交會(huì)測(cè)距原理被動(dòng)式電磁波測(cè)距特點(diǎn)全球覆蓋、全天候、不間斷、精度高緒論緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>

GPS概述②常規(guī)（地面）定位方法近、現(xiàn)代的常規(guī)定位方法採用的儀器設(shè)備尺：銦鋼尺光學(xué)儀器：經(jīng)緯儀，水準(zhǔn)儀電磁波或鐳射儀器：測(cè)距儀綜合多種技術(shù)的儀器：全站儀觀測(cè)值角度或方向觀測(cè)距離觀測(cè)天文觀測(cè)方法緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>常規(guī)（地面）定位方法常規(guī)定位方法的局限性需要事先佈設(shè)大量的地面控制點(diǎn)/地面站無法同時(shí)精確確定點(diǎn)的三維座標(biāo)觀測(cè)受氣候、環(huán)境條件限制觀測(cè)點(diǎn)之間需要保證通視需要修建覘標(biāo)/架設(shè)高大的天線邊長受到限制觀測(cè)難度大效率低：無用的中間過渡點(diǎn)受系統(tǒng)誤差影響大，如地球旁折光難以確定地心座標(biāo)緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>常規(guī)（地面）定位方法的局限性子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性系統(tǒng)簡(jiǎn)介NNSS–NavyNavigationSatelliteSystem（海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)），由於其衛(wèi)星軌道為極地軌道，故也稱為Transit（子午衛(wèi)星系統(tǒng)）採用利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)航定位，也被稱為多普勒定位系統(tǒng)美國研製、建立1964年1月建成1967年7月解密供民用子午衛(wèi)星子午衛(wèi)星星座緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性系統(tǒng)組成空間部分衛(wèi)星：發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)（信號(hào)：4.9996MHz

30=149.988MHz；4.9996MHz

80=399.968MHz；星曆）衛(wèi)星星座–

由6顆衛(wèi)星構(gòu)成，6軌道面，軌道高度1075km地面控制部分包括：跟蹤站、計(jì)算中心、注入站、控制中心和海軍天文臺(tái)用戶部分多普勒接收機(jī)大地測(cè)量多普勒接收機(jī)-1（MX1502）大地測(cè)量多普勒接收機(jī)-2（CMA751）緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性應(yīng)用領(lǐng)域海上船舶的定位大地測(cè)量精度單點(diǎn)定位：15次合格衛(wèi)星通過（兩次通過之間的時(shí)間間隔為0.8h~1.6h），精度約為10m聯(lián)測(cè)定位：各站共同觀測(cè)17次合格衛(wèi)星通過，精度約為0.5m多普勒聯(lián)測(cè)定位多普勒單點(diǎn)定位緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性系統(tǒng)缺陷衛(wèi)星少，觀測(cè)時(shí)間和間隔時(shí)間長，無法提供即時(shí)導(dǎo)航定位服務(wù)導(dǎo)航定位精度低衛(wèi)星信號(hào)頻率低，不利於補(bǔ)償電離層折射效應(yīng)的影響衛(wèi)星軌道低，難以進(jìn)行精密定軌TRANSIT系統(tǒng)衛(wèi)星：6顆極地軌道軌道高度：1075km信號(hào)頻率：400MHz、150MHz絕對(duì)定位精度：1m相對(duì)定位精度：0.1m~0.5m定位原理：多普勒定位存在問題：衛(wèi)星少，無法實(shí)現(xiàn)即時(shí)定位；軌道低，難以精密定軌；頻率低，難以消除電離層影響。緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性GPS的發(fā)展簡(jiǎn)史——方案論證階段1973年12月，美國國防部批準(zhǔn)研製GPS。1978年2月22日，第1顆GPS試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射成功。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研製了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>GPS的發(fā)展簡(jiǎn)史GPS的發(fā)展簡(jiǎn)史——全面研製和試驗(yàn)階段從1979年到1987年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研製了各種用途接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>GPS的發(fā)展簡(jiǎn)史GPS的發(fā)展簡(jiǎn)史——實(shí)用組網(wǎng)階段1989年2月14日，第1顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功。1991年，在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，GPS首次大規(guī)模用於實(shí)戰(zhàn)。1993年底實(shí)用的GPS網(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成，今後將根據(jù)計(jì)畫更換失效的衛(wèi)星。

1995年7月17日，GPS達(dá)到FOC–

完全運(yùn)行能力（FullOperationalCapability）。緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>GPS的發(fā)展簡(jiǎn)史§1.2GPS在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用GPS在軍事中的應(yīng)用GPS導(dǎo)航的艦載飛彈

配備GPS的士兵

美國海軍核潛艇

緒論>GPS在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用GPS在交通運(yùn)輸業(yè)中的應(yīng)用航運(yùn)、航空搜索陸路交通（車輛導(dǎo)航、監(jiān)控）船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水緒論>GPS在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用GPS在測(cè)量中的應(yīng)用建立和維持全球性的參考框架緒論>GPS在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用GPS在測(cè)量中的應(yīng)用板塊運(yùn)動(dòng)和監(jiān)測(cè)緒論>GPS在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用GPS在測(cè)量中的應(yīng)用建立各級(jí)國家平面控制網(wǎng)緒論>GPS在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用GPS在測(cè)量中的應(yīng)用佈設(shè)城市控制網(wǎng)、工程測(cè)量控制網(wǎng)，進(jìn)行各種工程測(cè)量緒論>GPS在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用GPS在測(cè)量中的應(yīng)用在航空攝影測(cè)量、地籍測(cè)量、海洋測(cè)量中的應(yīng)用緒論>GPS在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用GPS在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用精細(xì)農(nóng)業(yè)遙感衛(wèi)星定軌資源勘探個(gè)人旅遊及野外探險(xiǎn)電力、廣播、電視、通訊等網(wǎng)路的時(shí)間同步、時(shí)間傳遞….緒論>GPS在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用GPS原理及其應(yīng)用

(二)第一章 緒論§1.3美國政府的GPS政策§1.4其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)§1.3美國政府的GPS政策美國政府的GPS政策SPS與PPSSPS–

標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)使用C/A碼，民用2DRMS水準(zhǔn)=100m2DRMS垂直=150-170m2DRMS時(shí)間=340nsPPS–

精密定位服務(wù)可使用P碼，軍用2DRMS水準(zhǔn)=22m2DRMS垂直=27.7m2DRMS時(shí)間=200ns緒論>美國政府的GPS政策美國政府的GPS政策SA技術(shù)（1990.3.25~2000.5.1）SelectiveAvailability–

選擇可用性人為降低普通用戶的測(cè)量精度。方法:ε技術(shù)：降低星曆精度（加入隨機(jī)變化）δ技術(shù)：衛(wèi)星鐘加高頻抖動(dòng) （短週期，快變化）AS技術(shù)（1994.1.31~至今）Anti-Spoofing–反電子欺騙P碼加密，P+W

Y緒論>美國政府的GPS政策GPS現(xiàn)代化1999年1月25日，美國副總統(tǒng)戈?duì)栃麃?，將斥資40億美元，進(jìn)行GPS現(xiàn)代化。GPS現(xiàn)代化實(shí)質(zhì)是要加強(qiáng)GPS對(duì)美軍現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中的支撐和保持全球民用導(dǎo)航領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)地位。緒論>美國政府的GPS政策GPS現(xiàn)代化GPS現(xiàn)代化的內(nèi)涵：保護(hù)。即GPS現(xiàn)代化是為了更好地保護(hù)美方和友好方的使用，要發(fā)展軍碼和強(qiáng)化軍碼的保密性能，加強(qiáng)抗干擾能力；阻止。即阻擾敵對(duì)方的使用，施加干擾，施加SA，AS等；保持。即是保持在有威脅地區(qū)以外的民用用戶有更精確更安全的使用。緒論>美國政府的GPS政策GPS現(xiàn)代化GPS現(xiàn)代化第一階段發(fā)射12顆改進(jìn)型的BLOCKⅡR型衛(wèi)星。

GPS現(xiàn)代化第二階段發(fā)射6顆GPSBLOCKⅡF（“ⅡFLite”）。GPS現(xiàn)代化計(jì)畫的第三階段發(fā)射GPSBLOCKⅢ型衛(wèi)星，在2003年前完成代號(hào)為GPSⅢ的GPS完全現(xiàn)代化計(jì)畫設(shè)計(jì)工作。緒論>美國政府的GPS政策§1.4 其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的概況其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——GLONASSGLONASS－GlobalNavigationSatelliteSystem（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）開發(fā)者俄羅斯（前蘇聯(lián)）系統(tǒng)構(gòu)成衛(wèi)星星座地面控制部分用戶設(shè)備緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>GLONASSGLONASSconstellationGLONASSsatelliteP24緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>GLONASS其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——GLONASSGLONASS與GPS的比較參數(shù)GLONASSNAVSTARGPS系統(tǒng)中的衛(wèi)星數(shù)21＋321＋3軌道平面數(shù)36軌道傾角64.8°55°軌道高度19100km20180km軌道週期（恒星時(shí)）11h15min12h衛(wèi)星信號(hào)的區(qū)分FDMACDMAL1頻率1602~1615MHz頻道間隔0.5625MHz1575MHzL2頻率1246~1256MHz頻道間隔0.4375MHz1228MHz緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>GLONASS其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——GLONASS衛(wèi)星運(yùn)行狀況從1982年10月12日發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星起，至1995年12月14日共發(fā)射了73顆衛(wèi)星。由於衛(wèi)星壽命過短，加之俄羅斯前一段時(shí)間經(jīng)濟(jì)狀況欠佳，無法及時(shí)補(bǔ)充新衛(wèi)星，故該系統(tǒng)不能維持正常工作。到目前為止（2006年3月20日）,GLONASS系統(tǒng)共有17顆衛(wèi)星在軌。其中有11顆衛(wèi)星處於工作狀態(tài)，2顆備用，4顆已過期而停止使用。俄羅斯計(jì)畫到2007年使GLONASS系統(tǒng)的工作衛(wèi)星數(shù)量至少達(dá)到18顆，開始發(fā)揮導(dǎo)航定位功能。緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>GLONASS其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——Galileo伽俐略（Galileo）衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)2002年3月24日歐盟決定研製組建自己的民用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——

Galileo系統(tǒng)。Galileo衛(wèi)星星座將由27顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，這30顆衛(wèi)星將均勻分佈在3個(gè)軌道平面上，衛(wèi)星高度為23616km，軌道傾角為56°。Galileo系統(tǒng)是一種多功能的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有公開服務(wù)、安全服務(wù)、商業(yè)服務(wù)和政府服務(wù)等功能，但只有前兩種服務(wù)是自由公開的，後兩種服務(wù)則需經(jīng)過批準(zhǔn)後才能使用。緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>GalileotheGalileosatelliteconstellation

P26其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——Galileo緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>Galileo其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——Galileo2005年12月28日第一顆Galileo試驗(yàn)衛(wèi)星（GalileoIn-OrbitValidationElements--GlOVE-A）成功進(jìn)入高度為2.3萬Km的預(yù)定軌道。2006年1月12日，GlOVE-A已開始向地面發(fā)送信號(hào)。這標(biāo)誌著總投資為34億歐元（約合41億美元）的計(jì)畫已進(jìn)入實(shí)施階段。到2010年歐洲將發(fā)射30顆服役期約為20年的正式衛(wèi)星，完成伽利略衛(wèi)星星座的部署工作。伽利略系統(tǒng)建成後，美歐兩大相互相容的導(dǎo)航定位系統(tǒng)將大大有助於提供導(dǎo)航定位的精度和可靠性。P28緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>GalileoGIOVEAGIOVEBtheGIOVESatelliteP29其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——GalileoGIOVE的主要目標(biāo):

頻率信號(hào)測(cè)試；驗(yàn)證一些關(guān)鍵技術(shù)（比如銣原子鐘、氫原子鐘）；軌道環(huán)境特徵測(cè)試；並行2或3通道信號(hào)傳輸測(cè)試。緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>Galileo其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)我國自行研製的兩顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星分別於2000年10月31日和12月20日從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空並準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定的地球同步軌道（東經(jīng)80o和140o的赤道上空），此外另一顆備用衛(wèi)星也被送入預(yù)定軌道（東經(jīng)110.5o的赤道上空），標(biāo)誌著我國擁有了自己的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——BD–1。緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

北斗1代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成圖P32其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”系統(tǒng)是由空間衛(wèi)星、地面控制中心站和北斗用戶終端三部分構(gòu)成?？臻g部分包括兩顆地球同步軌道衛(wèi)星（GEO）組成。衛(wèi)星上帶有信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)裝置，完成地面控制中心站和用戶終端之間的雙向無線電信號(hào)的中繼任務(wù)。緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)用戶終端分為定位通信終端集團(tuán)用戶管理站終端差分終端校時(shí)終端等緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)不同，所有用戶終端位置的計(jì)算都是在地面控制中心站完成。因此，控制中心可以保留全部北斗終端用戶機(jī)的位置及時(shí)間資訊。同時(shí)，地面控制中心站還負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控管理。與GPS、GLONASS、Galileo等國外的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，BD–1有自己的優(yōu)點(diǎn)。如投資少，組建快；具有通信功能；捕獲信號(hào)快等。但也存在著明顯的不足和差距，如用戶隱蔽性差；無測(cè)高和測(cè)速功能；用戶數(shù)量受限制；用戶的設(shè)備體積大、重量重、能耗大等。緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BD–2為了使我國的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的性能有實(shí)質(zhì)性的提高，中央已決定研製組建第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（BD–2）。從導(dǎo)航體制、測(cè)距方法、衛(wèi)星星座、信號(hào)結(jié)構(gòu)及接收機(jī)等方面進(jìn)行全面改進(jìn)。衛(wèi)星星座計(jì)畫由GEO衛(wèi)星，IGSO衛(wèi)星和MEO衛(wèi)星組成。此項(xiàng)工作將成為”十一五”期間的一項(xiàng)重要工作。P33緒論>其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)>北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

GPS原理及其應(yīng)用

(三)第二章 全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)§2.1全球定位系統(tǒng)的組成§2.1全球定位系統(tǒng)的組成GPS的系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)由三部分組成空間部分地面控制部分用戶設(shè)備部分全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成GPS的空間部分①GPS的空間部分的組成GPS衛(wèi)星星座全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分6個(gè)軌道面平均軌道高度20200km軌道傾角55

週期11h58min（顧及地球自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)係每天提前4min重複一次）GPS的空間部分②全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分GPS衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)星座：21+321顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動(dòng)的備用衛(wèi)星保證在每天24小時(shí)的任何時(shí)刻，在高度角15

以上，能夠同時(shí)觀測(cè)到4顆以上衛(wèi)星當(dāng)前星座：28顆GPS的空間部分③全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分GPS的空間部分④GPS衛(wèi)星的地面軌跡全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分GPS的空間部分⑤GPS衛(wèi)星作用：接收、存儲(chǔ)導(dǎo)航電文生成用於導(dǎo)航定位的信號(hào)（測(cè)距碼、載波）發(fā)送用於導(dǎo)航定位的信號(hào)（採用雙相調(diào)製法調(diào)製在載波上的測(cè)距碼和導(dǎo)航電文）接受地面指令，進(jìn)行相應(yīng)操作其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測(cè)核暴等。主要設(shè)備太陽能電池板原子鐘（2臺(tái)銫鐘、2臺(tái)銣鐘）信號(hào)生成與發(fā)射裝置全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分GPS衛(wèi)星（續(xù)）類型試驗(yàn)衛(wèi)星：BlockⅠ工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡ：存儲(chǔ)星曆能力為14天，具有SA和AS地能力BlockⅡA（Advanced）：衛(wèi)星間可相互通訊，存儲(chǔ)星曆能力為180天，SV35和SV36帶有鐳射反射棱鏡BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：衛(wèi)星間可相互跟蹤相互通訊BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS衛(wèi)星,增設(shè)第三民用頻率GPS的空間部分⑥全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分GPS的空間部分⑦BlockIIRBlockIIABlockIIABlockIIRBlockIIFBlockIIR不同類型的GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分GPS的空間部分⑧當(dāng)前的衛(wèi)星狀態(tài)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分SUBJ:GPSSTATUS26MAR20041.SATELLITES,PLANES,ANDCLOCKS(CS=CESIUMRB=RUBIDIUM):A.BLOCKI:NONEB.BLOCKII:PRNS1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15PLANE:SLOTF4,B5,C2,D4,B4,C1,C4,A3,A1,E3,D2,F3,F1,D5CLOCK:CS,CS,CS,RB,CS,RB,RB,RB,CS,CS,RB,RB,RB,CSBLOCKII:PRNS16,17,18,20,21,22,24,25,26,27,28,29,30,31PLANE:SLOTB1,D6,E4,E1,D3,E2,D1,A2,F2,A4,B3,F5,B2,C3CLOCK:RB,RB,RB,RB,RB,RB,CS,CS,RB,RB,RB,RB,RB,RBGPS的地面監(jiān)控部分①地面監(jiān)控部分（GroundSegment）組成主控站：1個(gè)監(jiān)測(cè)站：5個(gè)注入站：3個(gè)通訊與輔助系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

GPS的地面監(jiān)控部分②地面監(jiān)控部分（GroundSegment）（續(xù)）分佈全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

GPS的地面監(jiān)控部分③監(jiān)測(cè)站（5個(gè)）作用： 接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，採集氣象資訊，並將所收集到的數(shù)據(jù)傳送給主控站。地點(diǎn)： 夏威夷、主控站及三個(gè)注入站。全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

GPS的地面監(jiān)控部分④主控站（1個(gè)）作用：管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作，收集各監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航電文，送往注入站將衛(wèi)星星曆注入衛(wèi)星，監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令；衛(wèi)星維護(hù)與異常情況的處理。地點(diǎn)：美國科羅拉多州法爾孔空軍基地。全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

GPS的地面監(jiān)控部分⑤注入站（3個(gè)）作用： 將導(dǎo)航電文注入GPS衛(wèi)星。地點(diǎn)： 阿松森群島（大西洋）、迪戈加西亞（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋）全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

GPS的用戶部分①組成用戶接收設(shè)備接收設(shè)備GPS信號(hào)接收機(jī)其他儀器設(shè)備全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS的用戶部分②GPS信號(hào)接收機(jī)組成天線單元帶前置放大器接收天線接收單元信號(hào)通道記憶體微處理器輸入輸出設(shè)備電源天線單元接收單元全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS的用戶部分③天線單元類型單極天線微帶天線錐形（螺旋）天線四絲螺旋天線空間螺旋天線背腔平面盤旋天線GPS天線全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS的用戶部分④天線單元（續(xù)）特點(diǎn)單極天線單頻或雙頻（雙極結(jié)構(gòu)）、需要較大的底板、相位中心穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單微帶天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、單頻或雙頻、側(cè)視角低（適合於機(jī)載應(yīng)用）、低增益、應(yīng)用最為廣泛錐形（螺旋）天線四絲螺旋天線–

單頻、難以調(diào)整相位和極化方式、非方位對(duì)稱、增益特性好、不需要底板空間螺旋天線–

雙頻、增益特性好、側(cè)視角高、非方位對(duì)稱背腔平面盤旋天線全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS的用戶部分⑤天線單元天線特性相位中心、增益方式、帶寬、極化相位中心平均相位中心與幾何中心相位中心的偏移相位中心偏移的消除：歸心改正、消去法天線高–

標(biāo)誌至平均相位中心所在平面的垂直距離L2的平均相位中心

1

2L1的平均相位中心r1r2H’H

HH’hR全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS的用戶部分⑥接收單元接收（信號(hào)）通道定義：接收機(jī)中用來跟蹤、處理、量測(cè)衛(wèi)星信號(hào)的部件，由無線電元器件、數(shù)字電路等硬體和專用軟體所組成。類型：根據(jù)信號(hào)跟蹤方式：序慣通道、多路複用通道和多通道；根據(jù)工作原理：碼相關(guān)通道、平方通道等記憶體微處理器作用：數(shù)據(jù)處理、控制輸入輸出設(shè)備電源全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS的用戶部分⑦全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS原理及其應(yīng)用

(四)第二章 全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)§2.2GPS衛(wèi)星的信號(hào)結(jié)構(gòu)GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)概述GPS衛(wèi)星信號(hào)的組成部分載波（Carrier）L1L2測(cè)距碼（RangingCode）C/A碼（目前只被調(diào)製在L1上）P(Y)碼（被分別調(diào)製在L1和L2上）衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文（Message）GPS衛(wèi)星信號(hào)的生成關(guān)鍵設(shè)備–

原子鐘全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>概述GPS衛(wèi)星的基準(zhǔn)頻率f0由衛(wèi)星上的原子鐘直接產(chǎn)生頻率為10.23MHz衛(wèi)星信號(hào)的所有成分均是該基準(zhǔn)頻率的倍頻或分頻全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星的基準(zhǔn)頻率

載波①作用搭載其他調(diào)製信號(hào)測(cè)距測(cè)定多普勒頻移類型目前L1–

頻率：154f0=1575.43MHz；波長：19.03cmL2–

頻率：120f0=1227.60MHz；波長：24.42cm現(xiàn)代化後增加L5–

頻率：115f0=1176.45MHz；波長：25.48cm全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>載波載波②特點(diǎn)所選擇的頻率有利於測(cè)定多普勒頻移所選擇的頻率有利於減弱信號(hào)所受的電離層折射影響選擇兩個(gè)頻率可以較好地消除信號(hào)的電離層折射延遲（電離層折射延遲於信號(hào)的頻率有關(guān)）全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>載波測(cè)距碼①作用測(cè)距性質(zhì)為偽隨機(jī)雜訊碼（PRN－PseudoRandomNoise）不同的碼（包括未對(duì)齊的同一組碼）間的相關(guān)係數(shù)為0或1/n（n為碼元數(shù)）對(duì)齊的同一組碼間的相關(guān)係數(shù)為1全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>測(cè)距碼測(cè)距碼②類型目前C/A碼（Coarse/AcquisitionCode）–

粗碼/捕獲碼；碼率：1.023MHz；週期：1ms；1週期含碼元數(shù)：1023；碼元寬度：293.05m；僅被調(diào)製在L1上P（Y）碼（PreciseCode）–

精碼；碼率：10.23MHz；週期：7天；1週期含碼元數(shù)：6187104000000；碼元寬度：29.30m；被調(diào)製在L1和L2上現(xiàn)代化後在L2上調(diào)制C/A碼在L1和L2增加調(diào)製M碼全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>測(cè)距碼衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文①作用：向用戶提供衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘參數(shù)、衛(wèi)星狀態(tài)資訊及其它資訊基本結(jié)構(gòu)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文②基本內(nèi)容全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文③遙測(cè)字（TLM–TelemetryWord）每一子幀的第1個(gè)字用作捕獲導(dǎo)航電文的前導(dǎo)交接字（HOW–HandOverWord）每一子幀的第2個(gè)字主要內(nèi)容：Z計(jì)數(shù)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文④第一數(shù)據(jù)塊第1子幀的第3~10個(gè)字內(nèi)容：WN–GPS周L2所調(diào)製測(cè)距碼識(shí)別字–

“10”表示C/A碼，“01”表示P(Y)碼傳輸參數(shù)N–URATGD–

信號(hào)在衛(wèi)星內(nèi)部的時(shí)延星鐘數(shù)據(jù)齡期AODC星鐘改正參數(shù)a0（鐘偏），a1（鐘速），a2（鐘漂）全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文⑤第二數(shù)據(jù)塊第2、3子幀的第3~10個(gè)字內(nèi)容該發(fā)送信號(hào)衛(wèi)星的星曆－廣播星曆星曆參數(shù)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文⑥第三數(shù)據(jù)塊第4、5子幀的第3~10個(gè)字內(nèi)容：所有衛(wèi)星曆書（概略星曆）第三數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容每12.5分鐘重複一次全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文星曆參數(shù)詳解①全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>星曆參數(shù)詳解星曆參數(shù)詳解②全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>星曆參數(shù)詳解星曆參數(shù)詳解③全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>星曆參數(shù)詳解星曆參數(shù)詳解④全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>星曆參數(shù)詳解衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)製①模二和運(yùn)算規(guī)則二進(jìn)位信號(hào)：“1”表示二進(jìn)位“0”，“-1”表示二進(jìn)位“1”，則全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)製衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)製②二進(jìn)位信號(hào)的相位調(diào)製調(diào)頻FM調(diào)幅AM調(diào)相PM注：其他調(diào)製方式全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)製衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)製③GPS衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)製示意圖衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)製原理全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)製GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)廣播星曆計(jì)算衛(wèi)星位置①計(jì)算思路首先計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系下的座標(biāo)然後將上述座標(biāo)分別繞X軸旋轉(zhuǎn)-i角、繞Z軸旋轉(zhuǎn)-k角，求出衛(wèi)星在地固系下的座標(biāo)軌道平面坐標(biāo)系軌道參數(shù)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算

全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算

GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)廣播星曆計(jì)算衛(wèi)星位置③計(jì)算過程計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度計(jì)算t時(shí)刻衛(wèi)星的平近點(diǎn)角計(jì)算偏近點(diǎn)角全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算

GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)廣播星曆計(jì)算衛(wèi)星位置④計(jì)算過程（續(xù)）計(jì)算真近點(diǎn)角計(jì)算升交距角（未經(jīng)改正的）計(jì)算衛(wèi)星向徑全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算

GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)廣播星曆計(jì)算衛(wèi)星位置⑤計(jì)算過程（續(xù)）計(jì)算攝動(dòng)改正項(xiàng)進(jìn)行攝動(dòng)改正計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的位置全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算

GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)廣播星曆計(jì)算衛(wèi)星位置⑥計(jì)算過程（續(xù)）計(jì)算升交點(diǎn)經(jīng)度計(jì)算衛(wèi)星在地固坐標(biāo)系下的座標(biāo)全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算

精密星曆 按一定時(shí)間間隔給出衛(wèi)星在地固坐標(biāo)系下的三維位置、三維速度和鐘差*2004115000.00000000P15945.50963515759.60840420698.949374324.533285P21141.10111122665.35998914690.489309-257.156064P3-10344.44706824021.826531-3968.23332577.825932P422798.349665-6520.82087212310.795279-43.522805P5-12628.924903-23445.674881-1192.03679113.422888P6-13958.380086-7542.10349721489.237683-2.952584P718939.291158-12511.028058-13257.166627635.667094P826246.825668-918.226411-5165.342142383.670428GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)精密星曆計(jì)算衛(wèi)星位置全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算

任意時(shí)刻t衛(wèi)星位置的計(jì)算原理：插值法方法：拉格朗日插值法等GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算-根據(jù)精密星曆計(jì)算衛(wèi)星位置全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算

GPS原理及其應(yīng)用

(五)第三章GPS定位中的誤差源§3.1概述§3.2鐘誤差§3.3相對(duì)論效應(yīng)§3.1 概述GPS測(cè)量定位的誤差源>概述與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星鐘差相對(duì)論效應(yīng)與傳播途徑有關(guān)的誤差電離層延遲對(duì)流層延遲多路徑效應(yīng)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差接收機(jī)天線相位中心的偏移和變化接收機(jī)鐘差接收機(jī)內(nèi)部雜訊GPS測(cè)量誤差的來源GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>GPS測(cè)量誤差的來源GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)①偶然誤差內(nèi)容衛(wèi)星信號(hào)發(fā)生部分的隨機(jī)雜訊接收機(jī)信號(hào)接收處理部分的隨機(jī)雜訊其他外部某些具有隨機(jī)特徵的影響特點(diǎn)隨機(jī)量級(jí)小–

毫米級(jí)GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)②系統(tǒng)誤差（偏差-Bias）內(nèi)容其他具有某種系統(tǒng)性特徵的誤差特點(diǎn)具有某種系統(tǒng)性特徵量級(jí)大–

最大可達(dá)數(shù)百米GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>GPS測(cè)量誤差的性質(zhì)GPS測(cè)量誤差的大?、賁PS（無SA）GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>GPS測(cè)量誤差的大小GPS測(cè)量誤差的大小②SPS（有SA）GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>GPS測(cè)量誤差的大小GPS測(cè)量誤差的大?、跴PS，雙頻，P/Y-碼GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>GPS測(cè)量誤差的大小消除或消弱各種誤差影響的方法①模型改正法原理：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行修正適用情況：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻瞭解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式所針對(duì)的誤差源相對(duì)論效應(yīng)電離層延遲對(duì)流層延遲衛(wèi)星鐘差限制：有些誤差難以模型化GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法②求差法原理：通過觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測(cè)值中所包含的相同或相似的誤差影響適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其他類型的相關(guān)性。所針對(duì)的誤差源電離層延遲對(duì)流層延遲衛(wèi)星軌道誤差…限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法③參數(shù)法原理：採用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來適用情況：幾乎適用於任何的情況限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來估計(jì)GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法④回避法原理：選擇合適的觀測(cè)地點(diǎn)，避開易產(chǎn)生誤差的環(huán)境；採用特殊的觀測(cè)方法；採用特殊的硬體設(shè)備，消除或減弱誤差的影響適用情況：對(duì)誤差產(chǎn)生的條件及原因有所瞭解；具有特殊的設(shè)備。所針對(duì)的誤差源電磁波干擾多路徑效應(yīng)限制：無法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>消除或消弱各種誤差影響的方法§3.2鐘誤差衛(wèi)星鐘差定義 物理同步誤差 數(shù)學(xué)同步誤差應(yīng)對(duì)方法模型改正 鐘差改正多項(xiàng)式

其中a0為ts時(shí)刻的時(shí)鐘偏差，a1為鐘的漂移，a2為老化率。相對(duì)定位或差分定位GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>衛(wèi)星鐘差接收機(jī)鐘差定義

GPS接收機(jī)一般採用石英鐘，接收機(jī)鐘與理想的GPS時(shí)之間存在的偏差和漂移。應(yīng)對(duì)方法作為未知數(shù)處理相對(duì)定位或差分定位GPS測(cè)量定位的誤差源>概述>接收機(jī)鐘差§3.3相對(duì)論效應(yīng)狹義相對(duì)論效應(yīng)廣義相對(duì)論效應(yīng)3.3相對(duì)論效應(yīng)GPS測(cè)量定位的誤差源>相對(duì)論效應(yīng)狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論狹義相對(duì)論1905運(yùn)動(dòng)將使時(shí)間、空間和物質(zhì)的品質(zhì)發(fā)生變化廣義相對(duì)論1915將相對(duì)論與引力論進(jìn)行了統(tǒng)一GPS測(cè)量定位的誤差源>相對(duì)論效應(yīng)>狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響①狹義相對(duì)論原理：時(shí)間膨脹。鐘的頻率與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。對(duì)GPS衛(wèi)星鐘的影響：結(jié)論：在狹義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變慢GPS測(cè)量定位的誤差源>相對(duì)論效應(yīng)>相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響②廣義相對(duì)論原理：鐘的頻率與其所處的重力位有關(guān)對(duì)GPS衛(wèi)星鐘的影響：結(jié)論：在廣義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變快GPS測(cè)量定位的誤差源>相對(duì)論效應(yīng)>相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響③相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響?yīng)M義相對(duì)論＋廣義相對(duì)論令：GPS測(cè)量定位的誤差源>相對(duì)論效應(yīng)>相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響解決相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘影響的方法方法（分兩步）：首先考慮假定衛(wèi)星軌道為圓軌道的情況；然後考慮衛(wèi)星軌道為橢圓軌道的情況。第一步：第二步：課本上為：因?yàn)椋篏PS測(cè)量定位的誤差源>相對(duì)論效應(yīng)>解決方法GPS原理及其應(yīng)用

(六)第三章GPS定位中的誤差源§3.4衛(wèi)星星曆誤差§3.5電離層延遲§3.4衛(wèi)星星曆誤差3.4衛(wèi)星星曆（軌道）誤差定義 由衛(wèi)星星曆給出的衛(wèi)星在空間的位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置之差稱為衛(wèi)星星曆誤差。廣播星曆（預(yù)報(bào)星曆）的精度

(無SA)

20～30米

(有SA)

100米精密星曆（後處理星曆）的精度 可達(dá)1釐米應(yīng)對(duì)方法精密定軌(後處理)相對(duì)定位或差分定位GPS測(cè)量定位的誤差源>衛(wèi)星星曆（軌道）誤差星曆誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響星曆誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響主要取決於衛(wèi)星到接收機(jī)的距離以及用於定位或?qū)Ш降腉PS衛(wèi)星與接收機(jī)構(gòu)成的幾何圖形星曆誤差對(duì)相對(duì)定位的影響GPS測(cè)量定位的誤差源>衛(wèi)星星曆（軌道）誤差§3.5電離層延遲3.5電離層延遲GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲地球大氣結(jié)構(gòu)地球大氣層的結(jié)構(gòu)GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>地球大氣結(jié)構(gòu)大氣折射效應(yīng)大氣折射信號(hào)在穿過大氣時(shí)，速度將發(fā)生變化，傳播路徑也將發(fā)生彎曲。也稱大氣延遲。在GPS測(cè)量定位中，通常僅考慮信號(hào)傳播速度的變化。色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不同非色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)相同對(duì)GPS信號(hào)來說，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層是非色散介質(zhì)GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>大氣折射效應(yīng)相速與群速①相速群速相速與群速的關(guān)係相折射率與群折射率的關(guān)係GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>相速與群速相速與群速②GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>相速與群速電離層折射①GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電離層折射電離層折射②GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電離層折射電子密度與總電子含量電子密度與總電子含量電子密度：?jiǎn)挝惑w積中所包含的電子數(shù)。總電子含量（TEC–TotalElectronContent）：底面積為一個(gè)單位面積時(shí)沿信號(hào)傳播路徑貫穿整個(gè)電離層的一個(gè)柱體內(nèi)所含的電子總數(shù)。GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電子密度與總電子含量電子密度與大氣高度的關(guān)係GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電子密度與大氣高度的關(guān)係電子含量與地方時(shí)的關(guān)係GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電子含量與地方時(shí)的關(guān)係電子含量與太陽活動(dòng)情況的關(guān)係與太陽活動(dòng)密切相關(guān)，太陽活動(dòng)劇烈時(shí)，電子含量增加太陽活動(dòng)週期約為11年1700年–1995年太陽黑子數(shù)GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電子含量與太陽活動(dòng)情況的關(guān)係電子含量與地理位置的關(guān)係2002.5.151:00–23:002小時(shí)間隔全球TEC分佈GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電子含量與地理位置的關(guān)係常用電離層延遲改正方法分類經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼椒ǎ焊鶕?jù)以往觀測(cè)結(jié)果所建立的模型改正效果：差雙頻改正方法：利用雙頻觀測(cè)值直接計(jì)算出延遲改正或組成無電離層延遲的組合觀測(cè)量效果：改正效果最好實(shí)測(cè)模型改正方法：利用實(shí)際觀測(cè)所得到的離散的電離層延遲（或電子含量），建立模型（如內(nèi)插）效果：改正效果較好GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>常用電離層延遲改正方法分類電離層改正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)介①Bent模型由美國的R.B.Bent提出描述電子密度是經(jīng)緯度、時(shí)間、季節(jié)和太陽輻射流量的函數(shù)國際參考電離層模型（IRI–InternationalReferenceIonosphere）由國際無線電科學(xué)聯(lián)盟（URSI–InternationalUnionofRadioScience）和空間研究委員會(huì)（COSPAR-CommitteeonSpaceResearch）提出描述高度為50km-2000km的區(qū)間內(nèi)電子密度、電子溫度、電離層溫度、電離層的成分等以地點(diǎn)、時(shí)間、日期等為參數(shù)GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電離層改正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)介電離層改正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)介②Klobuchar模型由美國的J.A.Klobuchar提出描述電離層的時(shí)延廣泛地用於GPS導(dǎo)航定位中GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文中播發(fā)其模型參數(shù)供用戶使用GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電離層改正的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)介Klobuchar模型①中心電離層中心電離層電離層地球約350km中心電離層電離層穿刺點(diǎn)IP天頂方向ZGPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>Klobuchar模型Klobuchar模型②模型演算法電離層地球約350km中心電離層電離層穿刺點(diǎn)IP天頂方向ZGPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>Klobuchar模型Klobuchar模型③模型演算法（續(xù)）改正效果：可改正60％左右GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>Klobuchar模型電離層延遲的雙頻改正GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電離層延遲的雙頻改正電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正①基本思想利用基準(zhǔn)站的雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算電離層延遲利用所得到的電離層延遲量建立局部或全球的的TEC實(shí)測(cè)模型類型局部模型適用於局部區(qū)域全球模型適用於全球區(qū)域GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正②局部（區(qū)域性）的實(shí)測(cè)模型改正方法適用範(fàn)圍：局部地區(qū)的電離層延遲改正GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正③全球（大範(fàn)圍）的實(shí)測(cè)模型改正方法適用範(fàn)圍：用於大範(fàn)圍和全球的電離層延遲改正格網(wǎng)化的電離層延遲改正模型GPS測(cè)量定位的誤差源>電離層延遲>電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正GPS原理及其應(yīng)用

(七)第三章GPS定位中的誤差源§3.6對(duì)流層延遲§3.7多路徑誤差§3.8其他誤差改正§3.6 對(duì)流層延遲3.6對(duì)流層延遲GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲對(duì)流層（Troposphere）GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>對(duì)流層對(duì)流層延遲GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>對(duì)流層延遲對(duì)流層的色散效應(yīng)對(duì)流層的色散效應(yīng)折射率與信號(hào)波長的關(guān)係對(duì)流層對(duì)不同波長的波的折射效應(yīng)結(jié)論對(duì)於GPS衛(wèi)星所發(fā)送的電磁波信號(hào)，對(duì)流層不具有色散效應(yīng)GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>對(duì)流層的色散效應(yīng)大氣折射率N與氣象元素的關(guān)係大氣折射率N與溫度、氣壓和濕度的關(guān)係Smith和Weintranb，1954對(duì)流層延遲與大氣折射率NGPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>大氣折射率N與氣象元素的關(guān)係霍普菲爾德（Hopfield）改正模型①出發(fā)點(diǎn)導(dǎo)出折射率與高度的關(guān)係沿高度進(jìn)行積分，導(dǎo)出垂直方向上的延遲通過投影（映射）函數(shù)，得出信號(hào)方向上的延遲GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>霍普菲爾德（Hopfield）改正模型霍普菲爾德（Hopfield）改正模型②對(duì)流層折射模型GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>霍普菲爾德（Hopfield）改正模型霍普菲爾德（Hopfield）改正模型③投影函數(shù)的修正GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>霍普菲爾德（Hopfield）改正模型薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型①原始模型GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型②擬合後的公式GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型勃蘭克（Black）改正模型GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>勃蘭克（Black）改正模型對(duì)流層改正模型綜述不同模型所算出的高度角30以上方向的延遲差異不大Black模型可以看作是Hopfield模型的修正形式Saastamoinen模型與Hopfield模型的差異要大於Black模型與Hopfield模型的差異GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>對(duì)流層改正模型綜述氣象元素的測(cè)定①氣象元素幹溫、濕溫、氣壓幹溫、相對(duì)濕度、氣壓測(cè)定方法普通儀器：通風(fēng)幹濕溫度錶、空盒氣壓計(jì)自動(dòng)化的電子儀器GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>氣象元素的測(cè)定氣象元素的測(cè)定②水氣壓es的計(jì)算方法由相對(duì)濕度RH計(jì)算由幹溫、濕溫和氣壓計(jì)算GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>氣象元素的測(cè)定對(duì)流層模型改正的誤差分析模型誤差模型本身的誤差氣象元素誤差量測(cè)誤差儀器誤差讀數(shù)誤差測(cè)站氣象元素的代表性誤差實(shí)際大氣狀態(tài)與大氣模型間的差異GPS測(cè)量定位的誤差源>對(duì)流層延遲>

對(duì)流層模型改正的誤差分析§3.7 多路徑誤差3.7多路徑誤差GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差多路徑誤差與多路徑效應(yīng)多路徑（Multipath）誤差在GPS測(cè)量中，被測(cè)站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）被接收機(jī)天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。多路徑效應(yīng)由於多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差與多路徑效應(yīng)反射波反射波的幾何特性反射波的物理特性反射係數(shù)a極化特性GPS信號(hào)為右旋極化反射信號(hào)為左旋極化GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>反射波多路徑誤差①受多路徑效應(yīng)影響的情況下的接收信號(hào)GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差多路徑誤差②GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差多路徑誤差③多路徑的數(shù)值特性受多個(gè)反射信號(hào)影響的情況GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差多路徑誤差的特點(diǎn)與測(cè)站環(huán)境有關(guān)與反射體性質(zhì)有關(guān)與接收機(jī)結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差的特點(diǎn)應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法①觀測(cè)上選擇合適的測(cè)站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法易發(fā)生多路徑的環(huán)境應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法②硬體上採用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)MEDLL(MultipathEstimatingDelayLockLoop)等GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法抗多路徑效應(yīng)的天線應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法③數(shù)據(jù)處理上加權(quán)參數(shù)法濾波法信號(hào)分析法GPS測(cè)量定位的誤差源>多路徑誤差>應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法§3.8其他誤差改正引力延遲地球自轉(zhuǎn)改正地球潮汐改正接收機(jī)的位置誤差天線相位中心偏差地球自轉(zhuǎn)改正GPS測(cè)量定位的誤差源>其他誤差改正>地球自轉(zhuǎn)改正GPS測(cè)量定位的誤差源>其他誤差改正>地球自轉(zhuǎn)改正接收機(jī)的位置誤差定義 接收機(jī)天線的相位中心相對(duì)測(cè)站標(biāo)石中心位置的偏差。應(yīng)對(duì)方法正確的對(duì)中整平採用強(qiáng)制對(duì)中裝置（變形監(jiān)測(cè)時(shí)）GPS測(cè)量定位的誤差源>其他誤差改正>接收機(jī)的位置誤差天線相位中心偏差改正衛(wèi)星天線相位中心偏差改正接收機(jī)天線相位中心變化的改正GPS測(cè)量和定位時(shí)是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的，天線的相位中心與其幾何中心理論上應(yīng)保持一致。可是接收機(jī)天線接收到的GPS信號(hào)是來自四面八方，隨著GPS信號(hào)方位和高度角的變化，接收機(jī)天線的相位中心的位置也在發(fā)生變化。GPS測(cè)量定位的誤差源>其他誤差改正>天線相位中心偏差改正天線相位中心偏差改正應(yīng)對(duì)方法使用相同類型的天線並進(jìn)行天線定向（限於相對(duì)定位）模型改正GPS測(cè)量定位的誤差源>其他誤差改正>天線相位中心偏差改正GPS原理及其應(yīng)用

(八)第四章距離測(cè)量與GPS定位§4.1利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距§4.1利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距GPS定位的基本原理需解決的兩個(gè)關(guān)鍵問題如何確定衛(wèi)星的位置如何測(cè)量出站星距離？測(cè)距方法雙程測(cè)距 用於電磁波測(cè)距儀單程測(cè)距 用於GPS距離測(cè)量與GPS定位>利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距>測(cè)距方法測(cè)距碼C/A碼（測(cè)距時(shí)有模糊度）P碼距離測(cè)量與GPS定位>利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距>測(cè)距碼信號(hào)傳播時(shí)間測(cè)距碼測(cè)距原理①距離測(cè)定的基本思路信號(hào)（測(cè)距碼）傳播時(shí)間的測(cè)定信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)定距離測(cè)量與GPS定位>利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距>測(cè)距碼測(cè)距原理測(cè)距碼測(cè)距原理②利用測(cè)距碼測(cè)距的必要條件必須瞭解測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)利用測(cè)距碼進(jìn)行測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)採用的是CDMA（碼分多址）技術(shù)易於捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào)可提高測(cè)距精度便於對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理（如AS）每顆GPS衛(wèi)星都採用特定的偽隨機(jī)雜訊碼微弱信號(hào)的捕獲距離測(cè)量與GPS定位>利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距>測(cè)距碼測(cè)距原理Z跟蹤技術(shù)ASP碼+W碼Y碼W碼的碼元寬度比Y碼大幾十倍Z跟蹤技術(shù)原理將相關(guān)間隔（積分間隔）限定在一個(gè)W碼碼元內(nèi)距離測(cè)量與GPS定位>利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距>Z跟蹤技術(shù)偽距測(cè)量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)無模糊度缺點(diǎn)精度低距離測(cè)量與GPS定位>利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距>偽距測(cè)量的特點(diǎn)GPS測(cè)量的基本觀測(cè)方程距離測(cè)量與GPS定位>利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距>GPS測(cè)量的基本觀測(cè)方程對(duì)流層折射延遲改正電離層折射延遲改正接收機(jī)鐘的改正數(shù)衛(wèi)星鐘的改正數(shù)信號(hào)離開衛(wèi)星的時(shí)刻（由衛(wèi)星鐘測(cè)定）信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)刻（由接收機(jī)鐘測(cè)定）測(cè)距碼測(cè)距的觀測(cè)方程距離測(cè)量與GPS定位>利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距>測(cè)距碼測(cè)距的觀測(cè)方程偽距測(cè)量的誤差方程距離測(cè)量與GPS定位>利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距>測(cè)距碼測(cè)距的誤差方程§4.2 載波相位測(cè)量

載波相位測(cè)量距離測(cè)量與GPS定位>載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波①重建載波將非連續(xù)的載波信號(hào)恢復(fù)成連續(xù)的載波信號(hào)。載波調(diào)製了電文之後變成了非連續(xù)的波偽距測(cè)量與載波相位測(cè)量距離測(cè)量與GPS定位>載波相位測(cè)量>載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波②碼相關(guān)法方法將所接收到的調(diào)製信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）與接收機(jī)產(chǎn)生的複製碼相乘。技術(shù)要點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)（弱）與接收機(jī)信號(hào)（強(qiáng)）相乘。特點(diǎn)限制：需要瞭解碼的結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波長的載波，信號(hào)品質(zhì)好（信噪比高）碼相關(guān)法距離測(cè)量與GPS定位>載波相位測(cè)量>載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波③平方法方法將所接收到的調(diào)製信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）自乘。技術(shù)要點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)（弱）自乘。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無需瞭解碼的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：無法獲得導(dǎo)航電文，所獲載波波長為原來波長的一半，信號(hào)品質(zhì)較差（信噪比低，降低了30dB）平方法距離測(cè)量與GPS定位>載波相位測(cè)量>載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波④互相關(guān)（交叉相關(guān)）方法在不同頻率的調(diào)製信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）進(jìn)行相關(guān)處理，獲取兩個(gè)頻率間的偽距差和相位差技術(shù)要點(diǎn)不同頻率的衛(wèi)星信號(hào)（弱）進(jìn)行相關(guān)。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無需了Y解碼的結(jié)構(gòu)，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長的載波，信號(hào)品質(zhì)較平方法好（信噪比降低了27dB）距離測(cè)量與GPS定位>載波相位測(cè)量>載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波⑤Z跟蹤方法：將衛(wèi)星信號(hào)在一個(gè)W碼碼元內(nèi)與接收機(jī)複製出的P碼進(jìn)行相關(guān)處理。在一個(gè)W碼碼元內(nèi)進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)（弱）與複製信號(hào)（強(qiáng)）進(jìn)行相關(guān)。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無需瞭解Y碼結(jié)構(gòu)，可測(cè)定雙頻偽距觀測(cè)值，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長的載波，信號(hào)品質(zhì)較平方法好（信噪比降低了14dB）距離測(cè)量與GPS定位>載波相位測(cè)量>載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波載波測(cè)距距離測(cè)量與GPS定位>載波相位測(cè)量>載波測(cè)距GPS載波相位測(cè)量的基本原理距離測(cè)量與GPS定位>載波相位測(cè)量>GPS載波相位測(cè)量的基本原理理想情況實(shí)際情況載波相位觀測(cè)值觀測(cè)值整周計(jì)數(shù)整周未知數(shù)（整周模糊度）載波相位觀測(cè)值距離測(cè)量與GPS定位>載波相位測(cè)量>載波相位觀測(cè)值載波相位測(cè)量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)精度高，測(cè)距精度可達(dá)0.1mm量級(jí)難點(diǎn)整周未知數(shù)問題整周跳變問題距離測(cè)量與GPS定位>載波相位測(cè)量>載波相位測(cè)量的特點(diǎn)載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程原始形式：線性化後：誤差方程為：距離測(cè)量與GPS定位>載波相位測(cè)量>載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程GPS原理及其應(yīng)用

(九)第四章距離測(cè)量與GPS定位§4.3觀測(cè)值的線性組合§4.3 觀測(cè)值的線性組合同類型同頻率觀測(cè)值的線性組合同類型不同頻率觀測(cè)值的線性組合不同類型觀測(cè)值的線性組合同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合

——差分觀測(cè)值按差分方式可分為:站間差分星間差分曆元間差分按差分次數(shù)可分為：一次差二次差三次差距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合概述差分觀測(cè)值的定義將相同頻率的GPS載波相位觀測(cè)值依據(jù)某種方式求差所獲得的新的組合觀測(cè)值（虛擬觀測(cè)值）差分觀測(cè)值的特點(diǎn)可以消去某些不重要的參數(shù)，或?qū)⒛承?duì)確定待定參數(shù)有較大負(fù)面影響的因素消去或消弱其影響求差方式站間求差衛(wèi)星間求差曆元間求差距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合與接收機(jī)無關(guān)與衛(wèi)星無關(guān)空間相關(guān)性強(qiáng)空間相關(guān)性強(qiáng)不隨時(shí)間變化原始載波相位觀測(cè)值距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合站間求差（站間差分）求差方式同步觀測(cè)值在接收機(jī)間求差數(shù)學(xué)形式特點(diǎn)消除了衛(wèi)星鐘差影響削弱了電離層折射影響削弱了對(duì)流層折射影響削弱了衛(wèi)星軌道誤差的影響距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合星間求差（星間差分）求差方式同步觀測(cè)值在衛(wèi)星間求差數(shù)學(xué)形式特點(diǎn)消除了接收機(jī)鐘差的影響距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合曆元間求差（曆元間差分）差分方式觀測(cè)值在間曆元求差數(shù)學(xué)形式特點(diǎn)消去了整周未知數(shù)參數(shù)距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合單差、雙差和三差單差：站間一次差分雙差：站間、星間各求一次差（共兩次差）三差：站間、星間和曆元間各求一次差（三次差）單差雙差三差距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合採用差分觀測(cè)值的缺陷（求差法的缺陷）數(shù)據(jù)利用率低只有同步數(shù)據(jù)才能進(jìn)行差分引入基線向量替代了位置向量差分觀測(cè)值間具有了相關(guān)性，使處理問題複雜化參數(shù)估計(jì)時(shí)，觀測(cè)值的權(quán)陣某些參數(shù)無法求出某些資訊在差分觀測(cè)值中被消除距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合同類型不同頻率觀測(cè)值的線性組合L1的特性 L2的特性距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合不同頻率的載波(L1,L2)相位觀測(cè)值兩個(gè)不同頻率的載波(L1,L2)相位觀測(cè)值間線性組合的一般形式

n,m距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合

n,m的特性距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合常見的線性組合——寬巷組合相位觀測(cè)值寬巷組合（wide-lane）(n=1,m=-1)*利於求解模糊度,測(cè)量雜訊大.距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合常見的線性組合——無電離層折射的相位觀測(cè)值無電離層折射的組合（iono-free）距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>同類型不同頻率相位觀測(cè)值的線性組合不同類型觀測(cè)值的線性組合不同類型雙頻觀測(cè)值間的線性組合不同類型單頻觀測(cè)值間的線性組合距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>不同類型觀測(cè)值的線性組合1.不同類型雙頻觀測(cè)值間的線性組合距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>不同類型觀測(cè)值的線性組合1.不同類型雙頻觀測(cè)值間的線性組合距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>不同類型觀測(cè)值的線性組合1.不同類型雙頻觀測(cè)值間的線性組合距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>不同類型觀測(cè)值的線性組合1.不同類型雙頻觀測(cè)值間的線性組合距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>不同類型觀測(cè)值的線性組合2.不同類型單頻觀測(cè)值間的線性組合距離測(cè)量與GPS定位>觀測(cè)值的線性組合>不同類型觀測(cè)值的線性組合GPS原理及其應(yīng)用

(十)第四章距離測(cè)量與GPS定位§4.4周跳的探測(cè)與修復(fù)§4.5整周模糊度的確定§4.4 周跳的探測(cè)與修復(fù)1．螢?zāi)粧呙璺?．高次差法多項(xiàng)式擬合法MW觀測(cè)值法三差法4.4整周跳變（周跳–CycleSlips）在某一特定時(shí)刻的載波相位觀測(cè)值為如果在觀測(cè)過程接收機(jī)保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)跟蹤，則整周模糊度將保持不變，整周計(jì)數(shù)也將保持連續(xù)，但當(dāng)由於某種原因使接收機(jī)無法保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)跟蹤時(shí)，在衛(wèi)星信號(hào)重新被鎖定後，將發(fā)生變化，而也不會(huì)與前面的值保持連續(xù)，這一現(xiàn)象稱為整周跳變。周跳T

距離測(cè)量與GPS定位

>周跳的探測(cè)與修復(fù)>整周跳變（周跳–CycleSlips）產(chǎn)生周跳的原因信號(hào)被遮擋，導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)無法被跟蹤儀器故障，導(dǎo)致差頻信號(hào)無法產(chǎn)生衛(wèi)星信號(hào)信噪比過低，導(dǎo)致整周計(jì)數(shù)錯(cuò)誤接收機(jī)在高速動(dòng)態(tài)的環(huán)境下進(jìn)行觀測(cè)，導(dǎo)致接收機(jī)無法正確跟蹤衛(wèi)星信號(hào)衛(wèi)星暫態(tài)故障，無法產(chǎn)生信號(hào)距離測(cè)量與GPS定位

>周跳的探測(cè)與修復(fù)>產(chǎn)生周跳的原因周跳的特點(diǎn)只影響整周計(jì)數(shù)－周跳為波長的整數(shù)倍將影響從周跳發(fā)生時(shí)刻（曆元）之後的所有觀測(cè)值周跳T

周跳將使周跳發(fā)生後的所有觀測(cè)值包含相同的整周計(jì)數(shù)錯(cuò)誤距離測(cè)量與GPS定位>周跳的探測(cè)與修復(fù)>周跳的特點(diǎn)解決周跳問題的方法探測(cè)與修復(fù)設(shè)法找出周跳發(fā)生的時(shí)間和大小參數(shù)法將周跳標(biāo)記出來，引入周跳參數(shù)，進(jìn)行解算距離測(cè)量與GPS定位

>周跳的探測(cè)與修復(fù)>解決周跳問題的方法周跳的探測(cè)、修復(fù)方法①螢?zāi)粧呙璺ǚ椒ǎ喝斯ぴ谖災(zāi)簧嫌^察觀測(cè)值曲線的變化是否連續(xù)。特點(diǎn)費(fèi)時(shí)、只能發(fā)現(xiàn)大周跳。由於原始的載波觀測(cè)值變化很快，通常觀察的是某種觀測(cè)值的組合，如。距離測(cè)量與GPS定位

>周跳的探測(cè)與修復(fù)>螢?zāi)粧呙璺ㄖ芴奶綔y(cè)、修復(fù)方法②高次差法距離測(cè)量與GPS定位>周跳的探測(cè)與修復(fù)>高次差法周跳的探測(cè)、修復(fù)方法②（續(xù)）高次差法的原理由於衛(wèi)星和接收機(jī)間的距離在不斷變化，因而載波相位測(cè)量的觀測(cè)值N0+Int(ф)+Fr(ф)也隨時(shí)間在不斷變化。但這種變化應(yīng)是有規(guī)律的，平滑的。周跳將破壞這種規(guī)律性。對(duì)於GPS衛(wèi)星而言，當(dāng)求至四次差時(shí)，其值已趨向於零。殘留的四次差主要是由接收機(jī)的鐘誤差等因素引起的。距離測(cè)量與GPS定位