GPS衛(wèi)星定位基本原理

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1、第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理§5.1概述§5.2偽距測量§5.3載波相位測量§5.4整周跳變的修復(fù)§5.5GPS絕對(duì)定位與相對(duì)定位§5.6美國的GPS政策§5.7差分GPS定位原理§5.1概述測角交會(huì)前方交會(huì)后方交會(huì)測邊（距）交會(huì)法兩條邊可確定P點(diǎn)坐標(biāo)無線電導(dǎo)航定位衛(wèi)星激光測距定位GPS定位基本原理運(yùn)用空間距離前方交會(huì)的方法求出衛(wèi)星的位置。運(yùn)用空間距離后方交會(huì)的方法求測站點(diǎn)的位置。觀測值：距離GPS定位方法及分類依據(jù)測距的原理劃分：偽距法定位（測碼）載波相位測量定位（測相）差分定位依據(jù)（接收機(jī)）待定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)劃分動(dòng)態(tài)定位——認(rèn)為接收機(jī)相對(duì)于地面是運(yùn)動(dòng)的靜態(tài)定位——認(rèn)為接收機(jī)相對(duì)于地面

2、靜止不動(dòng)絕對(duì)定位與相對(duì)定位：絕對(duì)定位——求測站點(diǎn)相對(duì)于地心的坐標(biāo)；（靜態(tài)）相對(duì)定位——求測站點(diǎn)相對(duì)于某已知點(diǎn)的坐標(biāo)增量；§5.2偽距測量GPS測距碼5.2.1偽距:衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間。5.2.2偽距定位觀測方程GPS測距碼模二相加運(yùn)算規(guī)則脈沖：在短時(shí)間內(nèi)突變，隨后又迅速返回到其初始值的物理量；脈沖信號(hào)：像脈搏跳動(dòng)一樣的信號(hào)，相對(duì)與直流，斷續(xù)的信號(hào)。碼：表達(dá)信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合狀態(tài)編號(hào)各存儲(chǔ)器單元④③②①模二相加④③輸出碼元1231111111011000001114561000000100101001007890100100100111100101011

3、12011011011010101011131415010110110111111010四級(jí)反饋移位寄存器的狀態(tài)序列四級(jí)反饋移位寄存器tu：鐘脈沖的時(shí)間間隔碼值1碼狀態(tài)-1碼值0碼狀態(tài)+1GPS測距碼C/A碼（Coarse/AcquisitionCode）10級(jí)1周期含碼元數(shù)N：1023；碼率：1.023MHz；碼元寬度tu：0.98us(293.05m)；精度：2.9m周期：Tu=Ntu=1ms；粗碼/捕獲碼；僅被調(diào)制在L1上P（Y）碼（PreciseCode）1周期含碼元數(shù)：6.19×1012；碼率：10.23MHz；周期：7天；碼元寬度：0.098us(29.30m)；精度:0

4、.29m精碼；被調(diào)制在L1和L2上測距碼（續(xù)）5.2.1碼相關(guān)偽距測量原理（1）衛(wèi)星依據(jù)自己時(shí)鐘（鐘脈沖）發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測距碼，經(jīng)過△t時(shí)的傳播到達(dá)GPS接收機(jī)。（2）接收機(jī)在自己鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼。（3）通過時(shí)延器使之延遲時(shí)間τ，對(duì)兩碼進(jìn)相關(guān)比較。（4）直至兩碼完全對(duì)齊，相關(guān)系數(shù)R（t）=max=1，則該時(shí)間延遲τ即為傳播時(shí)間△t（τ=△t）。（5）距離ρ=c·△t=c·τ。復(fù)制碼?。保保保保埃埃埃保埃埃保保埃保埃保保苯邮沾a　　　?。保保保保埃埃埃保埃埃保保埃保?.2.2偽距定位觀測方程由衛(wèi)星鐘驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的GPS信號(hào)，離開衛(wèi)星發(fā)射天線，在地球引力場中穿越大氣

5、層，進(jìn)入接收機(jī)內(nèi)部，與接收機(jī)自身產(chǎn)生的參考信號(hào)相比較，得到GPS觀測值。觀測方程要反映該過程5.2.2偽距定位觀測方程三種時(shí)間系統(tǒng)5.2.2偽距定位觀測方程偽距信號(hào)傳播時(shí)間衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)時(shí)間（以衛(wèi)星鐘面時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)）接收機(jī)接收的時(shí)間（以接收機(jī)鐘面時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)）RINEX2格式的廣播電文含義PRN號(hào)年月日時(shí)分秒a0a1a2AODECrs△nM0CuceCust0CicΩ0Cisi0Crsωcflgl2GPDpflgl2衛(wèi)星精度衛(wèi)星健康TgdAODC信息傳輸時(shí)間地球大氣結(jié)構(gòu)大氣折射效應(yīng)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

6、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)電離層對(duì)C/A碼影響C/A碼在電離層中以群速Vg傳播（級(jí)數(shù)展開）其速度與頻率有關(guān)電離層改正的大小主要取決于電子總量和信號(hào)頻率電離層對(duì)載波影響載波是正弦波在電離層中以相速度傳播電離層影響與太陽黑子活動(dòng)有關(guān)與衛(wèi)星到接收機(jī)方向有關(guān)，天頂方向最大50m延遲高度角20°時(shí)150m延遲對(duì)流層影響從地面到高空40KM大氣層為對(duì)流層；電磁波經(jīng)過對(duì)流層會(huì)產(chǎn)生延遲，和溫度、濕度、氣壓有關(guān)；天頂方向可達(dá)2—3m，高度角10o，可達(dá)13m。5.2.2偽距定位觀測方程考慮大氣影響,衛(wèi)星與測站真實(shí)距離為偽距測量方程為偽距測量的特點(diǎn)：無模糊度，精度低?！?/p>

7、5.3載波相位測量1.采用載波相位測量原因及重建載波5.3.1載波相位測量原理5.3.2載波相位測量.的觀測方程5.3.3整周未知數(shù)N0的確定1、采用載波相位測量原因⑴測距碼測距精度對(duì)于一些高精度的應(yīng)用無法滿足C/A2.9P0.29m⑵載波的波長短，可達(dá)到很高的精度載波L1–頻率：154?f0=1575.43MHz；波長：19.03cmL2–頻率：120?f0=1227.60MHz；波長：24.42cm衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制二進(jìn)制信號(hào)的相位調(diào)制調(diào)相PM載波相位測量