GPS各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、第一章緒論1、GPS的應(yīng)用：導(dǎo)航、授時(shí)、定位測(cè)量2、衛(wèi)星定位經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：衛(wèi)星三角測(cè)量、衛(wèi)星多普勒測(cè)量、GPS衛(wèi)星定位測(cè)量 衛(wèi)星三角測(cè)量：衛(wèi)星僅作為一種空間動(dòng)態(tài)觀測(cè)目標(biāo)，由她面通過拍攝衛(wèi)星的位置而測(cè)定 地面點(diǎn)的坐標(biāo)。衛(wèi)星多普勒測(cè)量：利用地面跟蹤站上的多普勒測(cè)量資料可以精確確定衛(wèi)星軌道。定位原 理是基于“多普勒效應(yīng)”3、子午衛(wèi)星系統(tǒng)：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)。（6顆衛(wèi)星，6個(gè)軌道，筑道夾角30,凱道傾角90,衛(wèi)星高度1075,周期 107m in）局限性：一次定位所需時(shí)間過長(zhǎng)不是連續(xù)的、獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)效率低、精度低4、GPS在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用：軍事：配備GPS的

2、士兵：導(dǎo)航的導(dǎo)彈；核潛艇：艦載飛彈交通運(yùn)輸：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) 港引水測(cè)量：建立和維持全球性的參考框架；板塊運(yùn)動(dòng)和監(jiān)測(cè)；建立各級(jí)國(guó)家平面控制網(wǎng)；布設(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；在航空攝影測(cè)量、地籍測(cè)量、海洋測(cè)量中的應(yīng)用。其他：精細(xì)農(nóng)業(yè)；遙感；衛(wèi)星定軌；資源勘探；GPS氣象學(xué)：個(gè)人旅游5、美國(guó)政府的GPS政策SPS：標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù),使用C/A碼,民用PPS：精密定位服務(wù),可使用P碼,軍用SA：選擇可用性技術(shù)；1991.7.1-2000.5.2：人為降低普通用戶的測(cè)量精度;方法：降 低星歷精度（加入誤差）：衛(wèi)星鐘加高頻抖動(dòng)（短周期，快變化）

3、AS：反電子欺騙技術(shù)：1994. 1.31-今天：P碼加密。P+W-Y6、GPS現(xiàn)代化:在Block IIR衛(wèi)星的L2載波上調(diào)制C/A碼，在Block II F衛(wèi)星中增加f =1176. 45MHz的民用頻率：增強(qiáng)衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度，增加抗干擾能力；增設(shè)新的軍用碼（M碼），與民用碼分開，并具有更好的保密性和抗干擾能力；使用新技術(shù)，以阻止或干擾敵方使用GPS:軍用接收機(jī)具有更好的保護(hù)裝置，特別是抗干擾能力，具有快速初始化功能。7、其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：©GPS： 6個(gè)軌道面：平均軌道高度20200km：軌道傾角55度；設(shè)計(jì)星座：24；周期llh58min（估計(jì)地球自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提

4、前4min重復(fù)一次） 保證在每天24小時(shí)的任何時(shí)亥IJ,在高度角15度以上能夠同時(shí)觀測(cè)到4顆以上衛(wèi)星 ©GLONASS （俄羅斯）；系統(tǒng)構(gòu)成：衛(wèi)星星座：她面控制部分；用戶設(shè)備：衛(wèi)星數(shù)24,凱道3,傾角64. 8度：高度19390km：運(yùn)行周期11h15minGalileo （歐盟）：27顆工作衛(wèi)星加3顆備用衛(wèi)星，分布在3個(gè)枇道平面；軌道傾角56,具有公開服務(wù)，安全服務(wù)，商務(wù)服務(wù)和政府服務(wù)功能，前兩種自有公開，后兩種要經(jīng)過批準(zhǔn)后才能使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：系統(tǒng)由空間衛(wèi)星，地而控制中心站和北斗用戶終端3部分構(gòu)成: 空間部分包含2-3顆同步軌道衛(wèi)星：用戶終端分為：定位、通信 終端：差分、校時(shí)

5、終端：集團(tuán)用戶管理站終端。優(yōu)點(diǎn)：投資少，組建快，具有通信功能，捕獲信號(hào)快；缺點(diǎn)：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，能耗大第二章坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)1、坐標(biāo)系統(tǒng)：分為空間固定坐標(biāo)系、與地面固聯(lián)坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系：以參考橢球面為基準(zhǔn)而、以起始子午而為東西向參考面、以赤道面為南北 向參考面2、天球坐標(biāo)系天球：以地球質(zhì)心M為中心，半徑r為任意長(zhǎng)度的一個(gè)假想的球體。歲差：在日、月和其他天體的作用下，地球自轉(zhuǎn)軸方向不再保持不變，使春分點(diǎn)在黃道 上產(chǎn)生緩慢西移現(xiàn)象。章動(dòng)：在日、月等引力因素的影響下，瞬時(shí)北天極繞瞬時(shí)平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象.3、協(xié)議天球坐標(biāo)系：選擇某一時(shí)刻

6、to作為標(biāo)準(zhǔn)歷元，將此刻地球的瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸和地心至瞬時(shí)春分點(diǎn)的方 向，經(jīng)該瞬時(shí)歲差和章動(dòng)改正后，分別作為z軸和x軸的指向，稱為所取標(biāo)準(zhǔn)歷元（0時(shí) 刻的平天球坐標(biāo)系或協(xié)議天球坐標(biāo)系。協(xié)議-瞬時(shí)平天球：歲差旋轉(zhuǎn) 瞬時(shí)平天球-瞬時(shí)天球：章動(dòng)旋轉(zhuǎn)（我們把僅顧及歲差而不顧及拿動(dòng)時(shí)的北天極和春分點(diǎn)稱為平北天極和平春分點(diǎn)；把同時(shí)顧及歲差和幸動(dòng)，能反映其真實(shí)位優(yōu)的北天極和春分點(diǎn)成為真北天極和其春分點(diǎn)） 4、協(xié)議地球坐標(biāo)系：采用國(guó)際上5個(gè)緯度服務(wù)站，以1900年至1905年的平均緯度所確定的平均地極位置作 基準(zhǔn)點(diǎn)，稱為國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)。以協(xié)議地極為基準(zhǔn)點(diǎn)的地球坐標(biāo)系，稱為協(xié)議地球坐標(biāo)系。 極移：地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)地球體的

7、位置并不固定，造成地極點(diǎn)在地球表面上的位置隨時(shí)間 而變化的現(xiàn)象。5、協(xié)議天球坐標(biāo)系到協(xié)議地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換兩坐標(biāo)系之間的關(guān)系：1）原點(diǎn)相同，均位于地球質(zhì)心；2）瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的z軸和瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的Z軸指向相同；3）瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的x軸和瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的X軸指向不同，其間夾角為春分點(diǎn)的格 林尼治恒心時(shí)。協(xié)議天球瞬時(shí)天球瞬時(shí)地球一協(xié)議地球（歲差章動(dòng)旋轉(zhuǎn)：旋轉(zhuǎn)瞬時(shí)春分點(diǎn)時(shí)角：極移旋轉(zhuǎn)）6、GPS定位中時(shí)間系統(tǒng)的意義：1） GPS衛(wèi)星在不斷運(yùn)動(dòng)，要求其位置.觀測(cè)誤差小于1cm,則時(shí)刻誤差小于5.6X10-6s2） GPS接收機(jī)通過測(cè)量信號(hào)傳播時(shí)間而確定距觀測(cè)衛(wèi)星的距離，要求距離觀測(cè)誤差小 于1cm,則

8、時(shí)間測(cè)定誤差小于3.0X10-11S3）地球在不斷自轉(zhuǎn)，要求赤道上位置測(cè)量誤差小于1cm,則時(shí)間測(cè)定誤差小于5. 1X 10-5s7、時(shí)間基準(zhǔn)的必要性：包含時(shí)刻、時(shí)間間隔時(shí)刻：指發(fā)生某一現(xiàn)象的瞬間，也稱為歷元時(shí)間間隔：指發(fā)生某一現(xiàn)象所經(jīng)歷的過程，是這一過程始末時(shí)刻之差運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，周期性的運(yùn)動(dòng)的周期應(yīng)具有充分的穩(wěn)定性運(yùn)動(dòng)的周期必須具有復(fù)現(xiàn)性，即要求任何地方和時(shí)間，都可以通過觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)，復(fù)現(xiàn) 這種周期性運(yùn)動(dòng)8、世界時(shí)系統(tǒng)：恒星時(shí)：以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)的周日視運(yùn)動(dòng)所確定的時(shí)間。春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí)間間隔為一恒星日。平太陽時(shí)：平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí)間間隔為一個(gè)平太陽日。世

9、界時(shí)：以平子夜為零時(shí)起算的格林尼治平太陽時(shí)。由于地球自轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性，破壞了建立時(shí)間系統(tǒng)的基本條件，為了彌補(bǔ)這一缺陷，從1956年開始，在世界時(shí)中引入極移改正和地球自轉(zhuǎn)速度的季方性改正。未經(jīng)改正的世界時(shí)為UTO,經(jīng)極移改正后衛(wèi)UT1,經(jīng)地球自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性改正后衛(wèi)UT29、原子時(shí)：以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)的特征為基礎(chǔ)而建立的時(shí)間系統(tǒng)力學(xué)時(shí)：在天文學(xué)中，天體的星歷是根據(jù)天體動(dòng)力學(xué)理論建立的運(yùn)動(dòng)方程而編算的，其 中所采用的獨(dú)立變量是時(shí)間參數(shù)T,變量T被定義為力學(xué)時(shí)。協(xié)調(diào)世界時(shí)：以原子時(shí)秒長(zhǎng)為基礎(chǔ)，在時(shí)刻上盡量接近于世界時(shí)的時(shí)間系統(tǒng)：采用閏秒 （或跳秒）的辦法，使協(xié)調(diào)時(shí)與世界時(shí)的差小于0.9sGPS時(shí)間系統(tǒng)：

10、屬于原子時(shí)系統(tǒng)，秒長(zhǎng)與原子時(shí)相同：與國(guó)際原子時(shí)有不同的原點(diǎn)IAT-GPST=19s；與協(xié)調(diào)世界時(shí)規(guī)定1980年1月6日0時(shí)一致其后隨時(shí)間枳GPST=UTC+1' xn-19'10、時(shí)間標(biāo)示法：歷法：年、月、日、時(shí)、分、秒儒略日：用連續(xù)數(shù)值表示時(shí)間的方法約化儒略日：從儒略日中減去2400000.5周秒：從1980年1月6日0時(shí)開始起算的周數(shù)+每周內(nèi)從周六/日子夜開 始起算的秒數(shù)年積日：從每年1月1日開始累計(jì)的天數(shù)第三章全球定位系統(tǒng)的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)1、GPS系統(tǒng)由三部分組成：空間部分、地而控制部分、用戶設(shè)備部分（1）空間部分：6軌道而：平均軌道高度20200km：軌道傾角55度：周

11、期121】（顧及地球 自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提前4min重復(fù)一次）：設(shè)計(jì)星座21+3； 保證在每天24小時(shí)的任何時(shí)刻在高度角15度以上能夠同時(shí)觀測(cè)到4顆以 上衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星作用：接收、存儲(chǔ)導(dǎo)航電文生成用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（測(cè)距碼、載波）發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（采用雙相調(diào)制法調(diào)制在載波上的測(cè)距碼和導(dǎo) 航電文）接受地而指令，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)艷鐘、2臺(tái)鋤鐘）信號(hào)生成與發(fā)射裝置 （2）地面控制部分：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)組成。主控站作用：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

12、文，送往注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(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。監(jiān)測(cè)站作用：接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采集氣象信息，并將所收集到的數(shù)據(jù)傳送給主控站。注入站作用：將導(dǎo)航電文注入GPS衛(wèi)星。（3）用戶部分：用戶；接收設(shè)備（GPS信號(hào)接收機(jī)，其他儀器設(shè)備）GPS信號(hào)接收機(jī)：天線單元（接收天線、前置放大器）接收單元（信號(hào)通道、存儲(chǔ)器、微處理器、輸入輸出設(shè)備、電源） 2、GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)：GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)：載波、測(cè)距碼、導(dǎo)航電文（1）載波：可運(yùn)載調(diào)制信號(hào)的高頻宸蕩波稱為載波。類型：L1-頻率：154fo： L2-頻率：120fo作用：搭載其它調(diào)制信號(hào)：測(cè)距；測(cè)定多普勒頻移特點(diǎn)：所選

13、擇的頻率有利于測(cè)定多普勒頻移；所選擇的頻率有利于減弱信號(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（電離層折射延遲于 信號(hào)的頻率有關(guān)）（2）測(cè)距碼：用于測(cè)定從衛(wèi)星至接收機(jī)間的距離的二進(jìn)制碼： 作用：測(cè)距：為隨機(jī)噪聲碼：（隨機(jī)、可準(zhǔn)確復(fù)制） 不同的碼（包括未對(duì)齊的同一組碼）間的相關(guān)系數(shù)為。或1/n, （n為碼元數(shù)）； 對(duì)齊的同一組碼間的相關(guān)系數(shù)為1。相關(guān)系數(shù)的計(jì)算方法為：（相同碼元數(shù)-不同碼元數(shù)）/總碼元數(shù).類型：C/A碼：粗碼/捕獲碼：P（Y）碼：精碼。現(xiàn)代化后：在L2上調(diào)至C/A碼，在L1和L2上增加調(diào)制M碼。CMWPR俳率.四本10.23niz用期周期137天 1

14、用期含碼元效 1周期含樹亢敷1023，1040SMM） 務(wù)元寬度碼元寬度293.05m 調(diào)制“波-調(diào)制裁波L111、 L2j LI C7AC& P<«-ie-1S7S.42163I0.BMHlMHzMHZUPCode-1227.601023MHxMHz|-I（3）衛(wèi)星導(dǎo)航電文：導(dǎo)航電文是由GPS衛(wèi)星向用戶播發(fā)的一組反映衛(wèi)星在空間的運(yùn)行 凱道、衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)及衛(wèi)星的工作狀 態(tài)等信息的二進(jìn)制代碼，也稱數(shù)據(jù)碼。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)信息及電離層改 正等信息。組成結(jié)構(gòu)：1幀含5個(gè)子幀，一個(gè)子幀含10個(gè)字，一字含30bit；每字子

15、 播發(fā)時(shí)間0.6秒，子幀4、5含25頁。用戶花750s接收到一 組完整的導(dǎo)航電文。每30s第4和第5子幀翻轉(zhuǎn)1頁，前三個(gè) 子幀則重復(fù)原來的內(nèi)容。第123子幀中的內(nèi)容每小時(shí)更換1 次，第4、5子幀的內(nèi)容要等地而站輸入新的歷書后才更換。遙測(cè)字：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：每一子幀的第2個(gè)字：主要內(nèi)容：Z計(jì)數(shù)，每子幀給一個(gè)計(jì)數(shù)，表 示時(shí)間。3、衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制：二進(jìn)制相位調(diào)制法第一步：首先將導(dǎo)航電文調(diào)制在測(cè)距碼上。（由于導(dǎo)航電文和測(cè)距碼都是二進(jìn)制，調(diào)制 時(shí)采用模二和的辦法。）第二步：然后將組合碼調(diào)制到載波上。載波調(diào)制的一般方法：如果調(diào)制前載波為：Acos（由+ %）調(diào)幅：振幅A

16、隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化調(diào)頻：載波頻率/（角頻率 （，）隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化調(diào)相：相位（函+德）隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化4、二體問題及衛(wèi)星無攝軌道參數(shù)研究?jī)蓚€(gè)質(zhì)點(diǎn)在萬有引力作用下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)問題，在天體力學(xué)中稱為二體問題 在攝動(dòng)力的作用下，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)稱為受攝運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的衛(wèi)星軌道稱為受攝軌道 攝動(dòng)力包括地球中心引力、地球非球性及質(zhì)量分布不均、太陽和月亮的引力、太陽 輻射壓力、大氣阻力、地球潮汐作用力、磁力衛(wèi)星無攝軌道根數(shù)：描述軌道橢圓形狀-a：橢圓長(zhǎng)半軸b：橢圓短半軸描述軌道平面-0：升交點(diǎn)赤經(jīng)i：軌道傾角描述軌道橢圓方面-w：近地點(diǎn)角距確定衛(wèi)星瞬時(shí)位置-f：衛(wèi)星真近點(diǎn)角GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算（1）根

17、據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置思路：1）首先計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；2）然后將上述坐標(biāo)分別繞x軸旋轉(zhuǎn)，角、繞z軸旋轉(zhuǎn)a角，求出衛(wèi)星在順時(shí)天 球坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。3）將順時(shí)天球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到瞬時(shí)地球坐標(biāo)。計(jì)算過程：1）計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度,L5片-惡為地球引力常數(shù)，在WGS84坐標(biāo)系中為3 .986004415 x 10 / s 2 o + A/i2)計(jì)算i時(shí)刻衛(wèi)星的平近點(diǎn)角 M=MO+n* (t-TOE)3)計(jì)算偏近點(diǎn)角E=M+e*sinE4)計(jì)算真近點(diǎn)角,匚3/5)計(jì)算升交距角(未經(jīng)改正的)'="+/6)計(jì)算衛(wèi)星向徑(未經(jīng)改正的)r'=o(licosE)7)計(jì)算攝動(dòng)

18、改正項(xiàng)。=Q，cos(2“)+ Q sin(2“)3r = Cn - cos(2w ) + Crs - sin(2uf)& = Cic cos(2“') + Cif - siM2')8)進(jìn)行攝動(dòng)改正 = "'+&r = r，+4i = in+l(t-tot)+d,9)計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的位置x = rcosu10)計(jì)算升交點(diǎn)經(jīng)度 L L = Q(j +(2(t-TOE)-t co11)計(jì)算衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系Y =Rz(-L)Rx(-i) y(2)根據(jù)精密星歷計(jì)算衛(wèi)星位置'x-cosL-y cosi -sin Cx-sin L +

19、ycosi -cosL< ，sini )精密星歷：按一定時(shí)間間隔給出衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系下的三維位置、三維速度和鐘差。任意時(shí)刻，衛(wèi)星位置的計(jì)算原理：插值法方法：拉格朗日插值法、且貝雪夫插值法等 拉格朗日插值法:已知函數(shù)=/*)的個(gè)結(jié)點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的函數(shù)值，刈對(duì)于插值區(qū)間內(nèi)的任一點(diǎn)- 其函數(shù) 值為/G)= £n(4_Y 八一七)K拉格朗日多項(xiàng)式內(nèi)插法：內(nèi)插精度：采用17階多項(xiàng)式，精度可優(yōu)于5mm注意事項(xiàng)：要對(duì)某一時(shí)段的軌道內(nèi)插，精密軌道數(shù)據(jù)應(yīng)該完全覆蓋該時(shí)段，最好 前后有9個(gè)歷元的延伸。下載數(shù)據(jù)時(shí)，需要觀測(cè)當(dāng)天及前后各一天的數(shù)據(jù)0第四章GPS定位中的誤差源1、GPS測(cè)量誤差的分類：與衛(wèi)星

20、有關(guān)的誤差：衛(wèi)星星歷誤差、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、接收機(jī)鐘差、接收機(jī)內(nèi)部噪聲2、消除或減弱各種誤差影響的方法：（1）模型改正法：原理和方法：對(duì)誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式。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。所針對(duì)的誤差源：電離層延遲對(duì)流層延遲衛(wèi)星鐘差缺點(diǎn)：有些誤差難以模型化（2）求差法：原理和方法：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類型的相關(guān)性，通過觀測(cè)值間一定方式 的相互求差，消去或消弱觀測(cè)值中所包含的相同或相似的誤差影響。所針對(duì)的誤差源：電離層延

21、遲對(duì)流層延遲衛(wèi)星軌道誤差缺點(diǎn)：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱（3）參數(shù)法：原理和方法：把誤差大小作為參數(shù)，在定位過程中求解出來。所針對(duì)的誤差源：理論上幾乎適用于任何的情況缺點(diǎn)：不能同時(shí)將所有誤差均作為參數(shù)來估計(jì)（4）回避法原理和方法：對(duì)誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解，選擇合適的觀測(cè)地點(diǎn)，避開易產(chǎn)生誤差的環(huán)境：采用特殊的硬件設(shè)備，消除或減弱誤差的影響。所針對(duì)的誤差源：電磁波干擾多路徑效應(yīng)缺點(diǎn)：無法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性3、鐘誤差：（1）衛(wèi)星鐘差分類：物理同步誤差：由GPS衛(wèi)星上的衛(wèi)星鐘直接給出的時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)GPS時(shí)間之差。數(shù)學(xué)同步誤差：經(jīng)多項(xiàng)式改正后的衛(wèi)星鐘時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)GPS時(shí)間

22、之差。消除方法：模型改正：主要用于實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位AT = 6/u +«,（/-TOC）+a2（t-TOCj采用IGS精密衛(wèi)星鐘差：事后定位相對(duì)定位或差分定位：多臺(tái)接收機(jī)的相對(duì)或差分定位求差法消除衛(wèi)星鐘差：如果衛(wèi)星鐘差為，i ,則對(duì)兩個(gè)測(cè)站上測(cè)距的影響均為：*=c 兩個(gè)測(cè)站對(duì)同一顆衛(wèi)星的觀測(cè)值可寫為： 72=0+少相減后可得：P-P1=P-P1（2）接收機(jī)鐘差定義：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)定位或差分定位求差法消除接收機(jī)鐘差原理同求差法消除衛(wèi)星鐘差。4、衛(wèi)星星歷誤差：（1）定義：由星歷所給出的衛(wèi)星在空間中的位置與其實(shí)際位置之差。（2）星歷

23、類型：廣播星歷：由GPS的地面控制部分所確定和提供的，經(jīng)GPS衛(wèi)星向全球 所有用戶公開播發(fā)的一種預(yù)報(bào)星歷。精密星歷：為滿足大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)研究等精密應(yīng)用領(lǐng)域的需要而研 制生產(chǎn)的一種高精度的事后星歷。（3）消除或削弱星歷誤差的方法：采用精密星歷采用相對(duì)定位或差分定位。5、電離層延遲：在衛(wèi)星導(dǎo)航定位中，將電離層部分大氣對(duì)信號(hào)的影響稱為電離層延遲在衛(wèi)星導(dǎo)航定位中，將對(duì)流層部分大氣對(duì)信號(hào)的影響統(tǒng)稱為對(duì)流層延遲（1）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。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。

24、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)。（2）常用電離層延遲改正方法：經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼悍椒ǎ焊鶕?jù)以往觀測(cè)結(jié)果所建立的模型改正效果：較差雙頻改正：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6、對(duì)流層延遲：（模型改正、相對(duì)定位或差分定位）（1）對(duì)流層延遲大?。喝魧?duì)流層中某處的大氣折射系數(shù)為n,則電磁波在該處的傳播 速度為： v = £n（2）氣象元素：干溫、濕溫、氣壓；干溫、相對(duì)濕度、氣壓 測(cè)定方法：通風(fēng)干濕溫度表：空

25、盒氣壓表：自動(dòng)化的電子儀器7、多路徑誤差：多路徑誤差：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)：由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。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) 應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法：1）選擇合適的測(cè)站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境2）采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圖的天線抗多路徑的接收機(jī)：特定技術(shù)等3）延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間4）數(shù)據(jù)處理上：加權(quán)；參數(shù)法；濾波法；信號(hào)分析法8、其他誤

26、差改正地球自轉(zhuǎn)改正地球固體潮改正接收機(jī)的位置誤差天線相位中心偏差9、相對(duì)論效應(yīng)：（調(diào)低頻率、頻率改正）狹義相對(duì)論效應(yīng)：鐘的頻率與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。在狹義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的 頻率將變慢.廣義相對(duì)論效應(yīng)：鐘的頻率與其所處的引力位有關(guān)。在廣義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上 鐘的頻率將變快。解決相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘影響的方法：首先假定衛(wèi)星軌道為圓軌道的情況，在地而上將要搭載到衛(wèi)星上去的鐘的頻率調(diào)低；然 后考慮衛(wèi)星軌道為橢圓軌道的情況在t時(shí)刻，衛(wèi)星鐘讀數(shù)加上&，或?qū)τ^測(cè)距離加上少o 10、總結(jié)：衛(wèi)星鐘差模型改正、相對(duì)定位或差分定位接收機(jī)鐘差作為未知數(shù)、相對(duì)定位或差分定位相對(duì)論效應(yīng)調(diào)低頻率、頻率改

27、正衛(wèi)星星歷誤差精密星歷、相對(duì)定位或差分定位電離層延遲模型改正、相對(duì)定位或差分定位對(duì)流層延遲模型改正、相對(duì)定位或差分定位多路徑誤差避開、數(shù)據(jù)處理川u-模型改正：衛(wèi)星鐘差、電離層延遲、對(duì)流層延遲求差法：衛(wèi)星種差、接收機(jī)鐘差、衛(wèi)星星歷誤差、電離層延遲、對(duì)流層延遲參數(shù)法：幾乎適用于所有情況回避法：電磁波干擾、多路徑效應(yīng)第五章距離測(cè)量與GPS定位§5.1利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距1、測(cè)距碼測(cè)偽距：假設(shè)衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘均無誤差，都能與標(biāo)準(zhǔn)的GPS時(shí)間保持嚴(yán)格同步。 在某一時(shí)刻t衛(wèi)星在衛(wèi)星鐘的控制下發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測(cè)距碼，同時(shí)，接收 機(jī)則在接收機(jī)鐘得控制下產(chǎn)生復(fù)制碼，由衛(wèi)星所產(chǎn)生的測(cè)距碼經(jīng)過At時(shí) 間的傳

28、播后到達(dá)接收機(jī)并被接收機(jī)所接收。由接收機(jī)所產(chǎn)生的復(fù)制碼則經(jīng) 過一個(gè)時(shí)間延遲器延遲時(shí)間t后與接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行比對(duì)。如果兩個(gè) 信號(hào)尚未對(duì)齊，就調(diào)整T直到對(duì)齊。此時(shí)則偽距P = T*C=At*C （利用相關(guān)系數(shù)判斷是否完全對(duì)齊）2、利用測(cè)距碼測(cè)定偽距的原因：易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào)可提高測(cè)距精度和可靠性采用的是CDMA （碼分多址）技術(shù)便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理（如AS）3、GPS測(cè)量的基本觀測(cè)方程0=c = 7（xs-x）2+（ys-y）2+（z5-z）2 c-dt-c-dr-vion v1mp后四項(xiàng)分別是：接收機(jī)鐘差引起的距離誤差：衛(wèi)星鐘引起的距離誤差；電離層延遲；對(duì)流層 延遲。§ 5

29、.2載波相位測(cè)量1、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)0.20.3mm量級(jí)難點(diǎn)：載波的重建：整周未知數(shù)問題；整周跳變問題。2、重建載波：（GPS信號(hào)采用二進(jìn)制調(diào)相法）將測(cè)距碼和導(dǎo)航電文去掉，把非連續(xù)的載波 信號(hào)恢復(fù)成連續(xù)的載波信號(hào)。方法：（1）碼相關(guān)法：當(dāng)測(cè)距碼與復(fù)制碼信號(hào)對(duì)齊后，若用復(fù)制碼再對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行一次二 進(jìn)制相位調(diào)制，則可將測(cè)距碼去掉，僅留下載波和導(dǎo)航電文。接著用濾波器將它們分開。優(yōu)點(diǎn)：同時(shí)獲得載波、偽距觀測(cè)值和導(dǎo)航電文；可獲得全波長(zhǎng)的載波； 信號(hào)的信躁比較好。缺點(diǎn)：必須知道調(diào)制碼的結(jié)構(gòu)：無法恢復(fù)L2載波。（2）平方法：將接收到的衛(wèi)星信號(hào)自乘即可去掉負(fù)號(hào)，使載波的相位保持

30、連續(xù)。優(yōu)點(diǎn)：無需知道碼的結(jié)構(gòu)；可以恢復(fù)L2載波。（非原始L2）缺點(diǎn):無法獲得偽距觀測(cè)制和導(dǎo)航電文；恢復(fù)的是半波長(zhǎng)的載波，模糊度更難確定：信號(hào)的信躁比差：失去了導(dǎo)航電文，增加了數(shù)據(jù)處理的困難。（3）互相關(guān)法：在不同頻率的調(diào)制信號(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。優(yōu)點(diǎn)：可獲得雙頻偽距觀測(cè)值：可獲得全波長(zhǎng)的L1和L2載波；可獲得衛(wèi)星導(dǎo)航電文。缺點(diǎn)：信躁比較差，但比平方法高。（4） Z跟蹤技術(shù)：將接收機(jī)復(fù)制的P碼在1個(gè)W碼元寬度內(nèi)與衛(wèi)星信號(hào)（Y碼）進(jìn)行相關(guān)處理。 在1個(gè)W碼元寬度內(nèi)，P碼=丫或-丫碼優(yōu)點(diǎn)：無需了解Y碼結(jié)構(gòu)，可測(cè)定雙頻偽距觀測(cè)值；可獲得衛(wèi)星導(dǎo)航電文；可獲得全波長(zhǎng)

31、的L和L2載波：信號(hào)質(zhì)量較平方法和互相關(guān)法好。3、載波相位測(cè)量：載波相位測(cè)量原理：P=加§一£）載波相位的實(shí)際觀測(cè)值：0 = N。+ Of （+ Fr（p）（NO為整周模糊度，Int （巾）為整周計(jì)數(shù)）載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程:夕2"yl（Xs -X）2+（Ys -Y）2+（Zs -Z）2 -N"+ CYr _c.v-s§ 5.3觀測(cè)值的線性組合1、同類型同頻率觀測(cè)值的線性組合-差分觀測(cè)值差分觀測(cè)值的定義：將相同頻率的GPS觀測(cè)值依據(jù)某種方式求差所得到的組合觀測(cè)值 （虛擬觀測(cè)值）。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

32、響 的因素消去或消弱其影響。分類：按差分方式可分為：站間差分；星間差分；歷元間差分 按差分次數(shù)可分為：一次差；二次差；三次差站間差分：同步觀測(cè)值在接收機(jī)間求差特點(diǎn)：消除了衛(wèi)星鐘差的影響削弱了電離層折射的影響削弱了對(duì)流層折射的影響削弱了衛(wèi)星軌道誤差的影響星間差分：同步觀測(cè)值在衛(wèi)星間求差特點(diǎn)：消除了接收機(jī)鐘差的影響歷元間差分：觀測(cè)值在歷元間求差特點(diǎn)：消去了整周未知數(shù)；削弱了衛(wèi)星鐘差的影響單差:雙差:三差:站間一次差分站間、星間各求一次差（共兩次差）站間、星間和歷元間各求一次差（三次差）采用差分觀測(cè)值的缺陷：數(shù)據(jù)利用率低,只有同步數(shù)據(jù)才能進(jìn)行差分引入基線矢量替代了位置矢量差分觀測(cè)值間具有了相關(guān)性，使

33、處理問題復(fù)雜化某些參數(shù)差分觀測(cè)值中被消除無法求出2、同類型不同頻率觀測(cè)值的線性組合兩個(gè)不同頻率的載波（LI, L2）相位觀測(cè)值間線性組合的一般形式：（0 r n由于：外, ？=.%+相所以：= ,拉 fl + m.X,于2 =及,于1 + m人）組合標(biāo)準(zhǔn)：盡量保證組合后觀測(cè)值模糊度的整數(shù)特性組合后觀測(cè)值具有適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)組合后觀測(cè)值不受或基本不受電離層折射的影響組合觀測(cè)值應(yīng)具有較小的測(cè)量噪聲§5.4周跳的探測(cè)與修復(fù)1、整周跳變：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NO將保 持不變，整周計(jì)數(shù)也將保持連續(xù)，但當(dāng)由于某種原因使接收機(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

34、信號(hào)重新被鎖定后，不會(huì)與前面的值保持連續(xù)，這 一現(xiàn)象稱為整周跳變。2、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)星瞬時(shí)故障，無法產(chǎn)生信號(hào)。3、周跳的特點(diǎn)：只影響整周計(jì)數(shù)一周跳為波長(zhǎng)的整數(shù)倍將影響從周跳發(fā)生時(shí)刻（歷元）之后的所有觀測(cè)值4、周跳的探測(cè)、修復(fù)方法：屏幕掃描法：人工在屏幕上觀察觀測(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。由于原始的載波觀測(cè)值變化很快，通常觀察的是某種觀測(cè)值的組合，如：高次差法：原理：（1）由于衛(wèi)星和接收機(jī)間的距離在

35、不斷變化，因而載波相位測(cè)量的觀測(cè)值 NO+Int（4） +Fr（4）也隨時(shí)間在不斷變化。（2）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。（3）對(duì)于GPS衛(wèi)星而言，當(dāng)求至四次差時(shí)，其值已趨向于零。殘留的四次 差主要是由接收機(jī)的鐘誤差等因素引起的。問題：1）接收機(jī)鐘差對(duì)此方法有效性的影響2）即使發(fā)現(xiàn)相位觀測(cè)值中存在數(shù)周的不規(guī)則變化，也很難判斷是否存在周跳。3）克服接收機(jī)鐘差影響的方法一衛(wèi)星間求差4）所以雙差觀測(cè)值被廣泛采用。多項(xiàng)式擬合法：應(yīng)用特點(diǎn)：（1）由于四次差或五次差一般巳呈偶然誤差特性，無法再用函數(shù)來加 以擬合，所以用多項(xiàng)式擬合時(shí)通常也只需取至4-5階即可。（2）觀測(cè)值可以是真正

36、的（非差）相位觀測(cè)值，也可以是經(jīng)線性組合 后的虛擬觀測(cè)值：?jiǎn)尾钣^測(cè)值和雙差觀測(cè)值。§ 5.5整周模糊度的確定1、靜態(tài)相對(duì)定位中常用的幾種方法待定參數(shù)法-經(jīng)典方法：1）取整法2）置信區(qū)間法：Ni為模糊度的實(shí)數(shù)解，mi為該參數(shù)的中誤差, 置信區(qū)間為Ni - b - mi > Ni+ b mib=Xt（f,a/2）,根據(jù)自由度f和置信水平（I-。），從t分布的數(shù)值表中查取。當(dāng)整周模糊度參數(shù)取整數(shù)時(shí)所求得的基線向量稱為整數(shù)解（固定解）：當(dāng)模糊度參數(shù) 為實(shí)數(shù)時(shí)所求得的基線向量稱為實(shí)數(shù)解（浮點(diǎn)解）。確定整數(shù)解的步驟：1）求初始解：確定基線向量的實(shí)數(shù)解和整周未知數(shù)的實(shí)數(shù)解2）將整周模糊度固定

37、為整數(shù)3）求固定解2、快速定位中常用的方法快速定位:走走停停（Stop and Go）：快速靜態(tài)確定整周未知數(shù)的方法：已知基線法：將已修復(fù)周跳、剔除粗差后的雙差載波相位觀測(cè)值組成法方程式，然 后將已知的基線向量代入法方程式并求解模糊度參數(shù)，最后再用取整 法或置信區(qū)間法將求得的實(shí)數(shù)模糊度固定為整數(shù)。交換天線法：=） - AA唱A嘴（。）+N嵋«2）=-回/（。）+”唱陽月/C快速模糊度解算法（FARA）：在選定的置信區(qū)間Ni-bmi , Ni+ b - mi有多 組解；滿足（舟-N）/0*' -N）= 而為最優(yōu)解。3、動(dòng)態(tài)定位中常用的方法初始化法：運(yùn)動(dòng)載體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)與地面基

38、準(zhǔn)站一起通過“初始化”來確定整周模糊 度，然后運(yùn)動(dòng)載體開始運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行定位。實(shí)時(shí)解算模糊度的方法：1）確定搜索區(qū)域：坐標(biāo)搜索法：模糊度搜索法（2）可采用的方法：模糊度函數(shù)法：最小二乘模糊度搜索法:FARA法：快速模糊度搜索濾波法；LAMBDA法GPS測(cè)量定位方法分類按定位模式分為絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）、相對(duì)定位、差分定位 按定位時(shí)接收機(jī)天線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為靜態(tài)定位：天線相對(duì)于地球坐標(biāo)系靜止動(dòng)態(tài)定位：天線相對(duì)于地球坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)§ 5.6 點(diǎn)定位絕對(duì)定位：指根據(jù)衛(wèi)星星歷以及單臺(tái)GPS接收機(jī)觀測(cè)值來確定測(cè)站點(diǎn)在WGS84坐標(biāo)系中絕對(duì)坐標(biāo)的方法，也稱為絕對(duì)定位。優(yōu)點(diǎn)：一臺(tái)接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測(cè)簡(jiǎn)單：可

39、瞬時(shí)定位缺點(diǎn)：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低：應(yīng)用領(lǐng)域；低精度導(dǎo)航、 資源普查、軍事實(shí)質(zhì)：空間距離后方交會(huì)要同時(shí)確定測(cè)站坐標(biāo)和接收機(jī)鐘差必須同時(shí)觀測(cè)四顆或四顆以上衛(wèi)星:GPS單點(diǎn)定位求解測(cè)站坐標(biāo)一般需要迭代計(jì)算。2、GPS單點(diǎn)定位方法的實(shí)質(zhì)是空間距離后方交會(huì)觀測(cè)一個(gè)站星距離是：球面觀測(cè)兩個(gè)站星距離是：圓觀測(cè)三個(gè)站星距離是：兩點(diǎn)觀測(cè)四個(gè)站星距離是：一點(diǎn)3、精密單點(diǎn)定位特點(diǎn)：主要采用載波相位觀測(cè)值采用精密衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差數(shù)據(jù)采用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型定位精度：厘米級(jí)用途：全球高精度測(cè)量、衛(wèi)星定軌如果某個(gè)歷元觀測(cè)了顆衛(wèi)星則誤差方程個(gè)數(shù)為：未知數(shù)個(gè)數(shù)為：（4+）靜態(tài)情況下A個(gè)歷元里，每歷元均觀測(cè)了顆相同的衛(wèi)星誤差方程個(gè)數(shù)為：AX 未知數(shù)個(gè)數(shù)為：3+k+nkXn> 3+k+n）GPS單點(diǎn)定位的求解:P = «X，X）2 +（yS y）2 +（， y）2 +C-dt-CdT + 鼠萬：偽距觀測(cè)值 （xs,ys,z，j：衛(wèi)星坐標(biāo) （x,y,z）：測(cè)站坐標(biāo) 刈：接收機(jī)鐘差 dT:衛(wèi)星鐘差，加心：大氣引起的誤差已知：衛(wèi)星坐標(biāo)（x=ys,zs）衛(wèi)星鐘差誤差dT大氣誤差3aM求：測(cè)站坐標(biāo)（x,y,z）接收機(jī)鐘差以2、DOP值與定位精度：叫、“ =U