GPS衛(wèi)星定位原理及其應(yīng)用

1、2022-2-121GPS衛(wèi)星定位原理及其應(yīng)用 電磁波的傳播與GPS衛(wèi)星的信號(hào)2022-2-122GPS定位的基本觀測(cè)量GPS定位的基本觀測(cè)量 是觀測(cè)站（用戶接收機(jī)天線）到GPS衛(wèi)星（信號(hào)發(fā)射天線）的距離（或稱為信號(hào)傳播路徑）。 是通過測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)在該路徑上的傳播時(shí)間（時(shí)間延遲），或測(cè)定衛(wèi)星載波信號(hào)相位在該路徑上變化的周數(shù)（相位延遲）來導(dǎo)出的。tv 2022-2-123距離測(cè)定原理XllVl Xl lll2022-2-124距離測(cè)定原理XllVlXllllllllVVVllVlllXlX2022-2-125距離測(cè)定原理XllVlXllllVll2022-2-126距離測(cè)定原理XllVlXlll

2、lllllVVVllVlllXlX距離 = 傳播時(shí)間 x 光速2022-2-127電磁波傳播原理簡(jiǎn)述電磁波是一種隨時(shí)間 t變化的正弦（或余弦）波。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：)sin(0tAyeeA0初相角角頻率振幅00t0sineAy )sin(01tAyeeA2022-2-128電磁波傳播中常用公式的轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)其中TfvTtAyTtTff)(2sin21200002022-2-129大氣層對(duì)電磁波傳播的影響根據(jù)電磁波傳播的不同影響，一般可將大氣層分為：1.對(duì)流層 系指從地面上約40Km范圍內(nèi)的大氣底層。 對(duì)流層具有很強(qiáng)的對(duì)流作用，云、霧、雨、雪、風(fēng) 等主要天氣現(xiàn)象，均出現(xiàn)在其中，這些對(duì)電磁波的 傳播具

3、有很大的影響。2.電離層 約為地面上70Km以上的范圍。 由于太陽和其它天體的各種射線作用，使該層的大氣分子發(fā)生電離。從而具有密度較高的帶電粒子，對(duì)電磁波的傳播具有很大的影響。2022-2-1210對(duì)流層的處理辦法采用模型進(jìn)行改正。 將對(duì)流層大氣對(duì)電磁波的影響可以分為干分量和濕分量的聯(lián)合影響為水汽分壓為絕對(duì)溫度（）為大氣壓力（為觀測(cè)站的高程密切相關(guān)路徑上的大氣狀況濕度為濕分量，主要與傳播大氣壓力和溫度有關(guān)為干分量，主要與地面其中：02025)2.273)11000(1046512.7)16.273(72.1484013610552.1eCkTmbarPHHTeHTTPkTSSTkSTkkSSS

4、Swdwdwd2022-2-1211減弱對(duì)流層折射改正項(xiàng)殘差影響的主要措施1.盡可能充分地掌握觀測(cè)站周圍地區(qū)的實(shí)時(shí)氣象資料。2.利用水汽輻射計(jì)，準(zhǔn)確地測(cè)定電磁波傳播路徑上的水汽積累量，以便精確的計(jì)算大氣濕分量的改正項(xiàng)。3.利用相對(duì)定位的差分法來減弱對(duì)流層大氣折射的影響。4.完善對(duì)流層大氣折射改正模型。2022-2-1212電離層改正模型的總量。為信號(hào)傳播路徑上電子注： NfNfNff222128.4028.40212022-2-1213減弱電離層影響的措施1.利用兩種不同的頻率進(jìn)行觀測(cè)2212221122128.4028.40fffNfNffff212222021222222212222100

5、01112112211fffffffffffffffffffff2.兩觀測(cè)站同步觀測(cè)量求差2022-2-1214GPS衛(wèi)星的測(cè)距碼信號(hào)GPS衛(wèi)星所發(fā)射的信號(hào)包括： 載波信號(hào) P碼（或Y碼） C/A碼 數(shù)據(jù)碼（又稱作D碼）其中：C/A碼和P碼統(tǒng)稱為測(cè)距碼。2022-2-1215GPS衛(wèi)星信號(hào)的產(chǎn)生與構(gòu)成的要求1.適應(yīng)多用戶系統(tǒng)的要求2.滿足實(shí)時(shí)定位的要求3.滿足高精度定位的要求4.滿足軍事保密的要求2022-2-1216GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文（數(shù)據(jù)碼）導(dǎo)航電文主要包括： 1.與衛(wèi)星有關(guān)的星歷 2.衛(wèi)星的工作狀態(tài) 3.時(shí)間系統(tǒng) 4.衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài) 5.軌道攝動(dòng)改正 6.大氣攝動(dòng)改正 7.導(dǎo)航信息的數(shù)

6、據(jù)碼2022-2-1217GPS衛(wèi)星信號(hào)的構(gòu)成基 準(zhǔn) 頻 率10.23 MHzx 154x 120L11575.42 MHzL21227.60 MHzC/A 碼1.023 MHzP (Y) 碼10.23 MHzP (Y)-Code10.23 MHz/1050 bit/s衛(wèi) 星 信 悉 ( 狀 態(tài) 信 悉 和 星 歷 )每 個(gè) GPS 衛(wèi) 星 播 發(fā) 一 組 信 號(hào)每 組 信 號(hào) 包 括 兩 個(gè) 不 同 頻 率 的 載 波 信 號(hào) (L1 和 L2)、兩 個(gè) 不 同 的 測(cè) 距 碼 信 號(hào) (C/A 碼 調(diào) 制 在 L1 載 波 上，P 碼 或 Y 碼 同 時(shí) 調(diào) 制 在 L1 及 L2 載 波

7、 上) 以 及 衛(wèi) 星 的 軌 道 信 息2022-2-1218載波相位測(cè)距D = c TNn載 波 相 位 觀 測(cè)u載 波 L1 的 波 長(zhǎng) 為 19 cm ，L2 的 波 長(zhǎng)為 24 cm u接 收 儀 將 接 收 到 的 衛(wèi) 星 載 波 信 號(hào)的 相 位 與 其 自 身 產(chǎn) 生 的 參 考 載 波信 號(hào) 的 相 位 進(jìn) 行 比 較u接 收 儀 開 機(jī) 后，相 位 整 周 數(shù) 未 知 (帶 有 整 周 模 糊 度 )u跟 蹤 衛(wèi) 星 時(shí) 間 較 長(zhǎng) 時(shí) 距 離 的 變 化可 以 測(cè) 定 ( 整 周 數(shù) 保 持 不 變 )T接 收 到 的 衛(wèi) 星 相 位接 收 儀 復(fù) 制 出 的 相 位2022-2-1219測(cè)距碼偽距測(cè)定D = V (dT)n測(cè) 距 偽 隨 機(jī) 碼 n每 一 衛(wèi) 星 播 發(fā) 一 個(gè) 偽 隨 機(jī) 測(cè) 距 碼 信 號(hào)，該 信 號(hào) 大 約 每 1 毫 秒 播 發(fā) 一 次u接 收 儀 同 時(shí) 復(fù) 制 出 一 個(gè) 同 樣 結(jié) 構(gòu)的 信 號(hào) 并 與 接 收 到 的 衛(wèi) 星