第七講衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)工作原理

1、第七講衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)工作原理第一頁，共21頁。授課內(nèi)容一、GNSS定位實質(zhì)二、GPS定位的幾何原理三、碼偽距單點定位四、載波相位單點定位2第二頁，共21頁。一、GNSS定位實質(zhì)已知數(shù)據(jù)：衛(wèi)星瞬時位置觀測數(shù)據(jù)：衛(wèi)星至接收機天線相位中心的距離待求值： 地面點（接收機所處位置的）的三維位置3第三頁，共21頁。二、GPS定位的幾何原理一個站星距離測站位于以衛(wèi)星為球心，站星距離為半徑的球面上4第四頁，共21頁。二、GPS定位的幾何原理兩個站星距離作兩個球面兩個球面相交為圓測站位于圓圈上5第五頁，共21頁。二、GPS定位的幾何原理三個站星距離作三個球面三個球面兩兩相交于兩點測站位于其中一點6第六頁，共2

2、1頁。二、GPS定位的幾何原理GPS單點定位方法的實質(zhì)是空間距離后方交會一個站星距離 = 球面兩個站星距離 = 圓三個站星距離 = 兩點三個站星距離 + 地球 = 一點第七頁，共21頁。S0( Xu,Yu,Zu)SVi三、碼偽距單點定位tsitubibu偽距 =c(tu+bu)-(tsi+ bsi)=c(tu -tsi) +bu- bsi)8第八頁，共21頁。S0( Xu,Yu,Zu)SVi三、碼偽距單點定位tsitubibu偽距 =c(tu+bu)-(tsi+ bsi)=c(tu -tsi) +bu- bsi)接收機標準GPS時衛(wèi)星鐘標準GPS時t星歷等效距離誤差電離層折射改正對流層折射改正

3、接收機噪聲誤差9第九頁，共21頁。觀測量衛(wèi)星位置測站位置改正數(shù)接收機鐘差思考題：為什么必須同時觀測至少4顆衛(wèi)星？10第十頁，共21頁。11第十一頁，共21頁。cbu=B測站的初始坐標向量初始坐標改正數(shù)向量測站至衛(wèi)星i方向余弦12第十二頁，共21頁。公式線性化形式為 坐標改正數(shù)的向量解 1.觀測4顆衛(wèi)星情況 13第十三頁，共21頁。2.觀測衛(wèi)星數(shù)為n時（n大于4） 通過最小二乘平差求解 誤差方程式的形式 14第十四頁，共21頁。2.觀測衛(wèi)星數(shù)為n時（n大于4） 通過最小二乘平差求解 誤差方程式的形式 15第十五頁，共21頁。 設在GPS標準時刻Ta衛(wèi)星Sj發(fā)射的載波信號相為 經(jīng)傳播延遲 后，在G

4、PS標準時刻Tb到達接收機。四、載波相位單點定位 16第十六頁，共21頁。 根據(jù)電磁波傳播原理，Tb時接收到的和Ta時發(fā)射的相位不變，即 ，而在Tb時,接收機本振產(chǎn)生的載波相位為 ,可知，在Tb時，載波相位觀測量為:公式3四、載波相位單點定位 17第十七頁，共21頁?？紤]到衛(wèi)星鐘差和接收機鐘差，有:則有: 對于衛(wèi)星鐘和接收機鐘，其振蕩器頻率一般穩(wěn)定良好，所以器信號的相位與頻率的關系可表示為 式中，f為信號頻率， 為微小時間間隔。 以2為單位。公式4公式5四、載波相位單點定位 18第十八頁，共21頁。 設fj為衛(wèi)星發(fā)射的載波頻率，fi為接收機本振產(chǎn)生的固定參考頻率，且 fi = fj =f，同時考慮到 Tb=Ta+，則有：綜合公式5、6，可以將4式改寫為：公式6公式7四、載波相位單點定位 19第十九頁，共21頁。 傳播延遲中考慮到電離層和對流層的影響1和2，則有： 其中，c為電磁波傳播速度，為衛(wèi)星到接收機之間的幾何距離。帶入公式7后有：