第五章 GS衛(wèi)星定位基本原理

第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理GPS測量原理及應(yīng)用

GPS測量原理及應(yīng)用

5.1概述GPS衛(wèi)星定位基本原理:衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計算求出接收機的三維位置，三維方向以及運動速度和時間信息。實際上是將衛(wèi)星作為動態(tài)空間已知點，利用距離交會的原理確定接收機的三維位置。5.1概述被動式有源無線電定位技術(shù)利用距離交會的原理確定接收機的三維位置及鐘差GPS測量原理及應(yīng)用

空間距離交會原理圖GPS測量原理及應(yīng)用

1、GPS定位的各種常用的觀測量L1載波相位觀測值L2載波相位觀測值調(diào)制在L1上的C/A-code偽距調(diào)制在L2上的P-code偽距Dopple(多普勒)觀測值(導(dǎo)航電文)GPS測量原理及應(yīng)用

5.1概述GPS信號構(gòu)成圖GPS測量原理及應(yīng)用

5.1概述2、對衛(wèi)星進行測距有關(guān)各觀測量及已知數(shù)據(jù)如下：

r—為已知的衛(wèi)地矢量P—為觀測量（偽距）R—為未知的測站點位矢量接收機對跟蹤的每一顆衛(wèi)星進行測距Rj=ri+Pij地心PijPj

riRjGPS測量原理及應(yīng)用

5.1概述3.GPS定位的分類●按定位方式分為：

●單點定位(偽距定位)

●相對定位（差分定位）

●按接收機的運動狀態(tài)分為：●動態(tài)定位●靜態(tài)定位

GPS測量原理及應(yīng)用

5.1概述5.1概述

單點定位就是根據(jù)一臺接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺以上接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進行相對定位。GPS測量原理及應(yīng)用

3.GPS定位的分類在定暗位觀凡測時跨，若賺接收勉機相摩對于梅地球季表面治運動侍，則解稱為動態(tài)軍定位；在定村位觀語測時嚇，若劇接收遙機相衰對于閉地球打表面蠻靜止駛，則坡稱為靜態(tài)雙定位。GPS測量甩原理禿及應(yīng)槽用5.紫1概述3.陽GP欠S定位會的分慘類偽距菠定義瓶：GP蝦S接收貍機對蔑測距哈碼的果量測努就可斥得到蜻衛(wèi)星撓到接傍收機燙的距哥離，涉由于向含有雜接收著機鐘惱的誤咸差、娘衛(wèi)星昌鐘的獎?wù)`差蠅及大執(zhí)氣傳爹播誤倒差，薯故稱愿為偽勢距。對C/忌A碼測巧得的厚偽距內(nèi)稱為C/態(tài)A碼偽糞距，焰精度龍約為20績-3堅0米左踢右，銷對P碼測翁得的磁偽距您稱為P碼偽獻距，紐奉精度低約為2-料10米左遣右。GPS測量姥原理植及應(yīng)感用5.直2偽距跌測量5.例2偽距衣測量單點粒定位絨解可井以理良解為燈一個空間良距離唯后方糕交會問題衛(wèi)星青充當(dāng)咬軌道葉上運憐動的漫控制煤點，夾觀測帝值為盞測站慣至衛(wèi)腸星的靠偽距暗（由煮時延范值推庸算得從到）由于摔接收滅機時詠鐘與喊衛(wèi)星吊鐘存喘在同鞏步誤紀(jì)差所以果要同帝步觀穴測4顆衛(wèi)居星，歲解算院四個權(quán)未知她參數(shù)錫：緯描度,經(jīng)度,高程h糠,鐘差t5.裙2.吐1偽距鳴測量GPS測量站原理魯及應(yīng)莊用偽距盲觀測鳴值的大計算接收呀機至永衛(wèi)星開的距桶離借幼助于鳳衛(wèi)星瓶發(fā)射偵的碼歪信號錯量測悠并計正算得辦到的接收饑機本隔身按雪同一敘公式值復(fù)制慣碼信霞號比較沈本機釣碼信贈號及聞到達菌的碼逼信號烘確定皆傳播怨延遲聽的時息間t傳播駝延遲趨時間灑乘以糠光速獎就是縱距離銀觀測羽值=C杠?t衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號

接收機時鐘復(fù)制的碼信號

ttGPS測量糕原理儉及應(yīng)膀用5.寬2偽距繞測量(1萬)為什問么要辯用碼纏相關(guān)活法來宰測定獄偽距利用凝碼相扭關(guān)技版術(shù)在扇自相肢關(guān)系歲數(shù)R(τ＇)=梁ma網(wǎng)x的情咱況下命來確總定信竹號的演傳播踩時間已，實痰際上皆就是姨根據(jù)董參加壺比對興的n個碼品來共拉同確乳定傳醬播時蹦間。榆自相稅關(guān)系我數(shù)最村大就籌意味給著從亡總體朵上講穿這兩旁組測類距碼淹已對抖得盡濱可能率的齊區(qū)了。命在這殖種情通況下棟測定猜的傳改播時評間，糟從某彈種意勾義上仆講就大是用n個標(biāo)殘志測紐奉定的薪信號顏傳播稱時間吹的平綢均值橫。這咽樣可漁以大量幅度鐵地消賺除各脊種隨午機誤帳差的歡影響籌，從柏而大沸大提滑高測擋定精部度。GPS測量策原理哀及應(yīng)猛用5.音2.特1偽距接測量(2渠)自相鼻關(guān)系鼠數(shù)的擁測定牛方法測定邀自相合關(guān)系爽數(shù)R(τ＇)的工津作由罪接收策機鎖劃相環(huán)自路中蛇的相關(guān)櫻器和積分辰器來完抗成。層自相胡關(guān)系感數(shù)R(τ＇)可以博用下師式來迷表示侮：GPS測量攏原理拔及應(yīng)悄用5.藏2偽距俗測量5.桃2.欄1偽距擾測量自相關(guān)關(guān)原宴理GPS測量虛原理島及應(yīng)陳用自相牙關(guān)系載數(shù)的退測定資方法其測勾量原止理如搜圖：由接柔收機生鎖相獨環(huán)路浪中的竹相關(guān)留器和讓積分偵器來頭完成о衛(wèi)星接收厲機α(輸t-飽τ)相關(guān)托器⊕積分蹲器時鐘cp碼發(fā)緣瑞生器α’(t顧+t)碼移遭位控屈制α‘(t盤+t-τ′)α(t)R(τ′)τ′GPS測量希原理樂及應(yīng)壓用5.離2.錘2偽距尖定位萄觀測挪方程考慮熊電離本層、遵對流予層、艦鐘差瘡影響卸有偽距逆定位虹基本友觀測證方程GPS測量勸原理秋及應(yīng)爐用5.埋3載波省相位稈測量5.幣3.古1載波陷相位負(fù)觀測顏值發(fā)自狠衛(wèi)星的電律磁波信號該：信號惕量測段精度詞優(yōu)于伐波長它的1/勵10室0載波層波長罰（L1=1窗9c僚m,L2=2薪4c笛m)比C/隸A碼波庸長(C/次A=席29海3m鼠)短得辰多所以渾，GP晉S測量高采用岡載波展相位凱觀測轎值可際以獲池得比嫁偽距栗（C/秋A碼或P碼）編定位頌高得蕩多的頁成果怪精度L1載波L2載波C/算A碼P-碼p=2拘9.沒3辱mL2=2京4盲cmL1=1燭9c汁mC/釣A=2蜻93揚mGPS測量坑原理刻及應(yīng)遞用5.嚇3.租2載波犯相位野觀測之方程載波辛相位防基本午觀測醫(yī)方程:考慮萌電離差層、臉對流艷層、肚鐘差別影響放有：GPS測量晉原理無及應(yīng)古用5.叫3.遮3整周來未知漆數(shù)N0的確風(fēng)定(1都/2寒)N(t0)=4

N(t0)=4

N(t0)=4

N(淡t0):未知眠的整顛周未語知數(shù)(ti):相位爹差的往小數(shù)反部分接收姐機記自錄綠色耐部分群為整擾周計果數(shù)接收去機記錄GPS測量偏原理刃及應(yīng)修用整周傍未知汪數(shù)N0的確夠定方制法（2/許2）偽距研法將偽癢距觀樣測值跳減去翻載波文相位績測量指的實親際觀攀測值(化為驗以距怕離為單暖位)后即冰可得引到λ×N0。將整案周未瓦知數(shù)鴿當(dāng)作燦平差納中的色待定旁參數(shù)——經(jīng)典督方法1)整數(shù)內(nèi)解短基否線測申量2)實數(shù)莊解魂長基線阻測量多普龍勒法(三差美法)將相擊鄰兩算個觀須測歷蔬元的備載波扁相位歇相減吼，消德去了禿整周目未知沈數(shù)N0，從而肯直接水解出終坐標(biāo)煙參數(shù)兄。常用來獲得未知帶參數(shù)屈的初械始值礙?？焖傺鄞_定猛整周哄未知馬數(shù)法這種布方法需對某做一置詢信區(qū)蜻間所代有整榆數(shù)組奪合一劫一進嗚行平囑差，酸取估值載的驗熊后方獸差或屋方差叼和為公最小蛛的一敏組整資周未陵知數(shù)蟲作為朋整周吉未知數(shù)缸的最也佳估路值。進行掙短基忘線定漠位時濾，利底用雙壇頻接或收機象只需廊觀測排一分四鐘便濁能成功同地確爛定整陷周未敏知數(shù)押。GPS測量錯原理蜜及應(yīng)夾用快速算確定館整周淋未知廢數(shù)法(1詢/4足)所有朵歷元雄雙差砍觀測鑰值組針成的蘇誤差軌方程神為：經(jīng)初作始平大差后焰，可轉(zhuǎn)以得抗到整會周模也糊度跑解的其協(xié)因數(shù)酸陣QNN和單筍位權(quán)甜驗后觸中誤晚差m0,雙差乒整周吹模糊含度經(jīng)過領(lǐng)初始倚平差丸后得界到的呼浮點牌解中索誤差mNi:GPS測量箱原理軍及應(yīng)游用上式虛中，tr,模1-鳳為顯芒著水厲平為α，自瓣由度突為r(雙差刺浮點扭解平逮差中步的多溉余觀揉測數(shù))的t分布油密度么函數(shù)看的雙摧尾α分位述值，當(dāng)顯著展水平α、自秋由度r確定袖以后膜，其值值可愛從分虜布表貧中查聞得。設(shè)Ci為印i的所厘有取困值可穩(wěn)能個悔數(shù)，糾則手(n個整勺周模辛糊度)快速變確定券整周仆未知淺數(shù)法(2騾/4你)由此降，在喝一定坊置信蜂水平1－α條件渾下，厘相應(yīng)東于任抄一整周殺模糊總度的霞置信陰區(qū)間層應(yīng)為:GPS測量殲原理逝及應(yīng)桃用快速殺確定哥整周資未知盼數(shù)法(3護/4蓋)將上稍述整驗周模早糊度齊的各影種可敲能組慮合依頭次作鐵為固固定值大，代辱入法奧方程中進鑄行平朵差計蝦算，洽求出罷其驗倍后單懂位權(quán)役中誤鎖差。求當(dāng)這絕一計候算過思程全興部完朋成后即，取釀其驗橡后單比位權(quán)賢中誤考差最贏小的崇那一起組未票知測孔站近下似坐勉標(biāo)改嫌正數(shù)熄為最考后結(jié)啞果，矩由此堂模糊防度也詳就求碼解出邪來了錢。這安一過津程稱鏡為相仆位模戲糊度猶的求秋解搜劣索過醋程。在這評一處次理過屠程中蕉，有忽兩個碎問題趟必須鉛考慮臟：第臟一，栽如何更判斷婦整周乞未知跡數(shù)的赤最后沾取值鉗是否鈴可靠口；第帝二，品怎樣沃才可狂能獲望得精姜確的葛整周孟未知幼數(shù)的遍最后晝?nèi)≈邓摹ｊP(guān)撇于前敗者，栽可以衫引入糾整周擱模糊葬度搜餃索因尸子Ra哨ti仔o來判析斷。Ra覽ti碑o定義投為驗?zāi)ê蠓嚼m(xù)差的映次最調(diào)小值棗與驗濾后方牢差的慘最小偷值之淹間的教比值恐。即GPS測量弓原理礎(chǔ)及應(yīng)傲用快速隊確定腔整周款未知償數(shù)法(4籌/4紙)很顯制然，Ra鑒ti邁o的值雄越大危，求區(qū)出的速整周淺未知顏數(shù)越歉可靠系。關(guān)有于后扛者，疤要延勤長接些收機畢的觀始測時究間。艇當(dāng)觀秋測數(shù)扶據(jù)足世夠多慘時，著初始誤平差錦后得斃到的口驗后若方差趙就小亭，一照方面甚減少滴了搜賣索整疲周未梁知數(shù)款最佳倡值的長時間