GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理課件

GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

11.

GPS的產(chǎn)生、發(fā)展及前景2GPS是什么？3GPS的英文全稱是NAVSTARGlobalPositionSystem，簡(jiǎn)稱GPS,其意為“導(dǎo)航星測(cè)時(shí)與測(cè)距全球定位系統(tǒng)”,或簡(jiǎn)稱全球定位系統(tǒng)。NAVSTAR:NAVigationSatellite(Signal,System)TimingAndRanging?GPS是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性（陸地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)的功能。能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。常規(guī)（地面）定位方法采用的儀器設(shè)備尺：銦鋼尺光學(xué)與數(shù)字儀器：經(jīng)緯儀，水準(zhǔn)儀電磁波或激光儀器：測(cè)距儀綜合多種技術(shù)的儀器：全站儀觀測(cè)值角度或方向觀測(cè)距離觀測(cè)高差觀測(cè)天文觀測(cè)方法4常規(guī)定位方法的局限性需要事先布設(shè)大量的地面控制點(diǎn)/地面站（多于GPS，why？）觀測(cè)點(diǎn)之間需要保證通視需要修建覘標(biāo)/架設(shè)高大的天線邊長(zhǎng)受到限制觀測(cè)難度大效率低：無(wú)用的中間過(guò)渡點(diǎn)觀測(cè)受氣候、環(huán)境條件限制受系統(tǒng)誤差影響大，如地球旁折光難以確定地心坐標(biāo)無(wú)法同時(shí)精確確定點(diǎn)的三維坐標(biāo)5子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性系統(tǒng)簡(jiǎn)介NNSS–NavyNavigationSatelliteSystem（海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)），由于其衛(wèi)星軌道為極地軌道，故也稱為Transit（子午衛(wèi)星系統(tǒng)），采用多普勒效應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)航定位，也被稱為多普勒定位系統(tǒng)美國(guó)研制、建立1958年12月至1964年1月建成1967年7月解密供民用，總用戶9.5萬(wàn)，軍方650（<1%）6子午衛(wèi)星子午衛(wèi)星星座子午衛(wèi)星系統(tǒng)及其局限性系統(tǒng)組成空間部分衛(wèi)星：發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)（信號(hào)：4.9996MHz

30=149.988MHz；4.9996MHz

80=399.968MHz；星歷）衛(wèi)星星座–由6顆衛(wèi)星構(gòu)成，6軌道面，軌道高度1075km地面控制部分包括：跟蹤站、計(jì)算中心、注入站、控制中心和海軍天文臺(tái)用戶部分多普勒接收機(jī)7大地測(cè)量多普勒接收機(jī)-1（MX1502）大地測(cè)量多普勒接收機(jī)-2（CMA751）子午衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用及精度應(yīng)用領(lǐng)域海上船舶的定位大地測(cè)量精度單點(diǎn)定位：15次合格衛(wèi)星通過(guò)（兩次通過(guò)之間的時(shí)間間隔為0.8h~1.6h），精度約為10m聯(lián)測(cè)定位：各站共同觀測(cè)17次合格衛(wèi)星通過(guò)，精度約為0.5m8多普勒聯(lián)測(cè)定位多普勒單點(diǎn)定位子午衛(wèi)星系統(tǒng)的局限性系統(tǒng)缺陷衛(wèi)星少，觀測(cè)時(shí)間和間隔時(shí)間長(zhǎng)不是一個(gè)連續(xù)的、獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航定位精度低衛(wèi)星信號(hào)頻率低，不利于補(bǔ)償電離層折射效應(yīng)的影響衛(wèi)星軌道低，難以進(jìn)行精密定軌9TRANSIT系統(tǒng)衛(wèi)星：6顆極地軌道軌道高度：1075km信號(hào)頻率：400MHz、150MHz絕對(duì)定位精度：1m相對(duì)定位精度：0.1m~0.5m定位原理：多普勒定位存在問(wèn)題：衛(wèi)星少，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位；軌道低，難以精密定軌；頻率低，難以消除電離層影響。子午衛(wèi)星的局限性導(dǎo)致GPS的產(chǎn)生GPS的發(fā)展簡(jiǎn)史：方案論證階段1973年12月，美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)研制GPS1978年2月22日，第1顆GPS試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射成功1973-1979：共發(fā)射了4顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。

10GPS的發(fā)展簡(jiǎn)史：全面研制和試驗(yàn)階段1979-1987：陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

11GPS的發(fā)展簡(jiǎn)史：實(shí)用組網(wǎng)階段1989年2月14日，第1顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功。1991年，在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，GPS首次大規(guī)模用于實(shí)戰(zhàn)。1993年底實(shí)用的GPS網(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。1995年7月17日，GPS達(dá)到FOC–完全運(yùn)行能力（FullOperationalCapability）。12GPSOverview建立國(guó)家:美國(guó)目的：在全球范圍內(nèi)提供實(shí)時(shí)、連續(xù)、全天候的導(dǎo)航定位及授時(shí)服務(wù)開(kāi)始籌建時(shí)間：1973年完全建成時(shí)間：1995年系統(tǒng)構(gòu)成：空間部分、地面控制部分、用戶部分服務(wù)方式：由多顆衛(wèi)星所組成的衛(wèi)星星座提供導(dǎo)航定位服務(wù)定位原理：距離交會(huì)測(cè)距原理：被動(dòng)式電磁波測(cè)距特點(diǎn)：全球覆蓋、全天候、不間斷、精度高132.GPS在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用14GPS的應(yīng)用：軍事15美國(guó)海軍核潛艇

GPS的應(yīng)用：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16電臺(tái)監(jiān)視屏計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)視GPS的應(yīng)用：測(cè)繪17全球IGS跟蹤站分布圖GPS的應(yīng)用：測(cè)繪18GPS的應(yīng)用：測(cè)繪19GPS的應(yīng)用：測(cè)繪20GPS的應(yīng)用：測(cè)繪在航空攝影測(cè)量、地籍測(cè)量、海洋測(cè)量中的應(yīng)用21GPS的應(yīng)用：地球物理22GPS的應(yīng)用：地球物理23GSRM上次課程主要內(nèi)容回顧什么是GPS子午衛(wèi)星系統(tǒng)（了解）GPS的應(yīng)用24GPS的應(yīng)用：地球物理25GPS的應(yīng)用：地球物理26GPS的應(yīng)用：地球物理27GPS的應(yīng)用：地球物理28Wrightetal.,GRL,2012(2011Tohoku-OkiEarthquake)GPS的應(yīng)用：地球物理29Changetal.,GRL,2010GPS的應(yīng)用：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)30GPS的應(yīng)用：精密定軌31GPS的應(yīng)用：大氣科學(xué)32A地基GPS大氣探測(cè)GPS掩星（空基GPS探測(cè)）GPS在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用資源勘探個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)電力、廣播、電視、通訊等網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步、時(shí)間傳遞….333.美國(guó)政府的GPS政策34美國(guó)政府的GPS政策SPS與PPSSPS–

標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)使用C/A碼，民用2DRMS水平=100m2DRMS垂直=150-170m2DRMS時(shí)間=340nsPPS–

精密定位服務(wù)可使用P碼，軍用2DRMS水平=22m2DRMS垂直=27.7m2DRMS時(shí)間=200ns35美國(guó)政府的GPS政策SA技術(shù)（1990.3.25-2000.5.1）SelectiveAvailability–選擇可用性人為降低普通用戶的測(cè)量精度。ε技術(shù)：降低星歷精度（加入隨機(jī)變化）δ技術(shù)：衛(wèi)星鐘加高頻抖動(dòng) （短周期，快變化）AS技術(shù)（1994.1.31-至今）Anti-Spoofing–反電子欺騙P碼加密，P+W

Y36GPS現(xiàn)代化1999年1月25日，美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栃?，將斥資40億美元，進(jìn)行GPS現(xiàn)代化。GPS現(xiàn)代化實(shí)質(zhì)是要加強(qiáng)GPS對(duì)美軍現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中的支撐和保持全球民用導(dǎo)航領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)地位。37GPS現(xiàn)代化GPS現(xiàn)代化的內(nèi)涵：保護(hù)：即GPS現(xiàn)代化是為了更好地保護(hù)美方和友好方的使用，要發(fā)展軍碼和強(qiáng)化軍碼的保密性能，加強(qiáng)抗干擾能力；阻止：即阻擾敵對(duì)方的使用，施加干擾，施加SA，AS等；保持：即是保持在有威脅地區(qū)以外的民用用戶有更精確更安全的使用。384.其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的概況39其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)：GLONASSGLONASS－GLObalNAvigationSatelliteSystem（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）開(kāi)發(fā)者:俄羅斯（前蘇聯(lián)）系統(tǒng)構(gòu)成衛(wèi)星星座地面控制部分用戶設(shè)備40GLONASS與GPS的比較參數(shù)GLONASSNAVSTARGPS系統(tǒng)中的衛(wèi)星數(shù)21＋321＋3軌道平面數(shù)36軌道傾角64.8°55°軌道高度19100km20180km軌道周期（恒星時(shí)）11h15min12h衛(wèi)星信號(hào)的區(qū)分FDMACDMAL1頻率1602~1615MHz頻道間隔0.5625MHz1575MHzL2頻率1246~1256MHz頻道間隔0.4375MHz1228MHz41其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)：GLONASS衛(wèi)星運(yùn)行狀況從1982年10月12日發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星起，至1995年12月14日共發(fā)射了73顆衛(wèi)星。由于衛(wèi)星壽命過(guò)短，加之俄羅斯前一段時(shí)間經(jīng)濟(jì)狀況欠佳，無(wú)法及時(shí)補(bǔ)充新衛(wèi)星，故該系統(tǒng)不能維持正常工作。目前，GLONASS系統(tǒng)的境況有所改善，目前，在軌能正常工作的GLONASS衛(wèi)星共有19顆，不過(guò)仍然無(wú)法提供全球全天候的服務(wù)。

42其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)：Galileo伽俐略（Galileo）衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)2002年3月24日歐盟決定研制組建自己的民用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——Galileo系統(tǒng)。Galileo衛(wèi)星星座將由27顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，這30顆衛(wèi)星將均勻分布在3個(gè)軌道平面上，衛(wèi)星高度為23616km，軌道傾角為56°。Galileo系統(tǒng)是一種多功能的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有公開(kāi)服務(wù)、安全服務(wù)、商業(yè)服務(wù)和政府服務(wù)等功能，但只有前兩種服務(wù)是自由公開(kāi)的，后兩種服務(wù)則需經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)后才能使用。43其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)：Galileo44theGalileosatelliteconstellation

其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)：Galileo2005年12月28日第一顆Galileo試驗(yàn)衛(wèi)星（GalileoIn-OrbitValidationElements--GlOVE-A）成功進(jìn)入高度為2.3萬(wàn)Km的預(yù)定軌道。2006年1月12日，GlOVE-A已開(kāi)始向地面發(fā)送信號(hào)。這標(biāo)志著總投資為34億歐元（約合41億美元）的計(jì)劃已進(jìn)入實(shí)施階段。伽利略系統(tǒng)建成后，美歐兩大相互兼容的導(dǎo)航定位系統(tǒng)將大大有助于提供導(dǎo)航定位的精度和可靠性。45其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

我國(guó)自行研制的兩顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星分別于2000年10月31日和12月20日從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空并準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定的地球同步軌道（東經(jīng)80o和140o的赤道上空），此外另一顆備用衛(wèi)星也被送入預(yù)定軌道（東經(jīng)110.5o的赤道上空），標(biāo)志著我國(guó)擁有了自己的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)——BD–1。46其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”系統(tǒng)是由空間衛(wèi)星、地面控制中心站和北斗用戶終端三部分構(gòu)成。空間部分包括兩顆地球同步軌道衛(wèi)星（GEO）組成。衛(wèi)星上帶有信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)裝置，完成地面控制中心站和用戶終端之間的雙向無(wú)線電信號(hào)的中繼任務(wù)。47北斗1代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成圖其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)48用戶終端分為定位通信終端集團(tuán)用戶管理站終端差分終端校時(shí)終端等其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)不同，所有用戶終端位置的計(jì)算都是在地面控制中心站完成。因此，控制中心可以保留全部北斗終端用戶機(jī)的位置及時(shí)間信息。同時(shí)，地面控制中心站還負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控管理。與GPS、GLONASS、Galileo等國(guó)外的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，BD–1有自己的優(yōu)點(diǎn)。如投資少，組建快；具有通信功能；捕獲信號(hào)快等。但也存在著明顯的不足和差距，如用戶隱蔽性差；無(wú)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、能耗大等。49其它衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BD–2為了使我國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的性能有實(shí)質(zhì)性的提高，中央已決定研制組建第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（BD–2）。從導(dǎo)航體制、測(cè)距方法、衛(wèi)星星座、信號(hào)結(jié)構(gòu)及接收機(jī)等方面進(jìn)行全面改進(jìn)。衛(wèi)星星座計(jì)劃由GEO衛(wèi)星，IGSO衛(wèi)星和MEO衛(wèi)星組成。此項(xiàng)工作將成為”十一五”期間的一項(xiàng)重要工作，目前已經(jīng)發(fā)射了11顆衛(wèi)星。50北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)51研制生產(chǎn)5顆GEO衛(wèi)星和30顆Non-GEO衛(wèi)星，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用CZ-3A系列運(yùn)載火箭發(fā)射共35顆衛(wèi)星，西安衛(wèi)星測(cè)控中心提供衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)與運(yùn)行測(cè)控支持。

2012年形成區(qū)域無(wú)源服務(wù)能力2020年形成全球無(wú)源服務(wù)能力北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)52空間段：由5顆GEO衛(wèi)星和30顆Non-GEO衛(wèi)星組成Non-GEO衛(wèi)星GEO衛(wèi)星星座地面控制部分：由主控站、上行注入站和監(jiān)測(cè)站組成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)53北斗系統(tǒng)地面段系統(tǒng)組成：用戶段：由北斗用戶終端以及與其它GNSS兼容的終端組成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)54北斗系統(tǒng)的用戶終端

信號(hào)特征

工作頻段B1:1559.052~1591.788MHzB2:1166.22~1217.37MHzB3:1250.618~1286.423MHz時(shí)間星座信號(hào)（實(shí)際發(fā)射）2012年5GEO+5IGSO+4MEO區(qū)域服務(wù)2020年5GEO+3IGSO+27MEO全球服務(wù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)55GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

第二章：時(shí)間系統(tǒng)與坐標(biāo)系統(tǒng)561.有關(guān)時(shí)間系統(tǒng)的一些基本概念57時(shí)間是什么？是事物存在或延續(xù)的過(guò)程與長(zhǎng)度、質(zhì)量一同稱為宏觀物質(zhì)世界的三個(gè)基本量是四維空間中的一維具有絕對(duì)和相對(duì)兩方面的特性時(shí)刻（歷元）時(shí)間間隔58時(shí)間系統(tǒng)-規(guī)定時(shí)間測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)的要素：參考基準(zhǔn)（起點(diǎn)）、尺度時(shí)間系統(tǒng)：由定義和相應(yīng)的規(guī)定從理論上進(jìn)行闡述時(shí)間系統(tǒng)框架：通過(guò)守時(shí)、授時(shí)以及時(shí)間頻率測(cè)量和比對(duì)技術(shù)在全球范圍內(nèi)或某一區(qū)域內(nèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)和維持統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)。59時(shí)間基準(zhǔn)作為時(shí)間尺度的基準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)需要滿足的條件：周期性運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)周期十分穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)周期具有復(fù)現(xiàn)性不同時(shí)間系統(tǒng)的產(chǎn)生采用不同的原點(diǎn)和尺度60時(shí)間系統(tǒng)的建立常用建立時(shí)間基準(zhǔn)的基礎(chǔ)古代：燃香、沙漏近代：擺現(xiàn)代地球自轉(zhuǎn)（世界時(shí)時(shí)間基準(zhǔn)，10e-8）行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)（歷書時(shí)時(shí)間基準(zhǔn)，10e-10）電子、原子的諧波振蕩（原子時(shí)時(shí)間基準(zhǔn)，10e-14）時(shí)間系統(tǒng)的類型世界時(shí)（UT）、歷書時(shí)（DT）、原子時(shí)（AT）61守時(shí)與授時(shí)守時(shí)：用來(lái)建立和／或維持時(shí)間頻率基準(zhǔn)，確定任一時(shí)刻的時(shí)間。評(píng)價(jià)系統(tǒng)內(nèi)不同時(shí)鐘的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度使用多臺(tái)鐘建立和維持時(shí)間系統(tǒng)框架授時(shí)通過(guò)媒介將時(shí)間系統(tǒng)所維持的時(shí)間信息和頻率信息傳遞給用戶62時(shí)鐘的主要技術(shù)指標(biāo)頻率準(zhǔn)確度（系統(tǒng)誤差）振蕩器所產(chǎn)生的實(shí)際震蕩頻率與其理論值之間的相對(duì)偏差反映鐘速是否正確頻率飄移率（頻漂）（系統(tǒng)誤差）頻率準(zhǔn)確度在單位時(shí)間內(nèi)的變化量反映鐘速的變化率（老化率）頻率穩(wěn)定度（隨機(jī)誤差）反映頻標(biāo)在一定時(shí)間間隔內(nèi)所輸出的平均頻率的隨機(jī)變化程度632.恒星時(shí)與太陽(yáng)時(shí)64世界時(shí)系統(tǒng)世界時(shí)系統(tǒng)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)以地球自轉(zhuǎn)作為時(shí)間基準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng)不同類型世界時(shí)的產(chǎn)生由于觀測(cè)地球自轉(zhuǎn)所選的參考點(diǎn)不同，形成了不同的世界時(shí)恒星時(shí)：真恒星時(shí)、平恒星時(shí)太陽(yáng)時(shí)：真太陽(yáng)時(shí)、平太陽(yáng)時(shí)在平太陽(yáng)時(shí)的基礎(chǔ)上，又定義了民用時(shí)和UT65恒星時(shí)（SiderealTime）參考點(diǎn)春分點(diǎn)尺度定義春分點(diǎn)兩次經(jīng)過(guò)地方上子午圈（上中天）的時(shí)間間隔為一恒星日。并由此派生出“時(shí)”、“分”、“秒”等單位。數(shù)值定義春分點(diǎn)相對(duì)于本地上子午圈的時(shí)角恒星時(shí)屬于地方時(shí)66真恒星時(shí)與平恒星時(shí)真恒星時(shí)（GAST）：參考點(diǎn)為瞬時(shí)真春分點(diǎn)平恒星時(shí)（GMST）：參考點(diǎn)為瞬時(shí)平春分點(diǎn)真恒星時(shí)與平恒星時(shí)的關(guān)系67太陽(yáng)時(shí)（SolarTime）參考點(diǎn)：太陽(yáng)中心尺度定義太陽(yáng)中心連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)地方上子午圈（上中天）的時(shí)間間隔為一太陽(yáng)日。并由此派生出“時(shí)”、分“、“秒”等單位。數(shù)值定義太陽(yáng)中心相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角，中午為0h，子夜為12h太陽(yáng)時(shí)屬于地方時(shí)68真太陽(yáng)時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)真太陽(yáng)時(shí)參考點(diǎn)：太陽(yáng)中心尺度定義：太陽(yáng)中心連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)當(dāng)?shù)厣献游缛Φ臅r(shí)間間隔為一個(gè)真太陽(yáng)日。數(shù)值定義：太陽(yáng)中心相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角，中午為0h，子夜為12h特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：容易測(cè)定缺點(diǎn)：尺度不穩(wěn)定（由于地球繞日公轉(zhuǎn)時(shí)的速度不同，以及黃赤交角的存在，導(dǎo)致不同時(shí)間的真太陽(yáng)時(shí)時(shí)長(zhǎng)不同）69真太陽(yáng)時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)平太陽(yáng)時(shí)參考點(diǎn)：平太陽(yáng)的中心尺度定義：平太陽(yáng)中心連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)當(dāng)?shù)厣献游缛Φ臅r(shí)間間隔為一個(gè)平太陽(yáng)日。數(shù)值定義：平太陽(yáng)中心相對(duì)于本地子午圈的時(shí)角，中午為0h，子夜為12h特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：尺度穩(wěn)定平太陽(yáng)：在赤道上作勻速運(yùn)動(dòng)的假想太陽(yáng)，其速度等于真太陽(yáng)周年視運(yùn)動(dòng)的平均速度70恒星時(shí)與太陽(yáng)時(shí)假定遙遠(yuǎn)的恒星與平太陽(yáng)首次在某時(shí)刻通過(guò)當(dāng)?shù)厣献游缛?，由于地球既在自轉(zhuǎn)又在繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，因此，當(dāng)該恒星第二次通過(guò)當(dāng)?shù)厣献游缛r(shí)，地球還要自轉(zhuǎn)一個(gè)角度，才能使平太陽(yáng)第二次通過(guò)當(dāng)?shù)厣献游缛?，也就是說(shuō)，恒星時(shí)日長(zhǎng)比太陽(yáng)時(shí)日長(zhǎng)短：一個(gè)恒星日＝一個(gè)平太陽(yáng)日–3m55.909s71世界時(shí)（UniversalTime）定義：格林尼治零子午線（本初子午線）處的民用時(shí)稱為世界時(shí)。UT0、UT1、UT2問(wèn)題的引出：極移和地球自轉(zhuǎn)的不均勻（長(zhǎng)期趨勢(shì)變緩，且存在短周期變化和季節(jié)性變化）UT0：未改正的世界時(shí)UT1：引入極移改正的世界時(shí)UT2：引入極移改正和地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)改正的世界時(shí)72民用時(shí)使用平太陽(yáng)時(shí)的不便之處平太陽(yáng)時(shí)從正午算起，同一白天日期不同民用時(shí)啟用時(shí)間：1925民用時(shí)的定義：mc=m+12h733.原子時(shí)、協(xié)調(diào)世界時(shí)與GPS時(shí)74原子時(shí)系統(tǒng)（AtomicTime）提出原子時(shí)的必要性需要穩(wěn)定度和精度更高的時(shí)間基準(zhǔn)秒長(zhǎng)定義1967年10月，第十三屆國(guó)際度量衡大會(huì)通過(guò)：位于海平面上的銫133原子基態(tài)在零磁場(chǎng)中在兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷，所產(chǎn)生輻射振蕩9192631770周所持續(xù)的時(shí)間為1原子時(shí)秒。起點(diǎn)定義：原本規(guī)定AT于UT2在1958年1月1日0h相同，但實(shí)際相差0.0039秒。75國(guó)際原子時(shí)（TempsAtomiqueInternational）建立時(shí)間：1971，國(guó)際時(shí)間局建立確定方法：現(xiàn)在由國(guó)際計(jì)量局（BIPM）依據(jù)全球約60個(gè)時(shí)間實(shí)驗(yàn)室中大約240臺(tái)自由運(yùn)轉(zhuǎn)的原子鐘所給出的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理給出。76協(xié)調(diào)世界時(shí)（UniversalTimeCoordinated）建立UTC的原因：滿足高精度時(shí)間間隔測(cè)量的要求時(shí)刻與UT基本一致定義秒長(zhǎng)與AT相同通過(guò)跳（閏）秒，與UT的差值保持在0.9秒內(nèi)（通常在6月30日24h或12月31日24h進(jìn)行跳秒）正閏秒（增加1秒）與負(fù)閏秒（減少1秒）77GPS時(shí)（GPSTime）說(shuō)明GPS系統(tǒng)所采用的時(shí)間系統(tǒng)定義秒長(zhǎng)采用原子時(shí)秒長(zhǎng)，連續(xù)計(jì)時(shí)，1980年1月6日0h與UTC重合TAI與GPST的關(guān)系：TAI–GPST=19s784.建立在相對(duì)論框架下的時(shí)間系統(tǒng)79力學(xué)時(shí)系統(tǒng)（DynamicTime）定義：在天體運(yùn)動(dòng)方程中，時(shí)間T是一個(gè)獨(dú)立的變量，根據(jù)行星在太陽(yáng)系中的運(yùn)動(dòng)所得到的時(shí)間T所定義的時(shí)間被稱為力學(xué)時(shí)。類型歷書時(shí)（ET）地球力學(xué)時(shí)（TDT）太陽(yáng)系質(zhì)心力學(xué)時(shí)（TDB）80上次課程主要內(nèi)容回顧美國(guó)的GPS政策GPS現(xiàn)代化的內(nèi)涵（保護(hù)、阻止、保持）其他衛(wèi)星定位系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)（世界時(shí)、力學(xué)時(shí)、原子時(shí)）815.GPS中涉及的一些長(zhǎng)時(shí)間計(jì)時(shí)方法82時(shí)間與衛(wèi)星導(dǎo)航定位的關(guān)系計(jì)算衛(wèi)星位置、速度計(jì)算衛(wèi)星到接收機(jī)天線之間的距離83時(shí)間標(biāo)示法：歷法時(shí)間標(biāo)示法建立在時(shí)間系統(tǒng)之上的時(shí)間表達(dá)方式歷法（日歷表示法）表示方法：年、月、日、時(shí)、分、秒?；A(chǔ)：建立在地球繞日公轉(zhuǎn)、月球繞地公轉(zhuǎn)等特點(diǎn)：反映季節(jié)變化，與日常生活密切相關(guān)；非連續(xù)，不利于數(shù)學(xué)表達(dá)。84時(shí)間標(biāo)示法：儒略日儒略日（JulianDate）定義：是指從公元前4713年1月1日正午開(kāi)始的天數(shù)。提出：由J.J.Scaliger在1583年提出的，所以該系統(tǒng)的名稱源自JuliusScaliger（注意，不是JuliusCaesar）。特點(diǎn)：連續(xù)的，利于數(shù)學(xué)表達(dá)；不直觀。85時(shí)間標(biāo)示法：簡(jiǎn)化儒略日簡(jiǎn)化儒略日（ModifiedJulianDate-MJD）定義：從儒略日中減去2,400,000.5天來(lái)得到，給出的是從1858年11月17日子夜開(kāi)始的天數(shù)。特點(diǎn)：連續(xù)的，利于數(shù)學(xué)表達(dá)，數(shù)值比儒略日小。86時(shí)間標(biāo)示法：年積日與GPS時(shí)年積日定義：從當(dāng)年1月1日開(kāi)始的天數(shù)。GPS時(shí)定義：以1980年1月6日子夜為起點(diǎn)，用周數(shù)和周內(nèi)的秒數(shù)來(lái)表示。87日歷時(shí)間與儒略日的轉(zhuǎn)換由日歷時(shí)間轉(zhuǎn)換到儒略日88日歷時(shí)間與儒略日的轉(zhuǎn)換由儒略日轉(zhuǎn)換到日歷時(shí)間89日歷時(shí)間與GPS時(shí)間的轉(zhuǎn)換由日歷時(shí)間轉(zhuǎn)換到GPS時(shí)間（兩步）第一步：計(jì)算GPS周第二步：計(jì)算一周內(nèi)的秒數(shù)由GPS時(shí)間轉(zhuǎn)換到日歷時(shí)間（兩步）第一步：由GPS時(shí)間轉(zhuǎn)換到儒略日第二步：由儒略日轉(zhuǎn)換到日歷時(shí)間90年積日的計(jì)算儒略日轉(zhuǎn)換到年積日第一步：計(jì)算出日歷時(shí)間第二步：計(jì)算出當(dāng)年1月1日的儒略日第三步：兩個(gè)儒略日求差加1，得出年積日年積日轉(zhuǎn)換到儒略日第一步：計(jì)算出當(dāng)年1月1日的儒略日J(rèn)D1第二步：年積日加JD1減1得儒略日GPS時(shí)與年積日間的相互轉(zhuǎn)換參照上面方法進(jìn)行91GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

第三章：GPS的組成及信號(hào)結(jié)構(gòu)921.全球定位系統(tǒng)的組成93GPS的系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)由三部分組成空間部分

SpaceSegment地面部分GroundSegment用戶部分UserSegment94用戶部分主控站USCG空間部分地面天線GPS的系統(tǒng)組成：空間部分95GPS衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)星座：21+321顆正式工作衛(wèi)星+3顆活動(dòng)的備用衛(wèi)星

6個(gè)軌道面，平均軌道高度20200km，軌道傾角55

，周期11h58min（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）保證在每天24小時(shí)的任何時(shí)刻，在高度角15

以上，能夠同時(shí)觀測(cè)到4顆以上衛(wèi)星當(dāng)前星座：31顆GPS的系統(tǒng)組成：空間部分96GPS的系統(tǒng)組成：空間部分GPS衛(wèi)星的地面軌跡97GPS的系統(tǒng)組成：空間部分GPS衛(wèi)星

作用：接收、存儲(chǔ)來(lái)自地面控制系統(tǒng)的導(dǎo)航電文在原子鐘的控制下生成用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（測(cè)距碼、載波）采用二進(jìn)制相位調(diào)制法將測(cè)距碼和導(dǎo)航電文調(diào)制在載波上發(fā)送給用戶按照地面控制系統(tǒng)的命令調(diào)整軌道、調(diào)整衛(wèi)星鐘等。其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測(cè)核暴等。主要設(shè)備太陽(yáng)能電池板原子鐘（2臺(tái)銫鐘、2臺(tái)銣鐘）信號(hào)生成與發(fā)射裝置98GPS的系統(tǒng)組成：空間部分GPS衛(wèi)星類型試驗(yàn)衛(wèi)星：BlockⅠ也稱原型衛(wèi)星，重774kg（包括310kg燃料），設(shè)計(jì)壽命5年。1978-1985年共發(fā)射了11顆試驗(yàn)衛(wèi)星（第七顆失?。?995年最后一顆試驗(yàn)衛(wèi)星停止工作工作衛(wèi)星：BlockⅡ99GPS的系統(tǒng)組成：空間部分GPS衛(wèi)星類型試驗(yàn)衛(wèi)星：BlockⅠ工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡ：9顆，重1.5t，設(shè)計(jì)壽命7.5年。存儲(chǔ)星歷能力為14天，具有SA和AS能力。BlockⅡA（Advanced）：19顆，重1.7t，設(shè)計(jì)壽命7.5年。衛(wèi)星間可相互通信，存儲(chǔ)星歷能力為180天，SV35和SV36帶有激光反射棱鏡。BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：設(shè)計(jì)壽命10年，衛(wèi)星間可相互跟蹤、相互通信。BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS衛(wèi)星,增設(shè)第三民用頻率。2010/5/28發(fā)射第一顆，2011/7/16發(fā)射第二顆IIF衛(wèi)星。100GPS的系統(tǒng)組成：空間部分101BlockIIRBlockIIABlockIIABlockIIRBlockIIFBlockIIRGPS的系統(tǒng)組成：地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控部分（GroundSegment）組成主控站：1個(gè)監(jiān)測(cè)站：17個(gè)注入站：3個(gè)通訊與輔助系統(tǒng)102GPS的系統(tǒng)組成：地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控部分的分布103GPS的系統(tǒng)組成：地面監(jiān)控部分主控站（1個(gè)）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)航電文，送往注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星衛(wèi)星維護(hù)與異常情況的處理。地點(diǎn)：美國(guó)科羅拉多州法爾孔空軍基地104GPS的系統(tǒng)組成：地面監(jiān)控部分監(jiān)測(cè)站（17個(gè)）作用：對(duì)視場(chǎng)中的GPS進(jìn)行偽距測(cè)量采集氣象信息對(duì)偽距觀測(cè)值進(jìn)行改正后再進(jìn)行編輯、平滑和壓縮，然后傳給主控站105GPS的系統(tǒng)組成：地面監(jiān)控部分注入站（3個(gè)）作用： 將導(dǎo)航電文注入GPS衛(wèi)星。地點(diǎn)： 阿松森群島（大西洋）、迪戈加西亞（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋）106GPS的系統(tǒng)組成：地面監(jiān)控部分GPS地面系統(tǒng)被戰(zhàn)爭(zhēng)摧毀怎么辦？自主導(dǎo)航（利用衛(wèi)星間進(jìn)行多普勒測(cè)量和偽距測(cè)量，180天星歷的URA值從5000m提高到6m）。107GPS的系統(tǒng)組成：用戶部分組成用戶接收設(shè)備接收設(shè)備GPS信號(hào)接收機(jī)其它儀器設(shè)備108GPS的系統(tǒng)組成：用戶部分組成用戶接收設(shè)備接收設(shè)備GPS信號(hào)接收機(jī)其它儀器設(shè)備109GPS的系統(tǒng)組成：用戶部分GPS信號(hào)接收機(jī)組成天線單元前置放大器接收天線接收單元信號(hào)通道存儲(chǔ)器微處理器輸入輸出設(shè)備電源110天線單元接收單元天線相位中心定義無(wú)線電天線發(fā)射或接收信號(hào)的點(diǎn)特性L1和L2的相位中心不同天線相位中心的變化隨信號(hào)方向（高度角、方位角）、信號(hào)強(qiáng)度變化表示方法采用平均相位中心及由相位中心的變化所引起的相位觀測(cè)值的改正兩部分來(lái)表示111消除天線平均相位中心偏差的影響歸心改正法X標(biāo)石中心=X平均相位中心-r*cos(theta)Y標(biāo)石中心=Y平均相位中心-r*sin(theta)消去法天線指北，并采用同類型天線112天線的相位中心至觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志中心頂端的垂直距離。一般分上下兩段：上段是相位中心至天線底面的距離，作為常數(shù)由廠家給出；下段是從天線底面至觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志中心頂端的距離，由用戶測(cè)定。113天線高上次課程主要內(nèi)容回顧GPS衛(wèi)星的作用地面監(jiān)控系統(tǒng)的作用天線高、相位中心1141152.載波與測(cè)距碼概述116GPS衛(wèi)星的基準(zhǔn)頻率f0由衛(wèi)星上的原子鐘直接產(chǎn)生頻率為10.23MHz衛(wèi)星信號(hào)的所有成分均是該基準(zhǔn)頻率的倍頻或分頻117載波作用搭載其它調(diào)制信號(hào)測(cè)距測(cè)定多普勒頻移類型L1–頻率：154f0=1575.43MHz；波長(zhǎng)：19.03cmL2–頻率：120f0=1227.60MHz；波長(zhǎng)：24.42cm現(xiàn)代化后增加L5–頻率：115f0=1176.45MHz；波長(zhǎng)：25.48cm118載波特點(diǎn)所選擇的頻率有利于測(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)）119測(cè)距碼(1)碼:表達(dá)信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合。如:控制測(cè)量一、二、三、四等。一二三四011011100比特:二進(jìn)制組合中的每一位二進(jìn)制數(shù),又叫碼元。碼長(zhǎng):一個(gè)碼中二進(jìn)制數(shù)的個(gè)數(shù)。數(shù)碼率:每秒鐘傳播的碼長(zhǎng)的個(gè)數(shù)(bit/s或BPS)。碼周期:傳播一個(gè)二進(jìn)制數(shù)所需要的時(shí)間。

碼周期=1/數(shù)碼率120測(cè)距碼121測(cè)距碼(3)隨機(jī)噪聲碼:每一時(shí)刻,碼元是0或是1完全是隨機(jī)的一組碼序列,這種碼元幅值是完全無(wú)規(guī)律的碼序列,稱為隨機(jī)噪聲碼序列。它是一種非周期序列,無(wú)法復(fù)制。但是,隨機(jī)噪聲碼序列卻有良好的自相關(guān)性,GPS碼信號(hào)測(cè)距就是利用了GPS測(cè)距碼的良好的自相關(guān)性才獲得成功。122測(cè)距碼(4)偽隨機(jī)噪聲碼(PseudoRandomNoise-PRN)雖然隨機(jī)碼具有良好的自相關(guān)特性,但由于它是一種非周期性的碼序列,沒(méi)有確定的編碼規(guī)則,所以實(shí)際上無(wú)法復(fù)制和利用。因此,為了能夠?qū)嶋H應(yīng)用,GPS采用了一種偽隨機(jī)噪聲碼(PseudoRandomNoise-PRN),簡(jiǎn)稱偽隨機(jī)碼或偽碼。這種碼序列的主要特點(diǎn)是:不僅具有類似隨機(jī)碼的良好自相關(guān)特性,而且具有某種確定的編碼規(guī)則。它是周期性的、可人工復(fù)制的碼序列。123測(cè)距碼作用測(cè)距性質(zhì)為偽隨機(jī)噪聲碼（PRN－PseudoRandomNoise）不同的碼（包括未對(duì)齊的同一組碼）間的相關(guān)系數(shù)為0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1124C/A碼碼率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含碼元數(shù)：1023；碼元寬度：293.05m；僅被調(diào)制在L1上特點(diǎn)：由于C/A碼的碼長(zhǎng)較短,易于捕獲,而通過(guò)捕獲C/A碼所得到的信息,又可以方便的捕獲到P碼,所以,通常稱C/A碼為捕獲碼。C/A碼的碼元寬度較大,假設(shè)兩個(gè)序列的碼元對(duì)齊誤差為碼元寬度的1/10~1/100,則這時(shí)相應(yīng)的測(cè)距誤差可達(dá)29.3~2.9m。由于其精度較低,所以C/A碼也稱為粗碼(CoarseAcquisitonCode)。125作用捕獲衛(wèi)星粗略測(cè)距P碼碼率：10.23MHz；周期：7天；1周期含碼元數(shù)：6187104000000；碼元寬度：29.30m；被調(diào)制在L1和L2上P碼的碼速率為C/A碼的10倍，碼元寬度為C/A碼的1/10，可以較精確地測(cè)定從接收機(jī)至衛(wèi)星的距離，也被稱為精碼。126其它碼Y碼原因：防止敵對(duì)方對(duì)美國(guó)軍方用戶進(jìn)行電子欺騙和電子干擾產(chǎn)生方法：將P碼與W碼進(jìn)行模二相加,以代替P碼L2C碼L2C碼的碼速率為1.023MHz,由L2CM碼和L2CL碼組成L5碼頻率：1176.45Mhz；碼速率：10.23MHz；碼元寬度：29.3m127其它碼M碼供美國(guó)軍方使用的保密碼,其生成方法及碼的結(jié)構(gòu)不對(duì)外公開(kāi)優(yōu)點(diǎn):信號(hào)捕獲更加快捷、穩(wěn)定抗干擾力更強(qiáng)有利于使用基于信息的通信協(xié)議128GPS現(xiàn)代化后測(cè)距碼的變化在L2上調(diào)制C/A碼在L1和L2增加調(diào)制M碼（軍用碼）增加第三民用頻率（L5）1293.導(dǎo)航電文130衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文作用：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)信息及其它信息基本結(jié)構(gòu)：字(30bit)、子幀(10個(gè)字)、主幀(5個(gè)子幀)、導(dǎo)航電文(25個(gè)主幀)131衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文導(dǎo)航電文的基本單位叫幀。一幀導(dǎo)航電文長(zhǎng)1500bit,含5個(gè)子幀。而每個(gè)子幀又分別含有10個(gè)字,每個(gè)字含30bit,故每一子幀共含300bit。導(dǎo)航電文的傳播速率為每秒50bit,所以播送一幀電文的時(shí)間需要30s,而一子幀的持續(xù)播發(fā)時(shí)間為6s。132衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文基本內(nèi)容133衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文遙測(cè)字（TLM–TelemetryWord）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（HOW–HandOverWord）每一子幀的第2個(gè)字主要內(nèi)容：Z計(jì)數(shù)134衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文第一數(shù)據(jù)塊第1子幀的第3~10個(gè)字內(nèi)容：WN–GPS周L2所調(diào)制測(cè)距碼標(biāo)識(shí)符–“10”表示C/A碼，“01”表示P(Y)碼傳輸參數(shù)N–URA：表明使用該衛(wèi)星進(jìn)行定位可能達(dá)到的精度TGD–信號(hào)在衛(wèi)星內(nèi)部的時(shí)延星鐘數(shù)據(jù)齡期AODC：代表了衛(wèi)星鐘改正數(shù)的置信度;時(shí)間越長(zhǎng),可信度越低。星鐘改正參數(shù)：a0（鐘偏），a1（鐘速），a2（鐘漂）135衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文第二數(shù)據(jù)塊第2、3子幀的第3~10個(gè)字內(nèi)容：該發(fā)送信號(hào)衛(wèi)星的星歷－廣播星歷第三數(shù)據(jù)塊第4、5子幀的第3~10個(gè)字內(nèi)容：所有衛(wèi)星歷書（概略星歷）第三數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容每12.5分鐘重復(fù)一次136GPS測(cè)量原理及應(yīng)用第四章：GPS定位中的誤差源1371.概述138GPS測(cè)量誤差的來(lái)源與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星軌道誤差衛(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和變化接收機(jī)鐘差接收機(jī)內(nèi)部噪聲139影響參考點(diǎn)影響觀測(cè)值GPS測(cè)量誤差的大小SPS（無(wú)SA）140GPS測(cè)量誤差的大小SPS（有SA）141GPS測(cè)量誤差的大小PPS，雙頻，P/Y-碼142消除或消弱各種誤差影響的方法模型改正法原理：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)行修正適用情況：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)公式所針對(duì)的誤差源相對(duì)論效應(yīng)電離層延遲對(duì)流層延遲衛(wèi)星鐘差限制：有些誤差難以模型化143消除或消弱各種誤差影響的方法求差法原理：通過(guò)觀測(cè)值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測(cè)值中所包含的相同或相似的誤差影響適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類型的相關(guān)性。所針對(duì)的誤差源電離層延遲對(duì)流層延遲衛(wèi)星軌道誤差…限制：空間相關(guān)性將隨著測(cè)站間距離的增加而減弱144消除或消弱各種誤差影響的方法參數(shù)法原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來(lái)適用情況：幾乎適用于任何的情況限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來(lái)估計(jì)145消除或消弱各種誤差影響的方法回避法原理：選擇合適的觀測(cè)地點(diǎn)，避開(kāi)易產(chǎn)生誤差的環(huán)境；采用特殊的觀測(cè)方法；采用特殊的硬件設(shè)備，消除或減弱誤差的影響適用情況：對(duì)誤差產(chǎn)生的條件及原因有所了解；具有特殊的設(shè)備。所針對(duì)的誤差源電磁波干擾多路徑效應(yīng)限制：無(wú)法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性1462.相對(duì)論效應(yīng)147相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響?yīng)M義相對(duì)論(1905)原理：時(shí)間膨脹。鐘的頻率與其運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。對(duì)GPS衛(wèi)星鐘的影響：結(jié)論：在狹義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變慢148相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響廣義相對(duì)論原理：鐘的頻率與其所處的重力位有關(guān)對(duì)GPS衛(wèi)星鐘的影響：結(jié)論：在廣義相對(duì)論效應(yīng)作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變快149相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘的影響?yīng)M義相對(duì)論＋廣義相對(duì)論150解決相對(duì)論效應(yīng)對(duì)衛(wèi)星鐘影響的方法方法（分兩步）：首先考慮假定衛(wèi)星軌道為圓軌道的情況；然后考慮衛(wèi)星軌道為橢圓軌道的情況。第一步：在地面上調(diào)低將要搭載到衛(wèi)星上的時(shí)鐘頻率第二步：根據(jù)實(shí)時(shí)軌道數(shù)據(jù)修正衛(wèi)星時(shí)鐘頻率1513.鐘誤差152鐘差對(duì)測(cè)距的影響153衛(wèi)星鐘差定義 物理同步誤差：GPS衛(wèi)星鐘給出的時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)GPS時(shí)之差(實(shí)際鐘差） 數(shù)學(xué)同步誤差：顧及鐘差多項(xiàng)式改正后衛(wèi)星鐘與標(biāo)準(zhǔn)GPS時(shí)之差（殘差）154數(shù)學(xué)同步誤差主要由鐘差多項(xiàng)式的預(yù)報(bào)誤差和被略去的隨機(jī)項(xiàng)引起的。物理同步誤差一般控制在1ms以內(nèi)（300km），數(shù)學(xué)同步誤差為5-10ns（1.5-3m）。衛(wèi)星鐘差應(yīng)對(duì)方法模型改正 鐘差改正多項(xiàng)式

其中a0為t時(shí)刻的時(shí)鐘偏差，a1為鐘的漂移，a2為老化率。相對(duì)定位或差分定位采用其它渠道獲得鐘差參數(shù)，比如IGS。155接收機(jī)鐘差定義

GPS接收機(jī)一般采用石英鐘，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156上次課程主要內(nèi)容回顧與衛(wèi)星有關(guān)的誤差相對(duì)論效應(yīng)衛(wèi)星鐘差與傳播途徑有關(guān)的誤差與接收設(shè)備有關(guān)的誤差1574.衛(wèi)星星歷誤差158衛(wèi)星星歷誤差定義：由衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星的實(shí)際軌道之差。159廣播星歷定義：由GPS地面控制部分所確定和提供的，經(jīng)GPS衛(wèi)星向全球用戶公開(kāi)播發(fā)的一種預(yù)報(bào)星歷，其精度較差。160廣播星歷的精度(無(wú)SA)5-7米(有SA)50-100米廣播星歷的格式：參考時(shí)刻的軌道根數(shù)及其變化率精密星歷定義：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。161精密星歷的精度美國(guó)國(guó)防制圖局：2米IGS:5厘米精密星歷的格式：以一定時(shí)間間隔直接給出衛(wèi)星在空間的三維坐標(biāo)和三維運(yùn)動(dòng)速度。IGS–InternationalGNSSService162IGS產(chǎn)品163衛(wèi)星星歷衛(wèi)星鐘和跟蹤站接收機(jī)鐘的鐘差跟蹤站的站坐標(biāo)及其變化率地球自轉(zhuǎn)參數(shù)大氣參數(shù)衛(wèi)星星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響主要取決于衛(wèi)星到接收機(jī)的距離以及用于定位或?qū)Ш降腉PS衛(wèi)星與接收機(jī)構(gòu)成的幾何圖形，影響值與軌道精度相當(dāng)。164單點(diǎn)定位的觀測(cè)方程：線性化：誤差方程：衛(wèi)星星歷誤差對(duì)相對(duì)定位的影響165單差觀測(cè)方程：星歷誤差的影響（廣播星歷：10-7，精密星歷：10-9）：衛(wèi)星星歷誤差的消除辦法采用精密星歷采用相對(duì)定位1665.電離層延遲167地球大氣結(jié)構(gòu)168電離層：60-1000km大氣折射效應(yīng)大氣折射信號(hào)在穿過(guò)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。在GPS測(cè)量定位中，通常僅考慮信號(hào)傳播速度的變化。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)生的折射效應(yīng)相同對(duì)GPS信號(hào)來(lái)說(shuō)，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層是非色散介質(zhì)169電離層對(duì)GPS影響：天頂方向十幾米，高度角5度方向可超過(guò)50米相速與群速相速群速170對(duì)于頻率略微不同的一群波來(lái)說(shuō)，其最終能量的傳播可以用“群速”表示：假設(shè)單一頻率的電磁波在空間傳播，該電磁波相位的速度為：電離層延遲電離層折射對(duì)載波相位所造成的延遲改正數(shù)為：171電離層延遲電離層折射對(duì)測(cè)距碼所造成的延遲改正數(shù)為：172偽距和相位測(cè)量受電離層影響大小相等、符號(hào)相反。電離層延遲量的大小與總電子含量（TEC）相關(guān)。電子密度與總電子含量電子密度：?jiǎn)挝惑w積中所包含的電子數(shù)?？傠娮雍浚═EC–TotalElectronContent）：底面積為一個(gè)單位面積時(shí)沿信號(hào)傳播路徑貫穿整個(gè)電離層的一個(gè)柱體內(nèi)所含的電子總數(shù)。173電子密度與哪些因素有關(guān)？174大氣高程地方時(shí)太陽(yáng)活動(dòng)季節(jié)地理位置地震活動(dòng)等電子密度與哪些因素有關(guān)？175大氣高程地方時(shí)太陽(yáng)活動(dòng)季節(jié)地理位置地震活動(dòng)等電子密度與哪些因素有關(guān)？176Scharroo&Smith,

2010,JGR大氣高程地方時(shí)太陽(yáng)活動(dòng)季節(jié)地理位置地震活動(dòng)等電子密度與哪些因素有關(guān)？177Scharroo&Smith,

2010,JGR大氣高程地方時(shí)太陽(yáng)活動(dòng)季節(jié)地理位置地震活動(dòng)等電子密度與哪些因素有關(guān)？178Scharroo&Smith,

2010,JGR大氣高程地方時(shí)太陽(yáng)活動(dòng)季節(jié)地理位置地震活動(dòng)等電子密度與哪些因素有關(guān)？179Heki,

2011,GRL大氣高程地方時(shí)太陽(yáng)活動(dòng)季節(jié)地理位置地震活動(dòng)等常用電離層延遲改正方法分類經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼椒ǎ焊鶕?jù)以往觀測(cè)結(jié)果所建立的模型改正效果：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(wú)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180常用電離層延遲改正方法分類經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼?0-40%誤差）Bent模型國(guó)際參考電離層（IRI)克羅布歇模型181Scharroo&Smith,

2010,JGR常用電離層延遲改正方法分類經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼?0-40%誤差）Bent模型R.B.Bent提出，描述電子密度是經(jīng)緯度、時(shí)間、季節(jié)和太陽(yáng)輻射流量的函數(shù)國(guó)際參考電離層（IRI)由國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)盟和空間研究委員會(huì)提出描述50-2000km高度區(qū)間電子密度、電子溫度、電離層溫度、電離層成分等以時(shí)間、地點(diǎn)等為參數(shù)克羅布歇模型美國(guó)的克羅布歇提出描述電離層時(shí)延用于廣播星歷中播發(fā)182常用電離層延遲改正方法分類經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼?0-40%誤差）Bent模型國(guó)際參考電離層（IRI)克羅布歇模型183Scharroo&Smith,

2010,JGR常用電離層延遲改正方法分類經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透恼?0-40%誤差）Bent模型國(guó)際參考電離層（IRI)克羅布歇模型

地面控制系統(tǒng)前五天的太陽(yáng)平均輻射流量計(jì)算，并編制在導(dǎo)航電文中供單頻接收機(jī)用戶使用。184電離層延遲的雙頻改正185線性組合消除電離層影響186電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正基本思想利用基準(zhǔn)站的雙頻觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算電離層延遲利用所得到的電離層延遲量建立局部或全球的的TEC實(shí)測(cè)模型類型局部模型適用于局部區(qū)域全球模型適用于全球區(qū)域187電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正局部（區(qū)域性）的實(shí)測(cè)模型改正方法適用范圍：局部地區(qū)的電離層延遲改正188電離層延遲的實(shí)測(cè)模型改正全球（大范圍）的實(shí)測(cè)模型改正方法適用范圍：用于大范圍和全球的電離層延遲改正格網(wǎng)化的電離層延遲改正模型189上次課程主要內(nèi)容回顧衛(wèi)星星歷（軌道）誤差定義廣播星歷精密星歷190上次課程主要內(nèi)容回顧電離層對(duì)GPS信號(hào)傳播的影響（V表示改正數(shù)）電離層延遲誤差的改正方法雙頻改正經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)測(cè)模型基本概念：電子密度與總電子含量1916.對(duì)流層延遲192對(duì)流層（Troposphere）193對(duì)流層：50km以下大氣折射效應(yīng)大氣折射信號(hào)在穿過(guò)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。在GPS測(cè)量定位中，通常僅考慮信號(hào)傳播速度的變化。折射數(shù)N194對(duì)流層延遲折射數(shù)195對(duì)流層延遲將N帶入，計(jì)算天頂向?qū)α鲗友舆t量為：196Hydrostatic（“Dry”，干延遲）:Wet（濕延遲）:Liquid（液態(tài)水延遲）:干延遲干延遲只依賴于大氣總密度，因此，可以通過(guò)測(cè)量地面壓強(qiáng)計(jì)算出來(lái)：天頂干延遲約2.3米，精度能達(dá)到1mm197重力加速度緯度高程濕延遲198液態(tài)水延遲199對(duì)流層的色散效應(yīng)對(duì)流層的色散效應(yīng)折射率與信號(hào)波長(zhǎng)的關(guān)系對(duì)流層對(duì)不同波長(zhǎng)的波的折射效應(yīng)結(jié)論:對(duì)于GPS衛(wèi)星所發(fā)送的電磁波信號(hào)，對(duì)流層不具有色散效應(yīng)200對(duì)流層延遲對(duì)測(cè)距的影響穿刺方向(LineofSight）延遲量濕延遲通常指PWV和液態(tài)水的共同影響干延遲并不是僅僅指干氣的影響201投影函數(shù)什么是投影函數(shù)？將衛(wèi)星觀測(cè)值從穿刺方向（LineofSight）投影到天頂方向（Zenith）的函數(shù)。202投影函數(shù)簡(jiǎn)單投影函數(shù)15度高度角方向的延遲約是天頂方向的4倍。203投影函數(shù)Marini模型:a/b/c為常數(shù)204Marini,1972,RadioSci.投影函數(shù)Niell模型：a/b/c受緯度、高程、時(shí)間等條件影響205Niell,1996,JGR投影函數(shù)改進(jìn)的Niell模型：a/b/c增加氣象條件影響206Niell,2000,EPS;Veyetal.,2006,GRL對(duì)流層延遲誤差改正方法利用其它儀器實(shí)測(cè)改正（時(shí)間空間分辨率不足）模型法估計(jì)法（最小二乘或隨機(jī)過(guò)程）207霍普菲爾德（Hopfield）模型對(duì)流層折射模型208沿高度進(jìn)行積分，導(dǎo)出垂直方向上的延遲通過(guò)投影（映射）函數(shù)，得出信號(hào)方向上的延遲薩斯塔莫寧（Saastamoinen）模型原始模型擬合后的模型209勃蘭克（Black）改正模型210對(duì)流層改正模型綜述不同模型所算出的高度角30以上方向的延遲差異不大Black模型可以看作是Hopfield模型的修正形式Saastamoinen模型與Hopfield模型的差異要大于Black模型與Hopfield模型的差異211對(duì)流層模型改正的誤差分析模型誤差模型本身的誤差氣象元素誤差量測(cè)誤差儀器誤差讀數(shù)誤差測(cè)站氣象元素的代表性誤差實(shí)際大氣狀態(tài)與大氣模型間的差異212GPS氣象若GPS對(duì)流層延遲能夠精確估計(jì)，則估計(jì)的PWV可以用于氣象研究（Bevisetal.,1992）。方法：GPS測(cè)量出ZTD結(jié)合地面觀測(cè)的氣象參數(shù)計(jì)算ZHDZWD=ZTD–ZHDPWV=Π

ZWD213上次課程主要內(nèi)容回顧對(duì)流層延遲可以分為干延遲和濕延遲干延遲較大，但容易利用地面觀測(cè)氣象參數(shù)和模型改正濕延遲較小，但難于利用模型改正對(duì)流層延遲改正常用相對(duì)定位、參數(shù)估計(jì)、隨即過(guò)程方法消除GPS氣象2147. 多路徑誤差215多路徑誤差與多路徑效應(yīng)多路徑（Multipath）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(lái)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)。216反射波反射波的幾何特性距離差異相位差異217載波相位測(cè)量中的多路徑誤差直接接收的信號(hào)：反射來(lái)的多路徑信號(hào)：疊加的信號(hào)：接收信號(hào)的另一種表示法：218載波相位測(cè)量中的多路徑誤差由上可知：最終可得：當(dāng)有多個(gè)反射信號(hào)源時(shí)：219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)220應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法觀測(cè)上選擇合適的測(cè)站，避開(kāi)易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境221易發(fā)生多路徑的環(huán)境應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法硬件上采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)MEDLL(MultipathEstimatingDelayLockLoop)等222抗多路徑效應(yīng)的天線應(yīng)對(duì)多路徑誤差的方法利用多路徑測(cè)量土壤水分、積雪等（Larsonetal.,2008,GRL）2238.其他誤差改正224接收機(jī)的位置誤差定義 接收機(jī)天線的相位中心相對(duì)測(cè)站標(biāo)石中心位置的偏差。應(yīng)對(duì)方法正確的對(duì)中整平采用強(qiáng)制對(duì)中裝置（變形監(jiān)測(cè)時(shí)）225天線相位中心偏差改正衛(wèi)星天線相位中心偏差改正接收機(jī)天線相位中心變化的改正GPS測(cè)量和定位時(shí)是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)的，天線的相位中心與其幾何中心理論上應(yīng)保持一致?？墒墙邮諜C(jī)天線接收到的GPS信號(hào)是來(lái)自四面八方，隨著GPS信號(hào)方位和高度角的變化，接收機(jī)天線的相位中心的位置也在發(fā)生變化。226天線相位中心偏差改正應(yīng)對(duì)方法使用相同類型的天線并進(jìn)行天線定向（限于相對(duì)定位）模型改正227GPS測(cè)量原理及應(yīng)用

第五章：距離測(cè)量與定位方法2281.利用測(cè)距碼測(cè)定衛(wèi)地距229GPS定位的基本原理230需解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題如何確定衛(wèi)星的位置如何測(cè)量出站星距離？測(cè)距方法231雙程測(cè)距

用于電磁波測(cè)距儀單程測(cè)距

用于GPS測(cè)距碼232測(cè)距碼測(cè)距原理①距離測(cè)定的基本思路信號(hào)（測(cè)距碼）傳播時(shí)間的測(cè)定233信號(hào)傳播時(shí)間信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)定測(cè)距碼測(cè)距原理②利用測(cè)距碼測(cè)距的必要條件必須了解測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)利用測(cè)距碼進(jìn)行測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)采用的是CDMA（碼分多址）技術(shù)易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào)可提高測(cè)距精度便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理（如AS）234微弱信號(hào)的捕獲偽距測(cè)量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)無(wú)模糊度缺點(diǎn)精度低235GPS測(cè)量的基本觀測(cè)方程236測(cè)距碼測(cè)距的觀測(cè)方程237對(duì)流層折射延遲改正電離層折射延遲改正接收機(jī)鐘的改正數(shù)衛(wèi)星鐘的改正數(shù)信號(hào)離開(kāi)衛(wèi)星的時(shí)刻（由衛(wèi)星鐘測(cè)定）信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)刻（由接收機(jī)鐘測(cè)定）偽距測(cè)量的觀測(cè)方程238如果考慮星歷誤差、多路徑效應(yīng)及測(cè)量噪聲，則最終的觀測(cè)方程為：通常不考慮站星幾何距離：偽距測(cè)量的誤差方程239將上式線性化，并保留至一次項(xiàng)，得：最終的誤差方程為：Z跟蹤技術(shù)ASP碼+W碼

Y碼W碼的碼元寬度比Y碼大幾十倍Z跟蹤技術(shù)原理將相關(guān)間隔（積分間隔）限定在一個(gè)W碼碼元內(nèi)240上次課程主要內(nèi)容回顧測(cè)距碼測(cè)距（偽距）的基本方法測(cè)距碼測(cè)距的優(yōu)缺點(diǎn)偽距定位原理（觀測(cè)方程、誤差方程）2412.載波相位測(cè)量242概述載波的作用為什么需要采用載波測(cè)量？C/A碼碼元寬度300米P碼碼元寬度30米L1/L2載波波長(zhǎng)（19.0/24.4cm）243載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波重建載波GPS載波上調(diào)制了測(cè)距碼和導(dǎo)航電文，因此，接收到的信號(hào)（調(diào)制波）的相位已經(jīng)不再連續(xù)。將非連續(xù)的載波信號(hào)恢復(fù)成連續(xù)的載波信號(hào)，去掉導(dǎo)航電文和測(cè)距碼。碼相關(guān)法、平方法、互相關(guān)法、Z跟蹤法244載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波碼相關(guān)法方法將所接收到的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）與接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼相乘。技術(shù)要點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)（弱）與接收機(jī)信號(hào)（強(qiáng)）相乘。特點(diǎn)限制：需要了解碼的結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量好（信噪比高）載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波平方法方法將所接收到的調(diào)制信號(hào)（衛(wèi)星信號(hào)）自乘。技術(shù)要點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)（弱）自乘。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需了解碼的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：無(wú)法獲得導(dǎo)航電文，所獲載波波長(zhǎng)為原來(lái)波長(zhǎng)的一半，信號(hào)質(zhì)量較差（信噪比低，降低了30dB）平方法載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波互相關(guān)（交叉相關(guān)）方法在不同頻率的調(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技術(shù)要點(diǎn)不同頻率的衛(wèi)星信號(hào)（弱）進(jìn)行相關(guān)。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需了Y解碼的結(jié)構(gòu)，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了27dB）載波相位測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)－重建載波Z跟蹤方法：將衛(wèi)星信號(hào)在一個(gè)W碼碼元內(nèi)與接收機(jī)復(fù)制出的P碼進(jìn)行相關(guān)處理。在一個(gè)W碼碼元內(nèi)進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)（弱）與復(fù)制信號(hào)（強(qiáng)）進(jìn)行相關(guān)。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需了解Y碼結(jié)構(gòu)，可測(cè)定雙頻偽距觀測(cè)值，可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量較平方法好（信噪比降低了14dB）GPS載波相位測(cè)量的基本原理249載波相位觀測(cè)值首次觀測(cè)值接收機(jī)提供的觀測(cè)值完整的載波相位整周計(jì)數(shù)整周未知數(shù)（整周模糊度）250載波相位觀測(cè)值載波相位測(cè)量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)精度高，測(cè)距精度可達(dá)0.1mm量級(jí)難點(diǎn)整周未知數(shù)問(wèn)題整周跳變問(wèn)題251載波相位測(cè)量的觀測(cè)方程252誤差方程為：觀測(cè)方程為：3.單差、雙差、三差觀測(cè)值253GPS測(cè)量中的未知參數(shù)及處理方法254與接收機(jī)無(wú)關(guān)與衛(wèi)星無(wú)關(guān)空間相關(guān)性強(qiáng)空間相關(guān)性強(qiáng)不隨時(shí)間變化必要參數(shù)與多余參數(shù)概述差分觀測(cè)值的定義將相同頻率的GPS載波相位觀測(cè)值依據(jù)某種方式求差所獲得的新的組合觀測(cè)值（虛擬觀測(cè)值）差分觀測(cè)值的特點(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)面影響的因素消去或消弱其影響255同類型同頻率相位觀測(cè)值的線性組合

——差分觀測(cè)值按差分方式可分為: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256站間求差（站間差分）求差方式同步觀測(cè)值在接收機(jī)間求差數(shù)學(xué)形式特點(diǎn)消除了衛(wèi)星鐘差影響削弱了電離層折射影響削弱了對(duì)流層折射影響削弱了衛(wèi)星軌道誤差的影響257星間求差（星間差分）求差方式同步觀測(cè)值在衛(wèi)星間求差數(shù)學(xué)形式特點(diǎn)消除了接收機(jī)鐘差的影響258歷元間求差（歷元間差分）差分方式觀測(cè)值在間歷元求差數(shù)學(xué)形式特點(diǎn)消去了整周未知數(shù)參數(shù)259單差、雙差和三差單差：站間一次差分雙差：站間、星間各求一次差（共兩次差）三差：站間、星間和歷元間各求一次差（三次差）260單差雙差三差采用差分觀測(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)行差分差分觀測(cè)值間具有了相關(guān)性，使處理問(wèn)題復(fù)雜化參數(shù)估計(jì)時(shí)，觀測(cè)值的權(quán)陣某些參數(shù)無(wú)法求出某些信息在差分觀測(cè)值中被消除引入基線矢量替代了位置矢量261上次課程主要內(nèi)容回顧重建載波相位觀測(cè)值的組成部分載波相位觀測(cè)方程站間、星間、歷元間求差單差、雙差、三差2624.其他一些常用的線性組合觀測(cè)值263同類型不同頻率觀測(cè)值的線性組合組合觀測(cè)值的一般形式特點(diǎn)組合觀測(cè)值是虛擬觀測(cè)值組合觀測(cè)值具有某些不同于原始觀測(cè)值特性264組合標(biāo)準(zhǔn)線性組合后的新“觀測(cè)值”能保持模糊度的整數(shù)特性具有適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)不受或基本不受電離層延遲的影響具有較小的測(cè)量噪聲265電磁波的一般公式266組合觀測(cè)值的一般表達(dá)式267組合觀測(cè)值的一般特性①頻率特性（由第1式）波長(zhǎng)特性整周未知數(shù)特性（由第2式）268組合觀測(cè)值的一般特性②電離層延遲特性269組合觀測(cè)值的一般特性③對(duì)流層延遲特性誤差特性270幾種特殊的組合觀測(cè)值①寬巷組合（wide-lane）(n=1,m=-1)271幾種特殊的組合觀測(cè)值②窄巷組合（narrow-lane）(n=1,m=1)272幾種特殊的組合觀測(cè)值③無(wú)電離層影響的組合（iono-free）273不同類型觀測(cè)值的線性組合偽距和載波相位之間的組合不同類型雙頻觀測(cè)值間的線性組合不同類型單頻觀測(cè)值間的線性組合

主要是利用了電離層對(duì)載波相位和測(cè)距碼延遲大小相等、符號(hào)相反的特性2741.不同類型雙頻觀測(cè)值間的線性組合2751.不同類型雙頻觀測(cè)值間的線性組合276277上式不僅消除了電離層延遲，也消除了衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差和衛(wèi)星與接收機(jī)之間的幾何距離，僅受測(cè)量噪聲和多路徑誤差的影響。用于確定寬巷組合的整周模糊度Melbourne-Wubbena公式278上式也消除了電離層延遲、衛(wèi)星至接收機(jī)的幾何距離、衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差的影響，可用于確定N1和N2，還可以用于探測(cè)周跳2.不同類型單頻觀測(cè)值間的線性組合279該組合消除了電離層的影響，單點(diǎn)定位時(shí)采用上述線性組合觀測(cè)值可顯著改善解的精度。上次課程主要內(nèi)容回顧不同頻率載波相位L1/L2觀測(cè)值組合（寬巷、窄巷、無(wú)電離層）不同類型觀測(cè)值組合（L1/L2-P1/P2）2805.周跳的探測(cè)與修復(fù)281整周跳變（周跳–CycleSlips）在某一特定時(shí)刻的載波相位觀測(cè)值為如果在觀測(cè)過(guò)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N0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(wú)法保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)跟蹤時(shí)，在衛(wèi)星信號(hào)重新被鎖定后，N0將發(fā)生變化，而也不會(huì)與前面的值保持連續(xù)，這一現(xiàn)象稱為整周跳變。282周跳T

產(chǎn)生周跳的原因信號(hào)被樹(shù)木、建筑物等遮擋，導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法被跟蹤儀器故障，導(dǎo)致差頻信號(hào)無(wú)法產(chǎn)生電離層、多路徑、低高度角等使得衛(wèi)星信號(hào)信噪比過(guò)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(wú)法正確跟蹤衛(wèi)星信號(hào)衛(wèi)星瞬時(shí)故障，無(wú)法產(chǎn)生信號(hào)283周跳的特點(diǎn)只影響整周計(jì)數(shù)－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284周跳T

解決周跳問(wèn)題的方法探測(cè)與修復(fù)設(shè)法找出周跳發(fā)生的時(shí)間和大小參數(shù)法將周跳標(biāo)記出來(lái)，引入周跳參數(shù)，進(jìn)行解算285周跳的探測(cè)、修復(fù)方法高次差法的原理由于衛(wèi)星和接收機(jī)間的距離在不斷變化，因而載波相位測(cè)量的觀測(cè)值N0+Int(ф)+Fr(ф)也隨時(shí)間在不斷變化。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。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。286周跳的探測(cè)、修復(fù)方法高次差法28771

7273

74

75

76

77

7879

808182-148779.9950-157896.9440-167055.6760-176257.9430-185502.0140-194783.1900-204102.7230-213461.0670-222855.6470-232287.4560-241754.8510-251255.0440-9116.9490-9158.7320-9202.2670-9244.0710-9281.1760-9319.5330-9358.3440-9394.5800-9431.8090-9467.3950-9500.1930-41.7830-43.5350-41.8040-37.1050-38.3570-38.8110-36.2360-37.2290-35.5860-32.7980-1.7520

1.7310

4.6990-1.2520-0.45402.5750-0.99301.64302.7880

3.4830

2.9680

-5.9510

0.79803.0290-3.5680

2.6360

1.1450-0.5150-8.91906.74902.2310-6.59706.2040-1.4910無(wú)周跳觀測(cè)值5次差分周跳的探測(cè)、修復(fù)方法高次差法288有周跳觀測(cè)值5次差分71

7273

74

75

76

77

7879

808182-148779.995-157896.944-167055.676-176257.943-185502.014-194783.19-204602.723

-213961.067-223355.647-232787.456-242254.851

-251755.044-9116.949-9158.732-9202.267

-9244.071-9281.176

-9819.533

-9358.344

-9394.580

-9431.809-9467.395-9500.193

-41.783-43.535

-41.804

-37.105

-538.36

461.19-36.236

-37.229

-35.586

-32.798-1.752

1.731

4.699

-501.25999.55

-497.42

-0.993

1.643

2.7883.483

2.968

-505.95

1500.8

-1497

496.43

2.636

1.145

-0.515

-508.92

2006.7

-2997.8

1993.4

-493.8

-1.4911倍-4倍6倍-4倍1倍周跳的探測(cè)、修復(fù)方法高次差法的問(wèn)題接收機(jī)鐘差對(duì)此方法有效性的影響克服接收機(jī)鐘差影響的方法－衛(wèi)星間求差289設(shè)接收機(jī)鐘的穩(wěn)定度為5X10-10，接收機(jī)采樣間隔為15s，對(duì)于L1（f1=1.57542X109Hz），則接收機(jī)鐘相鄰歷元載波相位觀測(cè)值的影響為5X10-10X15X1.57542X109=11.8周。周跳的探測(cè)、修復(fù)方法多項(xiàng)式擬合法：為了便于用計(jì)算機(jī)計(jì)算，常采用多項(xiàng)式擬合的方法。即根據(jù)n個(gè)相位測(cè)量觀測(cè)值擬合一個(gè)n階多項(xiàng)式，據(jù)此多項(xiàng)式來(lái)預(yù)估下一個(gè)觀測(cè)值并與實(shí)測(cè)值比較，從而來(lái)發(fā)現(xiàn)周跳并修正整周計(jì)數(shù)。這種方法實(shí)質(zhì)上和上面介紹的高次差法是相像的，但便于計(jì)算。290周跳的探測(cè)、修復(fù)方法291多項(xiàng)式擬合數(shù)學(xué)模型最小二乘求解擬合系數(shù)根據(jù)擬合殘差探測(cè)周跳周跳的探測(cè)、修復(fù)方法292站間星間雙差觀測(cè)數(shù)據(jù)；顯然有多個(gè)大周跳采用多項(xiàng)式擬合剔除大周跳后的雙差序列周跳的探測(cè)、修復(fù)方法293一段沒(méi)有周跳的