GPS 測量原理及應(yīng)用課件

概論GPS的發(fā)展與由來2.GPS的組成3.GPS的特點(diǎn)4.美國政府的GPS政策5.GPS發(fā)展趨勢GPS的發(fā)展與由來1957年10月4日前蘇聯(lián)發(fā)射了人類的第一顆人造地球衛(wèi)星；美國科學(xué)家利用多普勒頻移原理於1967年7月建成了衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)TRANSIT（子午衛(wèi)星系統(tǒng)）；美國國防部從1973年開始籌建GPS，整個(gè)GPS系統(tǒng)於1994年3月全部建成。

GPS系統(tǒng)是20世紀(jì)空間技術(shù)上最重大的成就一，它是繼阿波羅計(jì)畫、太空梭計(jì)畫之後的又一龐大的空間計(jì)畫。2.GPS組成

空間衛(wèi)星部分

24顆衛(wèi)星6個(gè)軌道軌道高度20200KM運(yùn)行週期11小時(shí)58分地面監(jiān)控部分監(jiān)測站主控站注入站

用戶設(shè)備部分GPS接收機(jī)天線硬體軟體包2.GPS組成（續(xù)）GPS衛(wèi)星的發(fā)展可分為五個(gè)階段：

BlockⅠBlockⅡ、BlockⅡABlockⅡR、BlockⅡF

GPS空間衛(wèi)星部分GPS的控制部分由分佈在全球的由若干個(gè)跟蹤站所組成。分為主控站、監(jiān)控站和注入站。主控站位於美國克羅拉多Colorado的法爾孔Falcon空軍基地。它的作用是根據(jù)各監(jiān)控站根據(jù)GPS的觀測數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的星曆和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，並將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去。同時(shí)它還對衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)佈指令，當(dāng)工作衛(wèi)星出現(xiàn)故障時(shí)調(diào)度備用衛(wèi)星替代失效的工作衛(wèi)星工作。主控站也具有監(jiān)控站的功能。監(jiān)控站有五個(gè)。除了主控站外其他四個(gè)分別位於夏威夷(Hawaii)、阿松森群島(Ascencion)、迭哥伽西亞(DiegoGarcia)、卡瓦加蘭(Kwajalein)。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號(hào)、監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀態(tài)。注入站有三個(gè)。分別位於阿松森群島、迭哥伽西亞、卡瓦加蘭。注入站的作用是將主控站計(jì)算出的衛(wèi)星星曆和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中去。地面控制系統(tǒng)3.GPS的特點(diǎn)

◆

GPS相對傳統(tǒng)的測量技術(shù)

◆

GPS相對其他導(dǎo)航系統(tǒng)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）Loran-C觀測站間無需通視定位精度高（絕對精度10米，相對精度2毫米）觀測時(shí)間短操作簡單全天候作業(yè)4.美國政府的GPS政策(P64-66)(1)提供不同的用戶服務(wù)方式(2)實(shí)施SA（選擇可用性）政策(3)實(shí)施AS（精碼加密）政策4.美國的GPS政策(續(xù)）(1)提供不同的用戶服務(wù)方式

精密定位服務(wù)

PPS（PrecisePositioningService）標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)SPS(StandardPositioningService)GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號(hào)含有二種精度不同的測距碼P碼（又稱精碼）軍用PPS定位服務(wù)

C/A碼（又稱粗碼）民用

SPS定位服務(wù)

P碼獲得較高的定位精度，單點(diǎn)即時(shí)定位精度可優(yōu)於10米C/A碼獲得較低的定位精度，單點(diǎn)即時(shí)定位精度約為30-40米左右4.美國GPS的政策(續(xù)）

(2)實(shí)施SA政策SA----SelectiveAvailability（選擇可用性）

SPS定位服務(wù)中加干擾技術(shù)-技術(shù)-技術(shù)干擾衛(wèi)星星曆引入高頻抖動(dòng)實(shí)施SA政策：水準(zhǔn)定位100米，垂直定位150米（2000年5月前）4.美國政府的GPS的政策（續(xù)）(3)實(shí)施AS政策AS--Anti-Spoofing(精碼P碼加密)AS--反電子欺騙PWY特許用戶和非特許用戶定位精度

4.美國政府的GPS政策（續(xù)）非特許用戶對策

研究差分GPS技術(shù)建立獨(dú)立衛(wèi)星定位系統(tǒng)

GLONASS伽利略(Galileo)北斗開發(fā)組合接收機(jī)和組合系統(tǒng)

GPS/GLONASSGPS/INS5.

GPS發(fā)展趨勢1）GIS/GPS/RS組成的3S集成系統(tǒng)

GIS—地理資訊系統(tǒng)

RS---遙感2）GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)

INS---慣性導(dǎo)航系統(tǒng)3）GNSS/全球衛(wèi)星系統(tǒng)

GNSS---GlobalNavigationSatelliteSystem中國---雙星定位（北斗1號(hào)）前蘇聯(lián)---GLONASS歐洲空間局---伽利略(Galileo)GLONASS系統(tǒng)

GLONASS是GLObalNAvigationSatelliteSystem(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的字頭縮寫，是前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)的與美國GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，也由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測控制站和用戶設(shè)備三部分組成?，F(xiàn)在由俄羅斯空間局管理。

GLONASS系統(tǒng)的衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，均勻分佈在3個(gè)近圓形的軌道平面上，每個(gè)軌道面8顆衛(wèi)星，軌道高度19100公里，運(yùn)行週期11小時(shí)15分，軌道傾角64.8°。

與美國的GPS系統(tǒng)不同的是GLONASS系統(tǒng)採用頻分多址(FDMA)方式，根據(jù)載波頻率來區(qū)分不同衛(wèi)星（GPS是碼分多址（CDMA），根據(jù)調(diào)製碼來區(qū)分衛(wèi)星）。每顆GLONASS衛(wèi)星發(fā)播的兩種載波的頻率分別為L1=1,602+0.5625k(MHz)和L2=1,246+0.4375k(MHz)，其中k=1～24為每顆衛(wèi)星的頻率編號(hào)。所有GPS衛(wèi)星的載波的頻率是相同，均為L1=1575.42MHz和L2=1227.6MHz。

GLONASS衛(wèi)星的載波上也調(diào)製了兩種偽隨機(jī)雜訊碼：S碼和P碼。

GLONASS系統(tǒng)從理論上有24顆衛(wèi)星，但由於衛(wèi)星使用壽命和資金緊張等問題，實(shí)際上目前只有8顆。

GLONASS系統(tǒng)單點(diǎn)定位精度水準(zhǔn)方向?yàn)?6m，垂直方向?yàn)?5m。

伽俐略系統(tǒng)系統(tǒng)組成：①衛(wèi)星星座：由3個(gè)獨(dú)立的圓形軌道，30顆GNSS衛(wèi)星組成（27顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星）。衛(wèi)星的軌道傾角i=56°；衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)週期T=14h23m14S恒星時(shí)；軌道高度H=23616km。②地面系統(tǒng)：在歐洲建立2個(gè)控制中心；在全球構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)。③定位原理：與GPS相同。④定位精度：導(dǎo)航定位精度比目前任何系統(tǒng)都高。計(jì)畫實(shí)施：①1994年開始進(jìn)入方案論證階段；②2003年開始發(fā)射兩顆試驗(yàn)衛(wèi)星進(jìn)入試驗(yàn)階段；③2008年整個(gè)伽利略（GNSS）系統(tǒng)建成並投入使用；1.簡述GPS的基本組成2.簡述GPS的定位服務(wù)方式及相應(yīng)的定位精度3.舉例說明GPS的應(yīng)用提示：精密測量，智能交通，城市規(guī)化，軍事應(yīng)用，旅遊探險(xiǎn)習(xí)題

GPS定位方法及誤差分析定位方法分類2.觀測量的基本概念3.GPS定位的誤差源4.GPS定位基本原理定位方法分類按參考點(diǎn)的不同位置劃分為：（1）絕對定位（單點(diǎn)定位）：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測站相對地球質(zhì)心的位置。（2）相對定位：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測站與地面某一參考點(diǎn)之間的相對位置。GPS定位方法分類按用戶接收機(jī)作業(yè)時(shí)所處的狀態(tài)劃分：（1）靜態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)位置靜止不動(dòng)，是固定的。靜止?fàn)顟B(tài)只是相對的，在衛(wèi)星大地測量中的靜止?fàn)顟B(tài)通常是指待定點(diǎn)的位置相對其周圍點(diǎn)位沒有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測期內(nèi)可以忽略。（2）動(dòng)態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)天線處於運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。GPS定位方法分類1.GPS定位方法分類絕對定位靜態(tài)定位動(dòng)態(tài)定位相對定位靜態(tài)定位動(dòng)態(tài)定位定位方式基本頻率10.23MHzL1載波1575.42MHzL2載波1227.60MHzC/A碼1.023MHzP碼10.23MHzP碼10.23MHz數(shù)據(jù)碼50BPS數(shù)據(jù)碼50BPS15412010204600GPS衛(wèi)星信號(hào)包含三種信號(hào)分量：載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。信號(hào)分量的產(chǎn)生都是在同一個(gè)基本頻率f0=10.23MHz的控制下產(chǎn)生，GPS衛(wèi)星信號(hào)示意圖如下GPS基本觀測量（回憶）2.GPS觀測量的基本概念(P49-52)偽距觀測值載波相位觀測值C/A碼，碼元寬293M，精度2.9MP碼，碼元寬29.3M，精度0.29ML1載波，波長19cm，精度0.19cmL2載波，波長24cm，精度0.24cm原始觀測量載波相位觀測值優(yōu)點(diǎn)：觀測值精度高，用精密定位存在問題整周不確定（模糊度解算）整周跳變現(xiàn)象2.GPS觀測量的基本概念（續(xù)）碼相位觀測偽距載波相位觀測偽距衛(wèi)星r

是已知值P是測量值R是未知值對於某顆衛(wèi)星：什麼叫偽距？所測偽距就是由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速所得出的量測距離。由於衛(wèi)星時(shí)鐘、接收機(jī)時(shí)鐘的誤差以及無線電信號(hào)經(jīng)過電離層和對流層中的延遲，實(shí)際測出的距離與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離有一定差值，因此一般稱量測出的距離為偽距。用C/A碼進(jìn)行測量的偽距為C/A碼偽距，用P碼測量的偽距為P碼偽距。偽距概念2.GPS觀測量的基本概念（續(xù)）偽距法定位特點(diǎn)偽距法定位雖然一次定位精度不高，P碼定位誤差約為10m，C/A碼定位誤差為20-30m，但因其具有定位速度快，且無多值性問題等優(yōu)點(diǎn)，仍然是GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航的最基本方法。同時(shí)，所測偽距又可作為載波相位測量中解決整波數(shù)不確定問題（整周模糊度）的輔助資料。偽距定位觀測方程假設(shè)衛(wèi)星至觀測站的幾何距離為

ij，在忽略大氣影響的情況下可得相應(yīng)的偽距：當(dāng)衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘嚴(yán)格同步時(shí)，上式所確定的偽距即為站星幾何距離。為偽距，為真正幾何距離，為接收機(jī)和衛(wèi)星之間鐘差。通常GPS衛(wèi)星的鐘差可從衛(wèi)星發(fā)播的導(dǎo)航電文中獲得，經(jīng)鐘差改正後，各衛(wèi)星之間的時(shí)間同步差可保持在20ns以內(nèi)。如果忽略衛(wèi)星之間鐘差影響，並考慮電離層、對流層折射等影響，可得：偽距定位觀測方程偽距定位觀測方程幾何距離與衛(wèi)星座標(biāo)（Xs,Ys,Zs）和接收機(jī)座標(biāo)（X,Y,Z）之間有如下關(guān)係：其中衛(wèi)星座標(biāo)可根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得，所以式中只包含接收機(jī)座標(biāo)三個(gè)未知數(shù)。由於電離層改正數(shù)和對流層改正數(shù)可以按照一定的模型求解出，那麼如果將接收機(jī)鐘差也作為未知數(shù)，則共有四個(gè)未知數(shù)。因此，接收機(jī)必須同時(shí)至少測定四顆衛(wèi)星的距離才能解算出接收機(jī)的三維座標(biāo)值。測碼偽距觀測方程的常用形式如下：偽距定位觀測方程式中j為衛(wèi)星數(shù)，j＝1，2，3…。GPS載波相位測量載波相位測量是測量接收機(jī)接收到的具有多普勒頻移的載波信號(hào)，與接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波信號(hào)之間的相位差，通過相位差來求解接收機(jī)位置。由於載波的波長遠(yuǎn)小於碼長，C/A碼碼元寬度293m，P碼碼元寬度29.3m，而L1載波波長為19.03cm，L2載波波長為24.42cm，在解析度相同的情況下，L1載波的觀測誤差約為2.0mm，L2載波的觀測誤差約為2.5mm。而C/A碼觀測精度為2.9m，P碼為0.29m。載波相位觀測是目前最精確的觀測方法。載波相位測量觀測方程載波相位觀測的的觀測量是GPS接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本振參考信號(hào)的相位差。以表示k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻tk時(shí)所接受到的j衛(wèi)星載波信號(hào)的相位值，表示k接收機(jī)在鐘面時(shí)刻tk時(shí)所產(chǎn)生的本地參考信號(hào)的相位值，則k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻tk時(shí)觀測j衛(wèi)星所取得的相位觀測量可寫為：載波相位測量原理載波相位觀測的主要問題：無法直接測定衛(wèi)星載波信號(hào)在傳播路徑上相位變化的整周數(shù)，存在整周不確定性問題。此外，在接收機(jī)跟蹤GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測過程中，常常由於接收機(jī)天線被遮擋、外界雜訊信號(hào)干擾等原因，還可能產(chǎn)生整周跳變現(xiàn)象。有關(guān)整周不確定性問題，通常可通過適當(dāng)數(shù)據(jù)處理而解決，但將使數(shù)據(jù)處理複雜化。載波相位測量的主要問題載波相位測量值通常的相位測量或相位差測量只是測出一周以內(nèi)的相位值，實(shí)際測量中，如果對整周進(jìn)行計(jì)數(shù)，則自某一初始取樣時(shí)刻（t0）以後就可以取得連續(xù)的相位觀測值。Sj(t0)Sj(ti)N0kN0Int(φ)載波相位測量觀測方程t0時(shí)刻和tk

時(shí)刻的相位觀測值可以寫成：接收機(jī)在跟蹤衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，不斷測定小於一周的相位差，並利用整周計(jì)數(shù)器記錄從t0到tk

時(shí)間內(nèi)的整周數(shù)變化量Int(

)，這一時(shí)間段內(nèi)，要求衛(wèi)星信號(hào)沒有中斷。如果過程中衛(wèi)星失鎖了，那要採取其他方法進(jìn)行處理。整周未知數(shù)和整周跳變確定整周未知數(shù)N0是載波相位測量的一項(xiàng)重要工作，常用的方法有下列幾種：1、偽距法2、經(jīng)典方法－將整周未知數(shù)作為待定參數(shù)求解3、多普勒法（三差法）4、快速確定整周未知數(shù)法整周未知數(shù)和整周跳變1、偽距法偽距法是在進(jìn)行載波相位測量的同時(shí)又進(jìn)行了偽距測量，將偽距觀測值減去載波相位測量的實(shí)際觀測值（化為以距離為單位）後即可得到λ×N0。但由於偽距測量的精度較低，所以要有較多的觀測值取平均值後才能獲得正確的整波段數(shù)。整周未知數(shù)和整周跳變2、經(jīng)典方法把整周未知數(shù)當(dāng)作平差計(jì)算中的待定參數(shù)來加以估計(jì)和確定。分兩種方法：（1）整數(shù)解由於誤差影響，解得得整周未知數(shù)往往不是一個(gè)整數(shù)，然後將其固定為整數(shù)，並重新進(jìn)行平差計(jì)算。也稱為固定解（fixedsolution）（2）實(shí)數(shù)解當(dāng)誤差消除得不夠完全時(shí)，整周未知數(shù)無法估計(jì)很準(zhǔn)確，此時(shí)直接將實(shí)數(shù)解作為最後解。也稱為浮點(diǎn)解（floatingsolution）整周未知數(shù)和整周跳變3、多普勒法（三差法）由於連續(xù)跟蹤的所有載波相位測量觀測值中均含有相同的整周未知數(shù)，所以將相鄰兩個(gè)觀測曆元的載波相位相減，就將該未知數(shù)消去，從而直接接觸座標(biāo)參數(shù)，這就是多普勒法。由於三差法可以消除許多誤差，所以使用較廣泛。整周未知數(shù)和整周跳變4、快速確定整周位置數(shù)法1990年E.Frei和G.Beutler提出了快速模糊度（即整周未知數(shù)）解演算法進(jìn)行快速定位的方法。採用這種方法進(jìn)行短基線定位時(shí)，利用雙頻接收機(jī)只需觀測一分鐘便能成功的確定整周未知數(shù)。整周未知數(shù)和整周跳變參見書P54-56周跳的出現(xiàn)和處理是載波相位測量中的重要問題，整周跳變的探測與修復(fù)常用的方法有下列幾種方法：1、螢?zāi)粧呙璺ǎㄒ簿褪鞘止ぞ庉嫞?、多項(xiàng)式擬合法3、衛(wèi)星間求差法4、根據(jù)平差後的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)整周跳變3.GPS測量的誤差源（P87-99）誤差分類（性質(zhì)）系統(tǒng)誤差偶然誤差衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星鐘差GPS接收機(jī)鐘差大氣層延遲減弱修正措施多路經(jīng)效應(yīng)引起的誤差觀測誤差按誤差性質(zhì)分類按誤差性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差兩類。偶然誤差主要包括信號(hào)的多路徑效應(yīng)，系統(tǒng)誤差主要包括衛(wèi)星的星曆誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及大氣折射的誤差等。其中系統(tǒng)誤差無論從誤差的大小還是對定位結(jié)果的危害性都比偶然誤差要大得多，它是GPS測量的主要誤差源。同時(shí)系統(tǒng)誤差有一定的規(guī)律可循，可採取一定的措施加以消除。系統(tǒng)誤差是由於儀器本身不精確、或?qū)嶒?yàn)方法粗略、或?qū)嶒?yàn)原理不完善而產(chǎn)生的。偶然誤差是由各種偶然因素對實(shí)驗(yàn)者、測量儀器、被測物理量的影響而產(chǎn)生的。3.GPS測量的誤差源（續(xù)）與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差與GPS接收機(jī)有關(guān)的誤差GPS觀測量誤差源分類衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星軌道誤差電離層對流層多路經(jīng)效應(yīng)測站點(diǎn)的選擇和安置（相位中心）GPS接收機(jī)鐘差載波相位整周未知數(shù)與衛(wèi)星有關(guān)的誤差（1）衛(wèi)星鐘差GPS觀測量均以精密測時(shí)為依據(jù)。GPS定位中，無論碼相位觀測還是載波相位觀測，都要求衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步。實(shí)際上，儘管衛(wèi)星上設(shè)有高精度的原子鐘，仍不可避免地存在鐘差和漂移，偏差總量約在1ms內(nèi)，引起的等效距離誤差可達(dá)300km。衛(wèi)星鐘的偏差一般可通過對衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測精確地確定，並用二階多項(xiàng)式表示：

tj=a0+a1(t-t0e)+a2(t-t0e)2。式中的參數(shù)由主控站測定，通過衛(wèi)星的導(dǎo)航電文提供給用戶。與衛(wèi)星有關(guān)的誤差（2）衛(wèi)星軌道偏差：由於衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)中受多種攝動(dòng)力的複雜影響，而通過地面監(jiān)測站又難以可靠地測定這些作用力並掌握其作用規(guī)律，因此，衛(wèi)星軌道誤差的估計(jì)和處理一般較困難。目前，通過導(dǎo)航電文所得的衛(wèi)星軌道資訊，相應(yīng)的位置誤差約20-40m。隨著攝動(dòng)力模型和定軌技術(shù)的不斷完善，衛(wèi)星的位置精度將可提高到5-10m。衛(wèi)星的軌道誤差是當(dāng)前GPS定位的重要誤差來源之一。衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差（1）電離層折射影響：主要取決於信號(hào)頻率和傳播路徑上的電子總量。通常採取的措施：?利用雙頻觀測：電離層影響是信號(hào)頻率的函數(shù)，利用不同頻率電磁波信號(hào)進(jìn)行觀測，可確定其影響大小，並對觀測量加以修正。其有效性不低於95%.?利用電離層模型加以修正：對單頻接收機(jī)，一般採用由導(dǎo)航電文提供的或其他適宜電離層模型對觀測量進(jìn)行改正。目前模型改正的有效性約為75%，至今仍在完善中。?利用同步觀測值求差：當(dāng)觀測站間的距離較近（小於20km）時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)不同觀測站的路徑相近，通過同步求差，殘差不超過10-6。衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差（2）對流層的影響對流層折射對觀測量的影響可分為幹分量和濕分量兩部分。幹分量主要與大氣溫度和壓力有關(guān)，而濕分量主要與信號(hào)傳播路徑上的大氣濕度和高度有關(guān)。目前濕分量的影響尚無法準(zhǔn)確確定。對流層影響的處理方法：?定位精度要求不高時(shí)，忽略不計(jì)。?採用對流層模型加以改正。?引入描述對流層的附加待估參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中求解。?觀測量求差。衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差（3）多路徑效應(yīng)：也稱多路徑誤差，即接收機(jī)天線除直接收到衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)外，還可能收到經(jīng)天線周圍地物一次或多次反射的衛(wèi)星信號(hào)。兩種信號(hào)迭加，將引起測量參考點(diǎn)位置變化，使觀測量產(chǎn)生誤差。在一般反射環(huán)境下，對測碼偽距的影響達(dá)米級(jí)，對測相偽距影響達(dá)釐米級(jí)。在高反射環(huán)境中，影響顯著增大，且常常導(dǎo)致衛(wèi)星失鎖和產(chǎn)生周跳。措施：?安置接收機(jī)天線的環(huán)境應(yīng)避開較強(qiáng)發(fā)射面，如水面、平坦光滑的地面和建築表面。?選擇造型適宜且遮罩良好的天線如扼流圈天線。?適當(dāng)延長觀測時(shí)間，削弱週期性影響。?改善接收機(jī)的電路設(shè)計(jì)。3.GPS測量的誤差源（續(xù)）多路經(jīng)效應(yīng)概念接收設(shè)備有關(guān)的誤差主要包括觀測誤差、接收機(jī)鐘差、天線相位中心誤差和載波相位觀測的整周不確定性影響。（1）觀測誤差：除分辨誤差外，還包括接收天線相對測站點(diǎn)的安置誤差。分辨誤差一般認(rèn)為約為信號(hào)波長的1%。安置誤差主要有天線的置平與對中誤差和量取天線相位中心高度（天線高）誤差。例如當(dāng)天線高1.6m,置平誤差0.10，則對中誤差為2.8mm。接收設(shè)備有關(guān)的誤差（2）接收機(jī)鐘差GPS接收機(jī)一般設(shè)有高精度的石英鐘，日頻率穩(wěn)定度約為10-11。如果接收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘之間的同步差為1

s，則引起的等效距離誤差為300m。處理接收機(jī)鐘差的方法：?作為未知數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中求解。?利用觀測值求差方法，減弱接收機(jī)鐘差影響。?定位精度要求較高時(shí)，可採用外接頻標(biāo)，如銣、銫原子鐘，提高接收機(jī)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)精度。接收設(shè)備有關(guān)的誤差（3）載波相位觀測的整周未知數(shù)無法直接確定載波相位相應(yīng)起始曆元在傳播路徑上變化的整周數(shù)。同時(shí)存在因衛(wèi)星信號(hào)被阻擋和受到干擾，而產(chǎn)生信號(hào)跟蹤中斷和整周變跳。（4）天線相位中心位置偏差GPS定位中，觀測值都是以接收機(jī)天線的相位中心位置為準(zhǔn)，在理論上，天線相位中心與儀器的幾何中心應(yīng)保持一致。實(shí)際上，隨著信號(hào)輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化，同時(shí)與天線的品質(zhì)有關(guān)，可達(dá)數(shù)毫米至數(shù)釐米。如何減小相位中心的偏移，是天線設(shè)計(jì)的一個(gè)迫切問題。其他誤差來源（1）地球自轉(zhuǎn)影響（2）相對論效應(yīng)在GPS定位中，除了上述各種誤差外，衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘震盪器的隨機(jī)誤差、大氣折射模型和衛(wèi)星軌道攝動(dòng)模型誤差、地球潮汐以及信號(hào)傳播的相對論效應(yīng)等都會(huì)對觀測量產(chǎn)生影響。為提高長距離相對定位的精度，滿足地球動(dòng)力學(xué)研究要求，研究這些誤差來源，並確定它們的影響規(guī)律和改正方法，有重要意義。4.GPS定位基本原理(P74-75)接收機(jī)座標(biāo)（Receivercoordinates）

衛(wèi)星座標(biāo)（satellitecoordinates）第六章GPS絕對定位原理GPS觀測方程2.觀測方程的線性化3.整周未知數(shù)的確定與整周跳變的修復(fù)4.動(dòng)態(tài)絕對定位原理5.靜態(tài)絕對定位原理6.衛(wèi)星幾何分佈及其對定位精度的影響1.GPS觀測方程A.偽距觀測方程P51,P75-76B.載波相位觀測方程P52-53,P77B.線性的測相偽距觀測方程2.GPS觀測方程的線性化A.線性的測碼偽距觀測方程3.整周未知數(shù)的確定與整周跳變的修復(fù)(P53-56)整周不確定（模糊度）Ambiguity載波相位觀測值：小數(shù)部分精確可知整周（整數(shù)）不知3.1整周未知數(shù)確定方法整周未知數(shù)確定---AmbiguityResolution整周未知數(shù)：相對於起始曆元的相位整周3.1整周未知數(shù)確定方法（續(xù)）載波相位的變化方程：P54載波相位偽距觀測方程：**問題：上述二方程關(guān)係如何？最小二乘搜索法GPS接收機(jī)天線交換法KALMAN濾波法動(dòng)態(tài)確定整周未知數(shù)OntheFly(OTF)3.1整周未知數(shù)確定方法（續(xù)）基本方法：4.動(dòng)態(tài)絕對定位原理（P57-58）公式（5-28）

A.四顆星定位原理4.動(dòng)態(tài)絕對定位原理（續(xù)）B.GPS絕對定位求解步驟：設(shè)觀測點(diǎn)座標(biāo)初始值由公式（5-28）求得更新觀測點(diǎn)座標(biāo)初始值重複過程2和3直至收斂（誤差最?。?.動(dòng)態(tài)絕對定位原理（續(xù)）C.觀測衛(wèi)星數(shù)大於4的定位方法最小二乘法平差求解N=4N>45.靜態(tài)絕對定位原理商用軟體採用上述方法特點(diǎn)：固定點(diǎn)（單點(diǎn)）方法：採用最小二乘平差測碼偽距測相偽距6.精度因數(shù)及其對定位精度的影響(P59)A.

定位精度評價(jià)6.衛(wèi)星幾何分佈及其對定位精度的影響（續(xù)）B.

精度因數(shù)DOP（DilutionofPrecision)PDOP：表示空間位置誤差精度因數(shù)TDOP：表示鐘差精度的精度因數(shù)GDOP:表示空間位置誤差和時(shí)間誤差綜合影響HDOPVDOPDOP6.衛(wèi)星幾何分佈及其對定位精度的影響（續(xù)）C.衛(wèi)星幾何分佈對精度因數(shù)的影響GDOPPDOPTDOPHDOPVDOP偽距觀測精度GDOP大小與衛(wèi)星幾何分佈見周忠謨主編圖6-4（P120）3.1整周未知數(shù)確定方法（續(xù)）載波相位的變化方程：P54載波相位偽距觀測方程：**問題：上述二方程關(guān)係如何？載波相位偽距觀測方程線性化：6.精度因數(shù)及其對定位精度的影響(P59)A.

定位精度評價(jià)6.衛(wèi)星幾何分佈及其對定位精度的影響（續(xù)）B.

精度因數(shù)DOP（DilutionofPrecision)PDOP：表示空間位置誤差精度因數(shù)TDOP：表示鐘差精度的精度因數(shù)GDOP:表示空間位置誤差和時(shí)間誤差綜合影響HDOPVDOPDOP6.衛(wèi)星幾何分佈及其對定位精度的影響（續(xù)）C.衛(wèi)星幾何分佈對精度因數(shù)的影響GDOPPDOPTDOPHDOPVDOP偽距觀測精度GDOP大小與衛(wèi)星幾何分佈見周忠謨主編圖6-4（P120）第七章GPS相對定位原理相對定位方法概述2.靜態(tài)相對定位觀測方程3.靜態(tài)相對定位原理4.差分GPS定位方法GPS相對定位概念

至少兩臺(tái)GPS接收機(jī)，同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對位置（座標(biāo)差、基線向量）。它是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法。1.相對定位方法概述(P60)GPS相對定位

差分GPS定位

目的：消除和減弱下述誤差衛(wèi)星鐘差，GPS接收機(jī)鐘差，衛(wèi)星軌道誤差，電離層延遲，對流層延遲SA誤差3.靜態(tài)相對定位觀測方程單差（Singledifference）

雙差（Doubledifference）三差（Tripledifference)T1T2單差（Singledifference）3.靜態(tài)相對定位觀測方程（續(xù)）T1:T2:要點(diǎn)：二測站同時(shí)觀測同一衛(wèi)星衛(wèi)星鐘差影響已經(jīng)消除，這是單差模型的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)；而衛(wèi)星軌道誤差與傳播路徑誤差有一定的相關(guān)性，也可明顯的減弱雙差（Doubledifference）3.靜態(tài)相對定位觀測方程（續(xù)）要點(diǎn)：二測站同時(shí)觀測二顆衛(wèi)星T1T2接收機(jī)鐘差影響已經(jīng)消除，這是雙差模型的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)；而衛(wèi)星軌道誤差與傳播路徑誤差有一定的相關(guān)性，也可明顯的減弱T1T2三差（Tripledifference)3.靜態(tài)相對定位觀測方程（續(xù)）要點(diǎn)：二測站不同時(shí)觀測二顆衛(wèi)星消除了整周未知數(shù)的影響，這是三差模型的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)2.差分GPS定位方法(P66)根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密座標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，並由基準(zhǔn)站即時(shí)地將這一改正數(shù)發(fā)送。用戶不但接收GPS信號(hào)，同時(shí)也接收基準(zhǔn)站的改正數(shù)，並對其定位結(jié)果進(jìn)行改正，以提高定位精度。分為單基站差分、多基準(zhǔn)站的局部區(qū)域差分和廣域差分2.差分GPS定位方法（續(xù)）差分定位基本原理基準(zhǔn)站移動(dòng)目標(biāo)修正量單站差分位置差分：位置改正數(shù)偽距差分：偽距改正數(shù)載波相位差分（RTK）：修正法與差分法位置差分GPS是一種最簡單的差分方法。安置在已知精確座標(biāo)基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)，通過對4顆或以上衛(wèi)星觀測，便可實(shí)現(xiàn)定位，可以求出基準(zhǔn)站的座標(biāo)但存在衛(wèi)星星曆、時(shí)鐘等誤差，該座標(biāo)與已知基準(zhǔn)站座標(biāo)不一致，存在誤差：基準(zhǔn)站利用資料鏈將座標(biāo)改正數(shù)發(fā)送給用戶位置差分位置差分用戶接收到座標(biāo)改正數(shù)對其計(jì)算得到的座標(biāo)進(jìn)行改正：經(jīng)過座標(biāo)改正後的用戶座標(biāo)已經(jīng)消去了基準(zhǔn)站與用戶的共同誤差，如星曆誤差、大氣折射誤差、衛(wèi)星誤差，提高精度偽距差分偽距差分時(shí)目前應(yīng)用最為廣泛的一種差分定位技術(shù)。通過在基準(zhǔn)站上利用已知座標(biāo)求出站星的距離，並將其與含有誤差的測量距離比較，並將測距誤差傳輸給用戶，用戶用此來對測距進(jìn)行相應(yīng)改正。但偽距差分很大程度上依賴兩站距離，隨著距離增加，其公共誤差減弱，如對流層、電離層，因此應(yīng)考慮距離因素。RTK（RealTimeKinematic）即時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位技術(shù)是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng)。是GPS測量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)重大突破。RTK測量技術(shù)以載波相位觀測測量為根據(jù)的即時(shí)差分GPS測量技術(shù)。精度速度、即時(shí)、可用2.差分GPS定位方法（續(xù)）即時(shí)動(dòng)態(tài)差分GPS：RTK（RealTimeKinematic）即時(shí)傳輸修正量差分GPS系統(tǒng)(p69-72)單站差分GPS局部區(qū)域差分（LADGPS）廣域差分GPS系統(tǒng)（WADGPS）增強(qiáng)型GPS系統(tǒng)：偽衛(wèi)星、多基準(zhǔn)站（VRS）等

坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)分類2.地球坐標(biāo)系3.WGS-84坐標(biāo)系和我國大地坐標(biāo)系4.時(shí)間系統(tǒng)GPS衛(wèi)星總是圍繞地球質(zhì)心旋轉(zhuǎn)，與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)；觀測站固定在地球表面，與自轉(zhuǎn)有關(guān)。在全球定位系統(tǒng)中，為了確定用戶接收機(jī)的位置，GPS衛(wèi)星的暫態(tài)位置通常應(yīng)化算到統(tǒng)一的地球坐標(biāo)系統(tǒng)。為何引入坐標(biāo)系統(tǒng)？1.坐標(biāo)系統(tǒng)分類

空間固定坐標(biāo)系

(與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)的慣性參考系，對描述衛(wèi)星的運(yùn)行位置和狀態(tài)極其方便)

天球坐標(biāo)系,慣性坐標(biāo)系(InertialSystem）

與地球固聯(lián)的坐標(biāo)系

(ECEF---Earth-centered-earth-fixed，該系統(tǒng)對表達(dá)地面觀測站的位置和處理GPS觀測數(shù)據(jù)尤為方便)地球坐標(biāo)系，（WGS-84北京--54西安—80）坐標(biāo)系統(tǒng)是由座標(biāo)原點(diǎn)位置、坐標(biāo)軸指向和尺度所定義。2.地球坐標(biāo)系橢圓子午圈子午線或經(jīng)線基準(zhǔn)經(jīng)線

基礎(chǔ)知識(shí)2.地球坐標(biāo)系（續(xù)）基礎(chǔ)知識(shí)橢圓子午圈:包含地軸的平面與地球橢球體面相交的截痕子午線或經(jīng)線：兩極之間的半個(gè)子午圈基準(zhǔn)經(jīng)線：通過英國倫敦格林威治天文臺(tái)的經(jīng)線2.地球坐標(biāo)系（續(xù)）ECEF表達(dá)形式：空間直角坐標(biāo)系（XYZ）大地坐標(biāo)系（BLH）P12

Earth-centered-earth-fixed(ECEF)frameLocalgeodeticcoordinatesystem（NEU）2.地球坐標(biāo)系（續(xù)）坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)係(P12)空間直角坐標(biāo)系（XYZ）大地坐標(biāo)系（BLH）N為卯酉圈的半徑

a為地球橢球長半軸b為地球橢球的短半軸

A.由大地坐標(biāo)系（BLH）變換到空間直角坐標(biāo)系（XYZ）見P12公式（2-3）2.地球坐標(biāo)系（續(xù)）B.由空間直角坐標(biāo)系（XYZ）變換到大地坐標(biāo)系（BLH）空間直角坐標(biāo)系（XYZ）大地坐標(biāo)系（BLH）N是B的函數(shù)採用迭代的方法，先將B求出，再確定H。見P12

公式（2-4）2.地球坐標(biāo)系（續(xù)）A.

地球坐標(biāo)系與天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

B.地球坐標(biāo)系其他表達(dá)形式地球參心坐標(biāo)系天文坐標(biāo)系站心坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系3.WGS-84坐標(biāo)系和我國大地坐標(biāo)系A(chǔ).國家大地坐標(biāo)系地球橢球的基本特徵:P18

四參數(shù)北京54大地坐標(biāo)系(1954年)

a=6378245(m)f=1/298.3西安80大地坐標(biāo)系（1980年）

B.

衛(wèi)星大地測量基準(zhǔn)WGS-84表達(dá)形式：

世界大地坐標(biāo)系WGS（WorldGeodeticSystem）GPS採用WGS-841987年開始參數(shù)見P17空間直角坐標(biāo)系（XYZ）大地坐標(biāo)系（BLH）3.WGS-84坐標(biāo)系和我國大地坐標(biāo)系(續(xù))基本大地參數(shù)WGS-72WGS-84a(m)63781356378137f1/298.261/298.257(rad/s)7.29211510-57.29211510-5GM(km3/s2)398600.8398600.5WGS-72與WGS-84的基本大地參數(shù)在天文學(xué)和空間科學(xué)技術(shù)中，時(shí)間系統(tǒng)是精確描述天體和衛(wèi)星運(yùn)行位置及其相互關(guān)係的重要基準(zhǔn)，也是利用衛(wèi)星進(jìn)行定位的重要基準(zhǔn)。4.時(shí)間系統(tǒng)A.世界時(shí)(UniversalTime—UT)

平子夜為零時(shí)的格林威治平太陽B.原子時(shí)（AtomicTime-AT)

高精度時(shí)間系統(tǒng)

C.協(xié)調(diào)世界時(shí)(CoordinateUniversalTime—UTC)

由於世界時(shí)與原子時(shí)間的積累誤差定義接近世界時(shí)的折中時(shí)間系統(tǒng)D.GPS時(shí)(GPST)

GPS時(shí)屬於原子時(shí)系統(tǒng)，由GPS主控站的原子鐘控制

為精密導(dǎo)航和測量需要，全球定位系統(tǒng)建立了專用的時(shí)間系統(tǒng)，由GPS主控站的原子鐘控制。GPS時(shí)屬於原子時(shí)系統(tǒng)，秒長與原子時(shí)相同，但與國際原子時(shí)的原點(diǎn)不同，即GPST與IAT在任一瞬間均有一常量偏差。IAT-GPST=19s，GPS時(shí)與協(xié)調(diào)時(shí)的時(shí)刻，規(guī)定在1980年1月6日0時(shí)一致，隨著時(shí)間的積累，兩者的差異將表現(xiàn)為秒的整數(shù)倍第三章衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)及GPS衛(wèi)星星曆1.

衛(wèi)星的軌道參數(shù)2.GPS軌道誤差對測量精度影響3.GPS衛(wèi)星的星曆衛(wèi)星軌道在GPS定位中的意義衛(wèi)星在空間運(yùn)行的軌跡稱為軌道，描述衛(wèi)星軌道位置和狀態(tài)的參數(shù)稱為軌道參數(shù)。由於利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航和測量時(shí)，衛(wèi)星作為位置已知的高空觀測目標(biāo)，在進(jìn)行絕對定位時(shí)，衛(wèi)星軌道誤差將直接影響用戶接收機(jī)位置的精度；而在相對定位時(shí)，儘管衛(wèi)星軌道誤差的影響將會(huì)減弱，但當(dāng)基線較長或精度要求較高時(shí)，軌道誤差影響不可忽略。此外，為了制訂GPS測量的觀測計(jì)畫和便於捕獲衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，也需要知道衛(wèi)星的軌道參數(shù)。1.

衛(wèi)星的軌道參數(shù)（P25）軌道傾角i

衛(wèi)星軌道平面與赤道平面的夾角見圖3-1升交點(diǎn)赤經(jīng)

衛(wèi)星從南向北越過赤道的交點(diǎn)為升交點(diǎn)升交點(diǎn)與春分點(diǎn)之間的夾角

（從春分點(diǎn)方向向東在赤道上量到升交點(diǎn)的弧距稱升交點(diǎn)赤經(jīng)）近地點(diǎn)角距

從升交點(diǎn)與近地點(diǎn)之間的地心夾角軌道橢圓長半軸A軌道橢圓偏心率e2.GPS軌道誤差對測量精度影響軌道誤差對所測基線精度的影響(P95)衛(wèi)星軌道誤差用戶至衛(wèi)星距離兩觀測站間的基線長度3.GPS衛(wèi)星的星曆衛(wèi)星星曆：描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道的資訊預(yù)報(bào)星曆（廣播星曆）後處理星曆（精密星曆）GPS星曆預(yù)報(bào)星曆軌道參數(shù)軌道攝動(dòng)改正項(xiàng)P33表後處理星曆根據(jù)觀測資料計(jì)算的衛(wèi)星星曆衛(wèi)星的預(yù)報(bào)星曆是用跟蹤站以往時(shí)間的觀測資料推求的參考軌道參數(shù)為基礎(chǔ)，並加入軌道攝動(dòng)項(xiàng)改正而外推的星曆。用戶在觀測時(shí)可以通過導(dǎo)航電文即時(shí)得到，對導(dǎo)航和即時(shí)定位十分重要。但對精密定位服務(wù)則難以滿足精度要求。後處理星曆是一些國家的某些部門根據(jù)各自建立的跟蹤站所獲得的精密觀測資料，應(yīng)用與確定預(yù)報(bào)星曆相似的方法，計(jì)算的衛(wèi)星星曆。這種星曆通常是在事後向用戶提供的在用戶觀測時(shí)的衛(wèi)星精密軌道資訊，因此稱後處理星曆或精密星曆。該星曆的精度目前可達(dá)分米。預(yù)報(bào)星曆是通過衛(wèi)星發(fā)射的含有軌道資訊的導(dǎo)航電文傳遞給用戶，經(jīng)解碼獲得所需的衛(wèi)星星曆，也稱廣播星曆，包括相對某一參考曆元的開普勒軌道參數(shù)和必要的軌道攝動(dòng)項(xiàng)改正參數(shù)。由於預(yù)報(bào)星曆每小時(shí)更新一次，在數(shù)據(jù)更新前後，各運(yùn)算式之間將會(huì)產(chǎn)生小的跳躍，其值可達(dá)數(shù)分米，一般可利用適當(dāng)?shù)臄M合技術(shù)（如切比雪夫多項(xiàng)式）予以平滑。

GPS用戶通過衛(wèi)星廣播星曆可以獲得的有關(guān)衛(wèi)星星曆參數(shù)共16個(gè)。後處理星曆一般不通過衛(wèi)星的無線電信號(hào)向用戶傳遞，而是通過磁片、電視、電傳、衛(wèi)星通訊等方式有償?shù)貫樗枰挠脩舴?wù)。建立和維持一個(gè)獨(dú)立的跟蹤系統(tǒng)來精密測定GPS衛(wèi)星的軌道，技術(shù)複雜，投資大，因此，利用GPS預(yù)報(bào)星曆進(jìn)行精密定位工作仍是目前一個(gè)重要的研究和開發(fā)領(lǐng)域。第四章GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號(hào)1.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文GPS衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成3.GPS測距碼信號(hào)GPS載波信號(hào)GPS衛(wèi)星座標(biāo)計(jì)算GPS接收機(jī)基本工作原理GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，是用戶用來定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。導(dǎo)航電文包含有關(guān)衛(wèi)星的星曆、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時(shí)鐘改正、衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài)、軌道攝動(dòng)改正、大氣折射改正和由C/A碼捕獲P碼等導(dǎo)航資訊。導(dǎo)航電文又稱為數(shù)據(jù)碼（或D碼）。導(dǎo)航電文也是二進(jìn)位碼，依規(guī)定格式組成，按幀向外播送。每幀電文含有1500比特，播送速度50bit/s，每幀播送時(shí)間30s。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文1.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文

（P34-36）導(dǎo)航電文衛(wèi)星星曆衛(wèi)星工作狀態(tài)時(shí)間系統(tǒng)衛(wèi)星鐘偏差校正參數(shù)軌道攝動(dòng)改正參數(shù)大氣折射改正參數(shù)子幀5子幀1子幀2子幀3子幀4子幀I遙測字+轉(zhuǎn)換字+數(shù)據(jù)塊I導(dǎo)航電文二進(jìn)位碼NavigationMessage每幀導(dǎo)航電文含5個(gè)子幀，每個(gè)子幀分別含有10個(gè)字，每個(gè)字30比特，故每個(gè)子幀共300比特，播發(fā)時(shí)間6s。為記載多達(dá)25顆衛(wèi)星，子幀4、5各含有25頁。子幀1、2、3和子幀4、5的每一頁構(gòu)成一個(gè)主幀。主幀中1、2、3的內(nèi)容每小時(shí)更新一次，4、5的內(nèi)容僅當(dāng)給衛(wèi)星注入新的導(dǎo)航電文後才得以更新。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文一幀導(dǎo)航電文的內(nèi)容TLWHOW數(shù)據(jù)塊—1時(shí)鐘修正參數(shù)TLWHOW數(shù)據(jù)塊—2星曆表TLWHOW數(shù)據(jù)塊—2星曆表繼續(xù)TLWHOW數(shù)據(jù)塊—3衛(wèi)星曆書等TLWHOW數(shù)據(jù)塊—3衛(wèi)星曆書等子幀1一個(gè)子幀6s長，10個(gè)字，每字30比特1幀30s1500比特子幀3子幀4子幀5子幀21、遙測碼（TLW—TelemetryWORD）位於個(gè)子幀的開頭，作為捕獲導(dǎo)航電文的前導(dǎo)。遙測碼的第1～8比特是同步碼，使用戶便於解釋導(dǎo)航電文；第9～22比特為遙測電文，其中包括地面監(jiān)測系統(tǒng)注入數(shù)據(jù)時(shí)的狀態(tài)資訊、診斷資訊和其他資訊。第23和第24比特是連接碼；第25～30比特為奇偶校驗(yàn)碼，它用於發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤。導(dǎo)航電文內(nèi)容導(dǎo)航電文內(nèi)容2、轉(zhuǎn)換碼（HOW—HandOverWord）

緊接各子幀的遙測碼，主要向用戶提供用於捕獲P碼的Z記數(shù)。所謂Z記數(shù)是從星期日零時(shí)只能星期六24時(shí)，P碼字碼X1的週期（1.5秒）的重複數(shù)。因此，當(dāng)知道了Z計(jì)數(shù)，便能較快地捕獲到P碼。導(dǎo)航電文內(nèi)容3、第一數(shù)據(jù)塊

第一數(shù)據(jù)塊位於第1子幀的第3～10字碼，它的主要內(nèi)容包括：

a、時(shí)延差改正Tgd－就是載波L1、L2的電離層時(shí)延差。b、數(shù)據(jù)齡期AODC－是時(shí)鐘改正數(shù)的外推時(shí)間間隔，它指明衛(wèi)星時(shí)鐘改正數(shù)的置信度。C、星期序號(hào)WN－表示從1980年1月6日子夜零點(diǎn)（UTC）起算的星期數(shù)，即GPS星期數(shù)。d、衛(wèi)星時(shí)鐘改正－GPS時(shí)間和UTC時(shí)間之間存在的差值。導(dǎo)航電文內(nèi)容4、第二數(shù)據(jù)塊

第二數(shù)據(jù)塊包括第2和第3子幀，其內(nèi)容表示GPS衛(wèi)星的星曆，描述衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道的參數(shù)，包括下列三類：

a、開普勒六參數(shù)。b、軌道攝動(dòng)九參數(shù)。C、時(shí)間二參數(shù)有關(guān)衛(wèi)星運(yùn)行及其軌道的參數(shù)內(nèi)容，具體可參見衛(wèi)星大地測量有關(guān)參考書。導(dǎo)航電文內(nèi)容5、第三數(shù)據(jù)塊

第三數(shù)據(jù)塊包括第4和第5子幀，其內(nèi)容包括了所有GPS衛(wèi)星的曆書數(shù)據(jù)。當(dāng)接收機(jī)捕獲到某顆GPS衛(wèi)星後，根據(jù)第三數(shù)據(jù)塊提供的其他衛(wèi)星的概略星曆、時(shí)鐘改正、衛(wèi)星改正、衛(wèi)星工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，用戶可以選擇工作正常和位置適當(dāng)?shù)男l(wèi)星，並且較快地捕獲到所選擇地衛(wèi)星。2.GPS衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成（P36-40）GPS衛(wèi)星信號(hào)測距碼數(shù)據(jù)碼(導(dǎo)航電文）載波P碼（Y碼）C/A碼L1載波L2載波偽隨機(jī)碼L波段L1載波L2載波3.GPS測距碼信號(hào)(P39)C/A碼的碼元寬度較大，測距誤差2.9米（碼寬293.1米）

P碼的碼元寬度較小，測距誤差0.29米（碼寬29.3米）

基本頻率10.23MHzL1載波1575.42MHzL2載波1227.60MHzC/A碼1.023MHzP碼10.23MHzP碼10.23MHz數(shù)據(jù)碼50BPS數(shù)據(jù)碼50BPS15412010204600GPS衛(wèi)星信號(hào)包含三種信號(hào)分量：載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。信號(hào)分量的產(chǎn)生都是在同一個(gè)基本頻率f0=10.23MHz的控制下產(chǎn)生，GPS衛(wèi)星信號(hào)示意圖如下GPS衛(wèi)星信號(hào)的載波和調(diào)製f0x120f0x154f04.GPS載波信號(hào)(P36)基本頻率控制產(chǎn)生三種信號(hào)分量TwoCarrierFrequencies（載波頻率）L1is154xf0=1575.42MHz,whichhasawavelengthof0.19mL2is120xf0=1227.6MHz,whichhasawavelengthof0.24m4.GPS載波信號(hào)（續(xù)）L1載波C/A碼P碼（Y碼）數(shù)據(jù)碼L2載波P碼（Y碼）數(shù)據(jù)碼Acarrierwavecanbecharacterizedbyitswavelength(l)orfrequency(f)Thefrequencyandwavelengtharerelatedbythefollowingexpression:

l=c/f;andf=c/l;wherec=speedoflight(2.99792458x108m/s)Thehigherthefrequency,theshorte