GPS原理及應用課件

GPS原理及其應用

(一)第一章 緒論§1.1全球定位系統的產生、發(fā)展及前景§1.2GPS在各個領域中的應用§1.1全球定位系統的產生、發(fā)展及前景什麼是GPS？GPS的英文全稱是

NavigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem

簡稱GPS，有時也被稱作NAVSTARGPS。其意為“導航星測時與測距全球定位系統”，或簡稱全球定位系統。緒論>全球定位系統的產生、發(fā)展及前景>什麼是全球定位系統GPS概述①建立國家美國目的在全球範圍內，提供即時、連續(xù)、全天候的導航定位及授時服務開始籌建時間1973年完全建成時間1995年緒論>全球定位系統的產生、發(fā)展及前景>GPS概述①GPS概述②系統構成空間部分、地面控制部分、用戶部分服務方式通過由多顆衛(wèi)星所組成的衛(wèi)星星座提供導航定位服務定位原理距離交會測距原理被動式電磁波測距特點全球覆蓋、全天候、不間斷、精度高緒論緒論>全球定位系統的產生、發(fā)展及前景>

GPS概述②常規(guī)（地面）定位方法近、現代的常規(guī)定位方法採用的儀器設備尺：銦鋼尺光學儀器：經緯儀，水準儀電磁波或鐳射儀器：測距儀綜合多種技術的儀器：全站儀觀測值角度或方向觀測距離觀測天文觀測方法緒論>全球定位系統的產生、發(fā)展及前景>常規(guī)（地面）定位方法常規(guī)定位方法的局限性需要事先佈設大量的地面控制點/地面站無法同時精確確定點的三維座標觀測受氣候、環(huán)境條件限制觀測點之間需要保證通視需要修建覘標/架設高大的天線邊長受到限制觀測難度大效率低：無用的中間過渡點受系統誤差影響大，如地球旁折光難以確定地心座標緒論>全球定位系統的產生、發(fā)展及前景>常規(guī)（地面）定位方法的局限性子午衛(wèi)星系統及其局限性系統簡介NNSS–NavyNavigationSatelliteSystem（海軍導航衛(wèi)星系統），由於其衛(wèi)星軌道為極地軌道，故也稱為Transit（子午衛(wèi)星系統）採用利用多普勒效應進行導航定位，也被稱為多普勒定位系統美國研製、建立1964年1月建成1967年7月解密供民用子午衛(wèi)星子午衛(wèi)星星座緒論>全球定位系統的產生、發(fā)展及前景>子午衛(wèi)星系統及其局限性子午衛(wèi)星系統及其局限性系統組成空間部分衛(wèi)星：發(fā)送導航定位信號（信號：4.9996MHz

30=149.988MHz；4.9996MHz

80=399.968MHz；星曆）衛(wèi)星星座–

由6顆衛(wèi)星構成，6軌道面，軌道高度1075km地面控制部分包括：跟蹤站、計算中心、注入站、控制中心和海軍天文臺用戶部分多普勒接收機大地測量多普勒接收機-1（MX1502）大地測量多普勒接收機-2（CMA751）緒論>全球定位系統的產生、發(fā)展及前景>子午衛(wèi)星系統及其局限性子午衛(wèi)星系統及其局限性應用領域海上船舶的定位大地測量精度單點定位：15次合格衛(wèi)星通過（兩次通過之間的時間間隔為0.8h~1.6h），精度約為10m聯測定位：各站共同觀測17次合格衛(wèi)星通過，精度約為0.5m多普勒聯測定位多普勒單點定位緒論>全球定位系統的產生、發(fā)展及前景>子午衛(wèi)星系統及其局限性子午衛(wèi)星系統及其局限性系統缺陷衛(wèi)星少，觀測時間和間隔時間長，無法提供即時導航定位服務導航定位精度低衛(wèi)星信號頻率低，不利於補償電離層折射效應的影響衛(wèi)星軌道低，難以進行精密定軌TRANSIT系統衛(wèi)星：6顆極地軌道軌道高度：1075km信號頻率：400MHz、150MHz絕對定位精度：1m相對定位精度：0.1m~0.5m定位原理：多普勒定位存在問題：衛(wèi)星少，無法實現即時定位；軌道低，難以精密定軌；頻率低，難以消除電離層影響。緒論>全球定位系統的產生、發(fā)展及前景>子午衛(wèi)星系統及其局限性GPS的發(fā)展簡史——方案論證階段1973年12月，美國國防部批準研製GPS。1978年2月22日，第1顆GPS試驗衛(wèi)星發(fā)射成功。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研製了地面接收機及建立地面跟蹤網。緒論>全球定位系統的產生、發(fā)展及前景>GPS的發(fā)展簡史GPS的發(fā)展簡史——全面研製和試驗階段從1979年到1987年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研製了各種用途接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標準。緒論>全球定位系統的產生、發(fā)展及前景>GPS的發(fā)展簡史GPS的發(fā)展簡史——實用組網階段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)爭中，GPS首次大規(guī)模用於實戰(zhàn)。1993年底實用的GPS網即（21+3）GPS星座已經建成，今後將根據計畫更換失效的衛(wèi)星。

1995年7月17日，GPS達到FOC–

完全運行能力（FullOperationalCapability）。緒論>全球定位系統的產生、發(fā)展及前景>GPS的發(fā)展簡史§1.2GPS在各個領域中的應用GPS在軍事中的應用GPS導航的艦載飛彈

配備GPS的士兵

美國海軍核潛艇

緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在交通運輸業(yè)中的應用航運、航空搜索陸路交通（車輛導航、監(jiān)控）船舶遠洋導航和進港引水緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在測量中的應用建立和維持全球性的參考框架緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在測量中的應用板塊運動和監(jiān)測緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在測量中的應用建立各級國家平面控制網緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在測量中的應用佈設城市控制網、工程測量控制網，進行各種工程測量緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在測量中的應用在航空攝影測量、地籍測量、海洋測量中的應用緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在其他領域中的應用精細農業(yè)遙感衛(wèi)星定軌資源勘探個人旅遊及野外探險電力、廣播、電視、通訊等網路的時間同步、時間傳遞….緒論>GPS在各個領域中的應用GPS原理及其應用

(二)第一章 緒論§1.3美國政府的GPS政策§1.4其他衛(wèi)星導航定位系統§1.3美國政府的GPS政策美國政府的GPS政策SPS與PPSSPS–

標準定位服務使用C/A碼，民用2DRMS水準=100m2DRMS垂直=150-170m2DRMS時間=340nsPPS–

精密定位服務可使用P碼，軍用2DRMS水準=22m2DRMS垂直=27.7m2DRMS時間=200ns緒論>美國政府的GPS政策美國政府的GPS政策SA技術（1990.3.25~2000.5.1）SelectiveAvailability–

選擇可用性人為降低普通用戶的測量精度。方法:ε技術：降低星曆精度（加入隨機變化）δ技術：衛(wèi)星鐘加高頻抖動 （短週期，快變化）AS技術（1994.1.31~至今）Anti-Spoofing–反電子欺騙P碼加密，P+W

Y緒論>美國政府的GPS政策GPS現代化1999年1月25日，美國副總統戈爾宣佈，將斥資40億美元，進行GPS現代化。GPS現代化實質是要加強GPS對美軍現代化戰(zhàn)爭中的支撐和保持全球民用導航領域中的領導地位。緒論>美國政府的GPS政策GPS現代化GPS現代化的內涵：保護。即GPS現代化是為了更好地保護美方和友好方的使用，要發(fā)展軍碼和強化軍碼的保密性能，加強抗干擾能力；阻止。即阻擾敵對方的使用，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。緒論>美國政府的GPS政策GPS現代化GPS現代化第一階段發(fā)射12顆改進型的BLOCKⅡR型衛(wèi)星。

GPS現代化第二階段發(fā)射6顆GPSBLOCKⅡF（“ⅡFLite”）。GPS現代化計畫的第三階段發(fā)射GPSBLOCKⅢ型衛(wèi)星，在2003年前完成代號為GPSⅢ的GPS完全現代化計畫設計工作。緒論>美國政府的GPS政策§1.4 其他衛(wèi)星導航定位系統的概況其他衛(wèi)星導航定位系統——GLONASSGLONASS－GlobalNavigationSatelliteSystem（全球導航衛(wèi)星系統）開發(fā)者俄羅斯（前蘇聯）系統構成衛(wèi)星星座地面控制部分用戶設備緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>GLONASSGLONASSconstellationGLONASSsatelliteP24緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>GLONASS其他衛(wèi)星導航定位系統——GLONASSGLONASS與GPS的比較參數GLONASSNAVSTARGPS系統中的衛(wèi)星數21＋321＋3軌道平面數36軌道傾角64.8°55°軌道高度19100km20180km軌道週期（恒星時）11h15min12h衛(wèi)星信號的區(qū)分FDMACDMAL1頻率1602~1615MHz頻道間隔0.5625MHz1575MHzL2頻率1246~1256MHz頻道間隔0.4375MHz1228MHz緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>GLONASS其他衛(wèi)星導航定位系統——GLONASS衛(wèi)星運行狀況從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。由於衛(wèi)星壽命過短，加之俄羅斯前一段時間經濟狀況欠佳，無法及時補充新衛(wèi)星，故該系統不能維持正常工作。到目前為止（2006年3月20日）,GLONASS系統共有17顆衛(wèi)星在軌。其中有11顆衛(wèi)星處於工作狀態(tài)，2顆備用，4顆已過期而停止使用。俄羅斯計畫到2007年使GLONASS系統的工作衛(wèi)星數量至少達到18顆，開始發(fā)揮導航定位功能。緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>GLONASS其他衛(wèi)星導航定位系統——Galileo伽俐略（Galileo）衛(wèi)星導航定位系統2002年3月24日歐盟決定研製組建自己的民用衛(wèi)星導航定位系統——

Galileo系統。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)星將均勻分佈在3個軌道平面上，衛(wèi)星高度為23616km，軌道傾角為56°。Galileo系統是一種多功能的衛(wèi)星導航定位系統，具有公開服務、安全服務、商業(yè)服務和政府服務等功能，但只有前兩種服務是自由公開的，後兩種服務則需經過批準後才能使用。緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>GalileotheGalileosatelliteconstellation

P26其他衛(wèi)星導航定位系統——Galileo緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>Galileo其他衛(wèi)星導航定位系統——Galileo2005年12月28日第一顆Galileo試驗衛(wèi)星（GalileoIn-OrbitValidationElements--GlOVE-A）成功進入高度為2.3萬Km的預定軌道。2006年1月12日，GlOVE-A已開始向地面發(fā)送信號。這標誌著總投資為34億歐元（約合41億美元）的計畫已進入實施階段。到2010年歐洲將發(fā)射30顆服役期約為20年的正式衛(wèi)星，完成伽利略衛(wèi)星星座的部署工作。伽利略系統建成後，美歐兩大相互相容的導航定位系統將大大有助於提供導航定位的精度和可靠性。P28緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>GalileoGIOVEAGIOVEBtheGIOVESatelliteP29其他衛(wèi)星導航定位系統——GalileoGIOVE的主要目標:

頻率信號測試；驗證一些關鍵技術（比如銣原子鐘、氫原子鐘）；軌道環(huán)境特徵測試；並行2或3通道信號傳輸測試。緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>Galileo其他衛(wèi)星導航定位系統——北斗衛(wèi)星導航系統我國自行研製的兩顆北斗導航試驗衛(wèi)星分別於2000年10月31日和12月20日從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空並準確進入預定的地球同步軌道（東經80o和140o的赤道上空），此外另一顆備用衛(wèi)星也被送入預定軌道（東經110.5o的赤道上空），標誌著我國擁有了自己的第一代衛(wèi)星導航系統——BD–1。緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>北斗衛(wèi)星導航系統

北斗1代衛(wèi)星導航系統組成圖P32其他衛(wèi)星導航定位系統——北斗衛(wèi)星導航系統“北斗衛(wèi)星導航系統”系統是由空間衛(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)星上帶有信號轉發(fā)裝置，完成地面控制中心站和用戶終端之間的雙向無線電信號的中繼任務。緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>北斗衛(wèi)星導航系統

其他衛(wèi)星導航定位系統——北斗衛(wèi)星導航系統用戶終端分為定位通信終端集團用戶管理站終端差分終端校時終端等緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>北斗衛(wèi)星導航系統

其他衛(wèi)星導航定位系統——北斗衛(wèi)星導航系統與GPS系統不同，所有用戶終端位置的計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的位置及時間資訊。同時，地面控制中心站還負責整個系統的監(jiān)控管理。與GPS、GLONASS、Galileo等國外的衛(wèi)星導航系統相比，BD–1有自己的優(yōu)點。如投資少，組建快；具有通信功能；捕獲信號快等。但也存在著明顯的不足和差距，如用戶隱蔽性差；無測高和測速功能；用戶數量受限制；用戶的設備體積大、重量重、能耗大等。緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>北斗衛(wèi)星導航系統

其他衛(wèi)星導航定位系統——北斗衛(wèi)星導航系統BD–2為了使我國的衛(wèi)星導航定位系統的性能有實質性的提高，中央已決定研製組建第二代北斗衛(wèi)星導航定位系統（BD–2）。從導航體制、測距方法、衛(wèi)星星座、信號結構及接收機等方面進行全面改進。衛(wèi)星星座計畫由GEO衛(wèi)星，IGSO衛(wèi)星和MEO衛(wèi)星組成。此項工作將成為”十一五”期間的一項重要工作。P33緒論>其他衛(wèi)星導航定位系統>北斗衛(wèi)星導航系統

GPS原理及其應用

(三)第二章 全球定位系統的組成及信號結構§2.1全球定位系統的組成§2.1全球定位系統的組成GPS的系統組成GPS系統由三部分組成空間部分地面控制部分用戶設備部分全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成GPS的空間部分①GPS的空間部分的組成GPS衛(wèi)星星座全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的空間部分6個軌道面平均軌道高度20200km軌道傾角55

週期11h58min（顧及地球自轉，地球-衛(wèi)星的幾何關係每天提前4min重複一次）GPS的空間部分②全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的空間部分GPS衛(wèi)星星座設計星座：21+321顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動的備用衛(wèi)星保證在每天24小時的任何時刻，在高度角15

以上，能夠同時觀測到4顆以上衛(wèi)星當前星座：28顆GPS的空間部分③全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的空間部分GPS的空間部分④GPS衛(wèi)星的地面軌跡全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的空間部分GPS的空間部分⑤GPS衛(wèi)星作用：接收、存儲導航電文生成用於導航定位的信號（測距碼、載波）發(fā)送用於導航定位的信號（採用雙相調製法調製在載波上的測距碼和導航電文）接受地面指令，進行相應操作其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測核暴等。主要設備太陽能電池板原子鐘（2臺銫鐘、2臺銣鐘）信號生成與發(fā)射裝置全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的空間部分GPS衛(wèi)星（續(xù)）類型試驗衛(wèi)星：BlockⅠ工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡ：存儲星曆能力為14天，具有SA和AS地能力BlockⅡA（Advanced）：衛(wèi)星間可相互通訊，存儲星曆能力為180天，SV35和SV36帶有鐳射反射棱鏡BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：衛(wèi)星間可相互跟蹤相互通訊BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS衛(wèi)星,增設第三民用頻率GPS的空間部分⑥全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的空間部分GPS的空間部分⑦BlockIIRBlockIIABlockIIABlockIIRBlockIIFBlockIIR不同類型的GPS衛(wèi)星全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的空間部分GPS的空間部分⑧當前的衛(wèi)星狀態(tài)全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的空間部分SUBJ:GPSSTATUS26MAR20041.SATELLITES,PLANES,ANDCLOCKS(CS=CESIUMRB=RUBIDIUM):A.BLOCKI:NONEB.BLOCKII:PRNS1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15PLANE:SLOTF4,B5,C2,D4,B4,C1,C4,A3,A1,E3,D2,F3,F1,D5CLOCK:CS,CS,CS,RB,CS,RB,RB,RB,CS,CS,RB,RB,RB,CSBLOCKII:PRNS16,17,18,20,21,22,24,25,26,27,28,29,30,31PLANE:SLOTB1,D6,E4,E1,D3,E2,D1,A2,F2,A4,B3,F5,B2,C3CLOCK:RB,RB,RB,RB,RB,RB,CS,CS,RB,RB,RB,RB,RB,RBGPS的地面監(jiān)控部分①地面監(jiān)控部分（GroundSegment）組成主控站：1個監(jiān)測站：5個注入站：3個通訊與輔助系統全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

GPS的地面監(jiān)控部分②地面監(jiān)控部分（GroundSegment）（續(xù)）分佈全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

GPS的地面監(jiān)控部分③監(jiān)測站（5個）作用： 接收衛(wèi)星數據，採集氣象資訊，並將所收集到的數據傳送給主控站。地點： 夏威夷、主控站及三個注入站。全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

GPS的地面監(jiān)控部分④主控站（1個）作用：管理、協調地面監(jiān)控系統各部分的工作，收集各監(jiān)測站的數據，編制導航電文，送往注入站將衛(wèi)星星曆注入衛(wèi)星，監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令；衛(wèi)星維護與異常情況的處理。地點：美國科羅拉多州法爾孔空軍基地。全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

GPS的地面監(jiān)控部分⑤注入站（3個）作用： 將導航電文注入GPS衛(wèi)星。地點： 阿松森群島（大西洋）、迪戈加西亞（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋）全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

GPS的用戶部分①組成用戶接收設備接收設備GPS信號接收機其他儀器設備全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS的用戶部分②GPS信號接收機組成天線單元帶前置放大器接收天線接收單元信號通道記憶體微處理器輸入輸出設備電源天線單元接收單元全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS的用戶部分③天線單元類型單極天線微帶天線錐形（螺旋）天線四絲螺旋天線空間螺旋天線背腔平面盤旋天線GPS天線全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS的用戶部分④天線單元（續(xù)）特點單極天線單頻或雙頻（雙極結構）、需要較大的底板、相位中心穩(wěn)定、結構簡單微帶天線結構簡單、單頻或雙頻、側視角低（適合於機載應用）、低增益、應用最為廣泛錐形（螺旋）天線四絲螺旋天線–

單頻、難以調整相位和極化方式、非方位對稱、增益特性好、不需要底板空間螺旋天線–

雙頻、增益特性好、側視角高、非方位對稱背腔平面盤旋天線全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS的用戶部分⑤天線單元天線特性相位中心、增益方式、帶寬、極化相位中心平均相位中心與幾何中心相位中心的偏移相位中心偏移的消除：歸心改正、消去法天線高–

標誌至平均相位中心所在平面的垂直距離L2的平均相位中心

1

2L1的平均相位中心r1r2H’H

HH’hR全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS的用戶部分⑥接收單元接收（信號）通道定義：接收機中用來跟蹤、處理、量測衛(wèi)星信號的部件，由無線電元器件、數字電路等硬體和專用軟體所組成。類型：根據信號跟蹤方式：序慣通道、多路複用通道和多通道；根據工作原理：碼相關通道、平方通道等記憶體微處理器作用：數據處理、控制輸入輸出設備電源全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS的用戶部分⑦全球定位系統的組成及信號結構>GPS的組成>GPS的用戶部分GPS原理及其應用

(四)第二章 全球定位系統的組成及信號結構§2.2GPS衛(wèi)星的信號結構GPS衛(wèi)星信號結構全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構概述GPS衛(wèi)星信號的組成部分載波（Carrier）L1L2測距碼（RangingCode）C/A碼（目前只被調製在L1上）P(Y)碼（被分別調製在L1和L2上）衛(wèi)星（導航）電文（Message）GPS衛(wèi)星信號的生成關鍵設備–

原子鐘全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>概述GPS衛(wèi)星的基準頻率f0由衛(wèi)星上的原子鐘直接產生頻率為10.23MHz衛(wèi)星信號的所有成分均是該基準頻率的倍頻或分頻全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>GPS衛(wèi)星的基準頻率

載波①作用搭載其他調製信號測距測定多普勒頻移類型目前L1–

頻率：154f0=1575.43MHz；波長：19.03cmL2–

頻率：120f0=1227.60MHz；波長：24.42cm現代化後增加L5–

頻率：115f0=1176.45MHz；波長：25.48cm全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>載波載波②特點所選擇的頻率有利於測定多普勒頻移所選擇的頻率有利於減弱信號所受的電離層折射影響選擇兩個頻率可以較好地消除信號的電離層折射延遲（電離層折射延遲於信號的頻率有關）全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>載波測距碼①作用測距性質為偽隨機雜訊碼（PRN－PseudoRandomNoise）不同的碼（包括未對齊的同一組碼）間的相關係數為0或1/n（n為碼元數）對齊的同一組碼間的相關係數為1全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>測距碼測距碼②類型目前C/A碼（Coarse/AcquisitionCode）–

粗碼/捕獲碼；碼率：1.023MHz；週期：1ms；1週期含碼元數：1023；碼元寬度：293.05m；僅被調製在L1上P（Y）碼（PreciseCode）–

精碼；碼率：10.23MHz；週期：7天；1週期含碼元數：6187104000000；碼元寬度：29.30m；被調製在L1和L2上現代化後在L2上調制C/A碼在L1和L2增加調製M碼全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>測距碼衛(wèi)星（導航）電文①作用：向用戶提供衛(wèi)星軌道參數、衛(wèi)星鐘參數、衛(wèi)星狀態(tài)資訊及其它資訊基本結構全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>衛(wèi)星（導航）電文衛(wèi)星（導航）電文②基本內容全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>衛(wèi)星（導航）電文衛(wèi)星（導航）電文③遙測字（TLM–TelemetryWord）每一子幀的第1個字用作捕獲導航電文的前導交接字（HOW–HandOverWord）每一子幀的第2個字主要內容：Z計數全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>衛(wèi)星（導航）電文衛(wèi)星（導航）電文④第一數據塊第1子幀的第3~10個字內容：WN–GPS周L2所調製測距碼識別字–

“10”表示C/A碼，“01”表示P(Y)碼傳輸參數N–URATGD–

信號在衛(wèi)星內部的時延星鐘數據齡期AODC星鐘改正參數a0（鐘偏），a1（鐘速），a2（鐘漂）全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>衛(wèi)星（導航）電文衛(wèi)星（導航）電文⑤第二數據塊第2、3子幀的第3~10個字內容該發(fā)送信號衛(wèi)星的星曆－廣播星曆星曆參數全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>衛(wèi)星（導航）電文衛(wèi)星（導航）電文⑥第三數據塊第4、5子幀的第3~10個字內容：所有衛(wèi)星曆書（概略星曆）第三數據塊的內容每12.5分鐘重複一次全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>衛(wèi)星（導航）電文星曆參數詳解①全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>星曆參數詳解星曆參數詳解②全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>星曆參數詳解星曆參數詳解③全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>星曆參數詳解星曆參數詳解④全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>星曆參數詳解衛(wèi)星信號的調製①模二和運算規(guī)則二進位信號：“1”表示二進位“0”，“-1”表示二進位“1”，則全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>衛(wèi)星信號的調製衛(wèi)星信號的調製②二進位信號的相位調製調頻FM調幅AM調相PM注：其他調製方式全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>衛(wèi)星信號的調製衛(wèi)星信號的調製③GPS衛(wèi)星信號的調製示意圖衛(wèi)星信號的調製原理全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>衛(wèi)星信號的調製GPS衛(wèi)星位置的計算-根據廣播星曆計算衛(wèi)星位置①計算思路首先計算衛(wèi)星在軌道平面坐標系下的座標然後將上述座標分別繞X軸旋轉-i角、繞Z軸旋轉-k角，求出衛(wèi)星在地固系下的座標軌道平面坐標系軌道參數全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>GPS衛(wèi)星位置的計算

全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>GPS衛(wèi)星位置的計算

GPS衛(wèi)星位置的計算-根據廣播星曆計算衛(wèi)星位置③計算過程計算衛(wèi)星運行的平均角速度計算t時刻衛(wèi)星的平近點角計算偏近點角全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>GPS衛(wèi)星位置的計算

GPS衛(wèi)星位置的計算-根據廣播星曆計算衛(wèi)星位置④計算過程（續(xù)）計算真近點角計算升交距角（未經改正的）計算衛(wèi)星向徑全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>GPS衛(wèi)星位置的計算

GPS衛(wèi)星位置的計算-根據廣播星曆計算衛(wèi)星位置⑤計算過程（續(xù)）計算攝動改正項進行攝動改正計算衛(wèi)星在軌道平面坐標系中的位置全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>GPS衛(wèi)星位置的計算

GPS衛(wèi)星位置的計算-根據廣播星曆計算衛(wèi)星位置⑥計算過程（續(xù)）計算升交點經度計算衛(wèi)星在地固坐標系下的座標全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>GPS衛(wèi)星位置的計算

精密星曆 按一定時間間隔給出衛(wèi)星在地固坐標系下的三維位置、三維速度和鐘差*2004115000.00000000P15945.50963515759.60840420698.949374324.533285P21141.10111122665.35998914690.489309-257.156064P3-10344.44706824021.826531-3968.23332577.825932P422798.349665-6520.82087212310.795279-43.522805P5-12628.924903-23445.674881-1192.03679113.422888P6-13958.380086-7542.10349721489.237683-2.952584P718939.291158-12511.028058-13257.166627635.667094P826246.825668-918.226411-5165.342142383.670428GPS衛(wèi)星位置的計算-根據精密星曆計算衛(wèi)星位置全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>GPS衛(wèi)星位置的計算

任意時刻t衛(wèi)星位置的計算原理：插值法方法：拉格朗日插值法等GPS衛(wèi)星位置的計算-根據精密星曆計算衛(wèi)星位置全球定位系統的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>GPS衛(wèi)星位置的計算

GPS原理及其應用

(五)第三章GPS定位中的誤差源§3.1概述§3.2鐘誤差§3.3相對論效應§3.1 概述GPS測量定位的誤差源>概述與衛(wèi)星有關的誤差衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星鐘差相對論效應與傳播途徑有關的誤差電離層延遲對流層延遲多路徑效應與接收設備有關的誤差接收機天線相位中心的偏移和變化接收機鐘差接收機內部雜訊GPS測量誤差的來源GPS測量定位的誤差源>概述>GPS測量誤差的來源GPS測量誤差的性質①偶然誤差內容衛(wèi)星信號發(fā)生部分的隨機雜訊接收機信號接收處理部分的隨機雜訊其他外部某些具有隨機特徵的影響特點隨機量級小–

毫米級GPS測量定位的誤差源>概述>GPS測量誤差的性質GPS測量誤差的性質②系統誤差（偏差-Bias）內容其他具有某種系統性特徵的誤差特點具有某種系統性特徵量級大–

最大可達數百米GPS測量定位的誤差源>概述>GPS測量誤差的性質GPS測量誤差的大?、賁PS（無SA）GPS測量定位的誤差源>概述>GPS測量誤差的大小GPS測量誤差的大小②SPS（有SA）GPS測量定位的誤差源>概述>GPS測量誤差的大小GPS測量誤差的大?、跴PS，雙頻，P/Y-碼GPS測量定位的誤差源>概述>GPS測量誤差的大小消除或消弱各種誤差影響的方法①模型改正法原理：利用模型計算出誤差影響的大小，直接對觀測值進行修正適用情況：對誤差的特性、機制及產生原因有較深刻瞭解，能建立理論或經驗公式所針對的誤差源相對論效應電離層延遲對流層延遲衛(wèi)星鐘差限制：有些誤差難以模型化GPS測量定位的誤差源>概述>消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法②求差法原理：通過觀測值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測值中所包含的相同或相似的誤差影響適用情況：誤差具有較強的空間、時間或其他類型的相關性。所針對的誤差源電離層延遲對流層延遲衛(wèi)星軌道誤差…限制：空間相關性將隨著測站間距離的增加而減弱GPS測量定位的誤差源>概述>消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法③參數法原理：採用參數估計的方法，將系統性偏差求定出來適用情況：幾乎適用於任何的情況限制：不能同時將所有影響均作為參數來估計GPS測量定位的誤差源>概述>消除或消弱各種誤差影響的方法消除或消弱各種誤差影響的方法④回避法原理：選擇合適的觀測地點，避開易產生誤差的環(huán)境；採用特殊的觀測方法；採用特殊的硬體設備，消除或減弱誤差的影響適用情況：對誤差產生的條件及原因有所瞭解；具有特殊的設備。所針對的誤差源電磁波干擾多路徑效應限制：無法完全避免誤差的影響，具有一定的盲目性GPS測量定位的誤差源>概述>消除或消弱各種誤差影響的方法§3.2鐘誤差衛(wèi)星鐘差定義 物理同步誤差 數學同步誤差應對方法模型改正 鐘差改正多項式

其中a0為ts時刻的時鐘偏差，a1為鐘的漂移，a2為老化率。相對定位或差分定位GPS測量定位的誤差源>概述>衛(wèi)星鐘差接收機鐘差定義

GPS接收機一般採用石英鐘，接收機鐘與理想的GPS時之間存在的偏差和漂移。應對方法作為未知數處理相對定位或差分定位GPS測量定位的誤差源>概述>接收機鐘差§3.3相對論效應狹義相對論效應廣義相對論效應3.3相對論效應GPS測量定位的誤差源>相對論效應狹義相對論和廣義相對論狹義相對論1905運動將使時間、空間和物質的品質發(fā)生變化廣義相對論1915將相對論與引力論進行了統一GPS測量定位的誤差源>相對論效應>狹義相對論和廣義相對論相對論效應對衛(wèi)星鐘的影響①狹義相對論原理：時間膨脹。鐘的頻率與其運動速度有關。對GPS衛(wèi)星鐘的影響：結論：在狹義相對論效應作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變慢GPS測量定位的誤差源>相對論效應>相對論效應對衛(wèi)星鐘的影響相對論效應對衛(wèi)星鐘的影響②廣義相對論原理：鐘的頻率與其所處的重力位有關對GPS衛(wèi)星鐘的影響：結論：在廣義相對論效應作用下，衛(wèi)星上鐘的頻率將變快GPS測量定位的誤差源>相對論效應>相對論效應對衛(wèi)星鐘的影響相對論效應對衛(wèi)星鐘的影響③相對論效應對衛(wèi)星鐘的影響狹義相對論＋廣義相對論令：GPS測量定位的誤差源>相對論效應>相對論效應對衛(wèi)星鐘的影響解決相對論效應對衛(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；然後考慮衛(wèi)星軌道為橢圓軌道的情況。第一步：第二步：課本上為：因為：GPS測量定位的誤差源>相對論效應>解決方法GPS原理及其應用

(六)第三章GPS定位中的誤差源§3.4衛(wèi)星星曆誤差§3.5電離層延遲§3.4衛(wèi)星星曆誤差3.4衛(wèi)星星曆（軌道）誤差定義 由衛(wèi)星星曆給出的衛(wèi)星在空間的位置與衛(wèi)星的實際位置之差稱為衛(wèi)星星曆誤差。廣播星曆（預報星曆）的精度

(無SA)

20～30米

(有SA)

100米精密星曆（後處理星曆）的精度 可達1釐米應對方法精密定軌(後處理)相對定位或差分定位GPS測量定位的誤差源>衛(wèi)星星曆（軌道）誤差星曆誤差對單點定位的影響星曆誤差對單點定位的影響主要取決於衛(wèi)星到接收機的距離以及用於定位或導航的GPS衛(wèi)星與接收機構成的幾何圖形星曆誤差對相對定位的影響GPS測量定位的誤差源>衛(wèi)星星曆（軌道）誤差§3.5電離層延遲3.5電離層延遲GPS測量定位的誤差源>電離層延遲地球大氣結構地球大氣層的結構GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>地球大氣結構大氣折射效應大氣折射信號在穿過大氣時，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測量定位中，通常僅考慮信號傳播速度的變化。色散介質與非色散介質色散介質：對不同頻率的信號，所產生的折射效應也不同非色散介質：對不同頻率的信號，所產生的折射效應相同對GPS信號來說，電離層是色散介質，對流層是非色散介質GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>大氣折射效應相速與群速①相速群速相速與群速的關係相折射率與群折射率的關係GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>相速與群速相速與群速②GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>相速與群速電離層折射①GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電離層折射電離層折射②GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電離層折射電子密度與總電子含量電子密度與總電子含量電子密度：單位體積中所包含的電子數?？傠娮雍浚═EC–TotalElectronContent）：底面積為一個單位面積時沿信號傳播路徑貫穿整個電離層的一個柱體內所含的電子總數。GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電子密度與總電子含量電子密度與大氣高度的關係GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電子密度與大氣高度的關係電子含量與地方時的關係GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電子含量與地方時的關係電子含量與太陽活動情況的關係與太陽活動密切相關，太陽活動劇烈時，電子含量增加太陽活動週期約為11年1700年–1995年太陽黑子數GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電子含量與太陽活動情況的關係電子含量與地理位置的關係2002.5.151:00–23:002小時間隔全球TEC分佈GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電子含量與地理位置的關係常用電離層延遲改正方法分類經驗模型改正方法：根據以往觀測結果所建立的模型改正效果：差雙頻改正方法：利用雙頻觀測值直接計算出延遲改正或組成無電離層延遲的組合觀測量效果：改正效果最好實測模型改正方法：利用實際觀測所得到的離散的電離層延遲（或電子含量），建立模型（如內插）效果：改正效果較好GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>常用電離層延遲改正方法分類電離層改正的經驗模型簡介①Bent模型由美國的R.B.Bent提出描述電子密度是經緯度、時間、季節(jié)和太陽輻射流量的函數國際參考電離層模型（IRI–InternationalReferenceIonosphere）由國際無線電科學聯盟（URSI–InternationalUnionofRadioScience）和空間研究委員會（COSPAR-CommitteeonSpaceResearch）提出描述高度為50km-2000km的區(qū)間內電子密度、電子溫度、電離層溫度、電離層的成分等以地點、時間、日期等為參數GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電離層改正的經驗模型簡介電離層改正的經驗模型簡介②Klobuchar模型由美國的J.A.Klobuchar提出描述電離層的時延廣泛地用於GPS導航定位中GPS衛(wèi)星的導航電文中播發(fā)其模型參數供用戶使用GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電離層改正的經驗模型簡介Klobuchar模型①中心電離層中心電離層電離層地球約350km中心電離層電離層穿刺點IP天頂方向ZGPS測量定位的誤差源>電離層延遲>Klobuchar模型Klobuchar模型②模型演算法電離層地球約350km中心電離層電離層穿刺點IP天頂方向ZGPS測量定位的誤差源>電離層延遲>Klobuchar模型Klobuchar模型③模型演算法（續(xù)）改正效果：可改正60％左右GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>Klobuchar模型電離層延遲的雙頻改正GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電離層延遲的雙頻改正電離層延遲的實測模型改正①基本思想利用基準站的雙頻觀測數據計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實測模型類型局部模型適用於局部區(qū)域全球模型適用於全球區(qū)域GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電離層延遲的實測模型改正電離層延遲的實測模型改正②局部（區(qū)域性）的實測模型改正方法適用範圍：局部地區(qū)的電離層延遲改正GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電離層延遲的實測模型改正電離層延遲的實測模型改正③全球（大範圍）的實測模型改正方法適用範圍：用於大範圍和全球的電離層延遲改正格網化的電離層延遲改正模型GPS測量定位的誤差源>電離層延遲>電離層延遲的實測模型改正GPS原理及其應用

(七)第三章GPS定位中的誤差源§3.6對流層延遲§3.7多路徑誤差§3.8其他誤差改正§3.6 對流層延遲3.6對流層延遲GPS測量定位的誤差源>對流層延遲對流層（Troposphere）GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>對流層對流層延遲GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>對流層延遲對流層的色散效應對流層的色散效應折射率與信號波長的關係對流層對不同波長的波的折射效應結論對於GPS衛(wèi)星所發(fā)送的電磁波信號，對流層不具有色散效應GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>對流層的色散效應大氣折射率N與氣象元素的關係大氣折射率N與溫度、氣壓和濕度的關係Smith和Weintranb，1954對流層延遲與大氣折射率NGPS測量定位的誤差源>對流層延遲>大氣折射率N與氣象元素的關係霍普菲爾德（Hopfield）改正模型①出發(fā)點導出折射率與高度的關係沿高度進行積分，導出垂直方向上的延遲通過投影（映射）函數，得出信號方向上的延遲GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>霍普菲爾德（Hopfield）改正模型霍普菲爾德（Hopfield）改正模型②對流層折射模型GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>霍普菲爾德（Hopfield）改正模型霍普菲爾德（Hopfield）改正模型③投影函數的修正GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>霍普菲爾德（Hopfield）改正模型薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型①原始模型GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型②擬合後的公式GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>薩斯塔莫寧（Saastamoinen）改正模型勃蘭克（Black）改正模型GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>勃蘭克（Black）改正模型對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模型的差異要大於Black模型與Hopfield模型的差異GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>對流層改正模型綜述氣象元素的測定①氣象元素幹溫、濕溫、氣壓幹溫、相對濕度、氣壓測定方法普通儀器：通風幹濕溫度錶、空盒氣壓計自動化的電子儀器GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>氣象元素的測定氣象元素的測定②水氣壓es的計算方法由相對濕度RH計算由幹溫、濕溫和氣壓計算GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>氣象元素的測定對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誤差儀器誤差讀數誤差測站氣象元素的代表性誤差實際大氣狀態(tài)與大氣模型間的差異GPS測量定位的誤差源>對流層延遲>

對流層模型改正的誤差分析§3.7 多路徑誤差3.7多路徑誤差GPS測量定位的誤差源>多路徑誤差多路徑誤差與多路徑效應多路徑（Multipath）誤差在GPS測量中，被測站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號（反射波）被接收機天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號（直接波）產生干涉，從而使觀測值偏離真值產生所謂的“多路徑誤差”。多路徑效應由於多路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應稱為多路徑效應。GPS測量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差與多路徑效應反射波反射波的幾何特性反射波的物理特性反射係數a極化特性GPS信號為右旋極化反射信號為左旋極化GPS測量定位的誤差源>多路徑誤差>反射波多路徑誤差①受多路徑效應影響的情況下的接收信號GPS測量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差多路徑誤差②GPS測量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差多路徑誤差③多路徑的數值特性受多個反射信號影響的情況GPS測量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差多路徑誤差的特點與測站環(huán)境有關與反射體性質有關與接收機結構、性能有關GPS測量定位的誤差源>多路徑誤差>多路徑誤差的特點應對多路徑誤差的方法①觀測上選擇合適的測站，避開易產生多路徑的環(huán)境GPS測量定位的誤差源>多路徑誤差>應對多路徑誤差的方法易發(fā)生多路徑的環(huán)境應對多路徑誤差的方法②硬體上採用抗多路徑誤差的儀器設備抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線抗多路徑的接收機：窄相關技術MEDLL(MultipathEstimatingDelayLockLoop)等GPS測量定位的誤差源>多路徑誤差>應對多路徑誤差的方法抗多路徑效應的天線應對多路徑誤差的方法③數據處理上加權參數法濾波法信號分析法GPS測量定位的誤差源>多路徑誤差>應對多路徑誤差的方法§3.8其他誤差改正引力延遲地球自轉改正地球潮汐改正接收機的位置誤差天線相位中心偏差地球自轉改正GPS測量定位的誤差源>其他誤差改正>地球自轉改正GPS測量定位的誤差源>其他誤差改正>地球自轉改正接收機的位置誤差定義 接收機天線的相位中心相對測站標石中心位置的偏差。應對方法正確的對中整平採用強制對中裝置（變形監(jiān)測時）GPS測量定位的誤差源>其他誤差改正>接收機的位置誤差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天線相位中心變化的改正GPS測量和定位時是以接收機天線的相位中心位置為準的，天線的相位中心與其幾何中心理論上應保持一致?？墒墙邮諜C天線接收到的GPS信號是來自四面八方，隨著GPS信號方位和高度角的變化，接收機天線的相位中心的位置也在發(fā)生變化。GPS測量定位的誤差源>其他誤差改正>天線相位中心偏差改正天線相位中心偏差改正應對方法使用相同類型的天線並進行天線定向（限於相對定位）模型改正GPS測量定位的誤差源>其他誤差改正>天線相位中心偏差改正GPS原理及其應用

(八)第四章距離測量與GPS定位§4.1利用測距碼測定衛(wèi)地距§4.1利用測距碼測定衛(wèi)地距GPS定位的基本原理需解決的兩個關鍵問題如何確定衛(wèi)星的位置如何測量出站星距離？測距方法雙程測距 用於電磁波測距儀單程測距 用於GPS距離測量與GPS定位>利用測距碼測定衛(wèi)地距>測距方法測距碼C/A碼（測距時有模糊度）P碼距離測量與GPS定位>利用測距碼測定衛(wèi)地距>測距碼信號傳播時間測距碼測距原理①距離測定的基本思路信號（測距碼）傳播時間的測定信號傳播時間的測定距離測量與GPS定位>利用測距碼測定衛(wèi)地距>測距碼測距原理測距碼測距原理②利用測距碼測距的必要條件必須瞭解測距碼的結構利用測距碼進行測距的優(yōu)點採用的是CDMA（碼分多址）技術易於捕獲微弱的衛(wèi)星信號可提高測距精度便於對系統進行控制和管理（如AS）每顆GPS衛(wèi)星都採用特定的偽隨機雜訊碼微弱信號的捕獲距離測量與GPS定位>利用測距碼測定衛(wèi)地距>測距碼測距原理Z跟蹤技術ASP碼+W碼Y碼W碼的碼元寬度比Y碼大幾十倍Z跟蹤技術原理將相關間隔（積分間隔）限定在一個W碼碼元內距離測量與GPS定位>利用測距碼測定衛(wèi)地距>Z跟蹤技術偽距測量的特點優(yōu)點無模糊度缺點精度低距離測量與GPS定位>利用測距碼測定衛(wèi)地距>偽距測量的特點GPS測量的基本觀測方程距離測量與GPS定位>利用測距碼測定衛(wèi)地距>GPS測量的基本觀測方程對流層折射延遲改正電離層折射延遲改正接收機鐘的改正數衛(wèi)星鐘的改正數信號離開衛(wèi)星的時刻（由衛(wèi)星鐘測定）信號到達接收機的時刻（由接收機鐘測定）測距碼測距的觀測方程距離測量與GPS定位>利用測距碼測定衛(wèi)地距>測距碼測距的觀測方程偽距測量的誤差方程距離測量與GPS定位>利用測距碼測定衛(wèi)地距>測距碼測距的誤差方程§4.2 載波相位測量

載波相位測量距離測量與GPS定位>載波相位測量載波相位測量的關鍵技術－重建載波①重建載波將非連續(xù)的載波信號恢復成連續(xù)的載波信號。載波調製了電文之後變成了非連續(xù)的波偽距測量與載波相位測量距離測量與GPS定位>載波相位測量>載波相位測量的關鍵技術－重建載波載波相位測量的關鍵技術－重建載波②碼相關法方法將所接收到的調製信號（衛(wèi)星信號）與接收機產生的複製碼相乘。技術要點衛(wèi)星信號（弱）與接收機信號（強）相乘。特點限制：需要瞭解碼的結構。優(yōu)點：可獲得導航電文，可獲得全波長的載波，信號品質好（信噪比高）碼相關法距離測量與GPS定位>載波相位測量>載波相位測量的關鍵技術－重建載波載波相位測量的關鍵技術－重建載波③平方法方法將所接收到的調製信號（衛(wèi)星信號）自乘。技術要點衛(wèi)星信號（弱）自乘。特點優(yōu)點：無需瞭解碼的結構缺點：無法獲得導航電文，所獲載波波長為原來波長的一半，信號品質較差（信噪比低，降低了30dB）平方法距離測量與GPS定位>載波相位測量>載波相位測量的關鍵技術－重建載波載波相位測量的關鍵技術－重建載波④互相關（交叉相關）方法在不同頻率的調製信號（衛(wèi)星信號）進行相關處理，獲取兩個頻率間的偽距差和相位差技術要點不同頻率的衛(wèi)星信號（弱）進行相關。特點優(yōu)點：無需了Y解碼的結構，可獲得導航電文，可獲得全波波長的載波，信號品質較平方法好（信噪比降低了27dB）距離測量與GPS定位>載波相位測量>載波相位測量的關鍵技術－重建載波載波相位測量的關鍵技術－重建載波⑤Z跟蹤方法：將衛(wèi)星信號在一個W碼碼元內與接收機複製出的P碼進行相關處理。在一個W碼碼元內進行衛(wèi)星信號（弱）與複製信號（強）進行相關。特點優(yōu)點：無需瞭解Y碼結構，可測定雙頻偽距觀測值，可獲得導航電文，可獲得全波波長的載波，信號品質較平方法好（信噪比降低了14dB）距離測量與GPS定位>載波相位測量>載波相位測量的關鍵技術－重建載波載波測距距離測量與GPS定位>載波相位測量>載波測距GPS載波相位測量的基本原理距離測量與GPS定位>載波相位測量>GPS載波相位測量的基本原理理想情況實際情況載波相位觀測值觀測值整周計數整周未知數（整周模糊度）載波相位觀測值距離測量與GPS定位>載波相位測量>載波相位觀測值載波相位測量的特點優(yōu)點精度高，測距精度可達0.1mm量級難點整周未知數問題整周跳變問題距離測量與GPS定位>載波相位測量>載波相位測量的特點載波相位測量的觀測方程原始形式：線性化後：誤差方程為：距離測量與GPS定位>載波相位測量>載波相位測量的觀測方程GPS原理及其應用

(九)第四章距離測量與GPS定位§4.3觀測值的線性組合§4.3 觀測值的線性組合同類型同頻率觀測值的線性組合同類型不同頻率觀測值的線性組合不同類型觀測值的線性組合同類型同頻率相位觀測值的線性組合

——差分觀測值按差分方式可分為:站間差分星間差分曆元間差分按差分次數可分為：一次差二次差三次差距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型同頻率相位觀測值的線性組合概述差分觀測值的定義將相同頻率的GPS載波相位觀測值依據某種方式求差所獲得的新的組合觀測值（虛擬觀測值）差分觀測值的特點可以消去某些不重要的參數，或將某些對確定待定參數有較大負面影響的因素消去或消弱其影響求差方式站間求差衛(wèi)星間求差曆元間求差距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型同頻率相位觀測值的線性組合與接收機無關與衛(wèi)星無關空間相關性強空間相關性強不隨時間變化原始載波相位觀測值距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型同頻率相位觀測值的線性組合站間求差（站間差分）求差方式同步觀測值在接收機間求差數學形式特點消除了衛(wèi)星鐘差影響削弱了電離層折射影響削弱了對流層折射影響削弱了衛(wèi)星軌道誤差的影響距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型同頻率相位觀測值的線性組合星間求差（星間差分）求差方式同步觀測值在衛(wèi)星間求差數學形式特點消除了接收機鐘差的影響距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型同頻率相位觀測值的線性組合曆元間求差（曆元間差分）差分方式觀測值在間曆元求差數學形式特點消去了整周未知數參數距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型同頻率相位觀測值的線性組合單差、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、星間和曆元間各求一次差（三次差）單差雙差三差距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型同頻率相位觀測值的線性組合採用差分觀測值的缺陷（求差法的缺陷）數據利用率低只有同步數據才能進行差分引入基線向量替代了位置向量差分觀測值間具有了相關性，使處理問題複雜化參數估計時，觀測值的權陣某些參數無法求出某些資訊在差分觀測值中被消除距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型同頻率相位觀測值的線性組合同類型不同頻率觀測值的線性組合L1的特性 L2的特性距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型不同頻率相位觀測值的線性組合不同頻率的載波(L1,L2)相位觀測值兩個不同頻率的載波(L1,L2)相位觀測值間線性組合的一般形式

n,m距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型不同頻率相位觀測值的線性組合

n,m的特性距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型不同頻率相位觀測值的線性組合常見的線性組合——寬巷組合相位觀測值寬巷組合（wide-lane）(n=1,m=-1)*利於求解模糊度,測量雜訊大.距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型不同頻率相位觀測值的線性組合常見的線性組合——無電離層折射的相位觀測值無電離層折射的組合（iono-free）距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>同類型不同頻率相位觀測值的線性組合不同類型觀測值的線性組合不同類型雙頻觀測值間的線性組合不同類型單頻觀測值間的線性組合距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>不同類型觀測值的線性組合1.不同類型雙頻觀測值間的線性組合距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>不同類型觀測值的線性組合1.不同類型雙頻觀測值間的線性組合距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>不同類型觀測值的線性組合1.不同類型雙頻觀測值間的線性組合距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>不同類型觀測值的線性組合1.不同類型雙頻觀測值間的線性組合距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>不同類型觀測值的線性組合2.不同類型單頻觀測值間的線性組合距離測量與GPS定位>觀測值的線性組合>不同類型觀測值的線性組合GPS原理及其應用

(十)第四章距離測量與GPS定位§4.4周跳的探測與修復§4.5整周模糊度的確定§4.4 周跳的探測與修復1．螢幕掃描法2．高次差法多項式擬合法MW觀測值法三差法4.4整周跳變（周跳–CycleSlips）在某一特定時刻的載波相位觀測值為如果在觀測過程接收機保持對衛(wèi)星信號的連續(xù)跟蹤，則整周模糊度將保持不變，整周計數也將保持連續(xù)，但當由於某種原因使接收機無法保持對衛(wèi)星信號的連續(xù)跟蹤時，在衛(wèi)星信號重新被鎖定後，將發(fā)生變化，而也不會與前面的值保持連續(xù)，這一現象稱為整周跳變。周跳T

距離測量與GPS定位

>周跳的探測與修復>整周跳變（周跳–CycleSlips）產生周跳的原因信號被遮擋，導致衛(wèi)星信號無法被跟蹤儀器故障，導致差頻信號無法產生衛(wèi)星信號信噪比過低，導致整周計數錯誤接收機在高速動態(tài)的環(huán)境下進行觀測，導致接收機無法正確跟蹤衛(wèi)星信號衛(wèi)星暫態(tài)故障，無法產生信號距離測量與GPS定位

>周跳的探測與修復>產生周跳的原因周跳的特點只影響整周計數－周跳為波長的整數倍將影響從周跳發(fā)生時刻（曆元）之後的所有觀測值周跳T

周跳將使周跳發(fā)生後的所有觀測值包含相同的整周計數錯誤距離測量與GPS定位>周跳的探測與修復>周跳的特點解決周跳問題的方法探測與修復設法找出周跳發(fā)生的時間和大小參數法將周跳標記出來，引入周跳參數，進行解算距離測量與GPS定位

>周跳的探測與修復>解決周跳問題的方法周跳的探測、修復方法①螢幕掃描法方法：人工在螢幕上觀察觀測值曲線的變化是否連續(xù)。特點費時、只能發(fā)現大周跳。由於原始的載波觀測值變化很快，通常觀察的是某種觀測值的組合，如。距離測量與GPS定位

>周跳的探測與修復>螢幕掃描法周跳的探測、修復方法②高次差法距離測量與GPS定位>周跳的探測與修復>高次差法周跳的探測、修復方法②（續(xù)）高次差法的原理由於衛(wèi)星和接收機間的距離在不斷變化，因而載波相位測量的觀測值N0+Int(ф)+Fr(ф)也隨時間在不斷變化。但這種變化應是有規(guī)律的，平滑的。周跳將破壞這種規(guī)律性。對於GPS衛(wèi)星而言，當求至四次差時，其值已趨向於零。殘留的四次差主要是由接收機的鐘誤差等因素引起的。距離測量與GPS定位