《GNSS定位測(cè)量技術(shù)》 課件 子項(xiàng)目3、4 GPS的組成與GPS的信號(hào)、GPS定位的基本原理

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程第二章GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)：

了解GPS信號(hào)的結(jié)構(gòu)，測(cè)距碼是怎樣產(chǎn)生的，導(dǎo)航電文的內(nèi)容，天線的作用與分類。理解監(jiān)控系統(tǒng)的作用，投入的可用GPS衛(wèi)星狀況，用戶接收機(jī)的用途，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)及其軌道。掌握GPS定位系統(tǒng)的組成共三部分：①地面監(jiān)控部分。②空間衛(wèi)星部分。③用戶接收部分。子項(xiàng)目三GPS衛(wèi)星信號(hào)及衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)任務(wù)一GPS衛(wèi)星的載波信號(hào) 任務(wù)二GPS衛(wèi)星的測(cè)距碼信號(hào)任務(wù)三GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文任務(wù)四GPS衛(wèi)星的無(wú)攝運(yùn)動(dòng) 任務(wù)五GPS衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng) 任務(wù)六GPS衛(wèi)星星歷GPS系統(tǒng)包括地面監(jiān)控部分，空間衛(wèi)星部分，用戶接收部分等三大部分。

三大部分之間用數(shù)字通信技術(shù)聯(lián)絡(luò)傳達(dá)各種信號(hào)信息，靠各種計(jì)算軟件處理繁復(fù)的數(shù)據(jù)，最后由用戶接收信號(hào)來(lái)解決導(dǎo)航定位問(wèn)題。

任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

GPS定位系統(tǒng)包括三大部分：（1）地面監(jiān)控部分；（2）空間衛(wèi)星部分；（3）用戶接收部分。

一、空間衛(wèi)星部分

24顆衛(wèi)星(21+3)6個(gè)軌道平面

55o軌道傾角

20200km軌道高度(地面高度)12小時(shí)(恒星時(shí))軌道周期（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）每顆衛(wèi)星有5個(gè)多小時(shí)出現(xiàn)在地平線以上

任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

一、空間衛(wèi)星部分

星座的分布保證了地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻至少可以同時(shí)觀測(cè)到四顆衛(wèi)星，最多時(shí)可以達(dá)到11顆。任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成一、空間衛(wèi)星部分GPS衛(wèi)星

作用：接收、存儲(chǔ)導(dǎo)航電文生成用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（測(cè)距碼、載波）發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號(hào)（采用雙相調(diào)制法調(diào)制在載波上的測(cè)距碼和導(dǎo)航電文）接受地面指令，進(jìn)行相應(yīng)操作其他特殊用途，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)射裝置導(dǎo)航電文存儲(chǔ)器GPS衛(wèi)星類型試驗(yàn)衛(wèi)星：BlockⅠ工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡ：存儲(chǔ)星歷能力為14天，具有SA和AS地能力BlockⅡA（Advanced）：衛(wèi)星間可相互通訊，存儲(chǔ)星歷能力為180天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(shè)第三民用頻率任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成BlockIIRBlockIIABlockIIABlockIIRBlockIIFBlockIIR不同類型的GPS衛(wèi)星任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成二、地面監(jiān)控部分（GroundSegment）組成主控站：1個(gè)注入站：3個(gè)監(jiān)測(cè)站：5個(gè)通訊與輔助系統(tǒng)二、地面監(jiān)控部分

一個(gè)主控站：科羅拉多?斯必靈司三個(gè)注入站：阿松森(Ascencion)

迭哥?伽西亞(DiegoGarcia) 卡瓦加蘭(kwajalein)五個(gè)監(jiān)測(cè)站=1個(gè)主控站+3個(gè)注入站+夏威夷(Hawaii)1.地面監(jiān)控站的分布

組成如下頁(yè)圖所示任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

12卡瓦加蘭（注入站）夏威夷科羅拉多（主控站）狄哥伽西亞（注入站）阿森松島（注入站）地面監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

作用：

a、管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作（監(jiān)測(cè)與協(xié)調(diào)

）

b、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（收集數(shù)據(jù)

與數(shù)據(jù)處理）

c、監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令（控制衛(wèi)星）

d、衛(wèi)星維護(hù)與異常情況的處理。（維護(hù)衛(wèi)星）地點(diǎn)：美國(guó)科羅拉多州法爾孔空軍基地。二、地面監(jiān)控部分2.監(jiān)控系統(tǒng)的作用

（1）主控站二、地面監(jiān)控部分2.監(jiān)控系統(tǒng)的作用

（2）監(jiān)控站監(jiān)控站偽距導(dǎo)航數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù)衛(wèi)星狀態(tài)數(shù)據(jù)主控站測(cè)傳送作用地點(diǎn)：夏威夷、主控站及三個(gè)注入站二、地面監(jiān)控部分2.監(jiān)控系統(tǒng)的作用

（3）注入站

注入站的主要作用是將主控站需傳輸給衛(wèi)星的資料以既定的方式注入到衛(wèi)星存儲(chǔ)器中，供衛(wèi)星向用戶發(fā)送。

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）作用16地面監(jiān)控系統(tǒng)流程圖接收機(jī)調(diào)制解調(diào)器銫鐘氣象傳感器監(jiān)測(cè)站觀測(cè)星歷與時(shí)鐘主控站計(jì)算誤差編算注入導(dǎo)航電文調(diào)制解調(diào)器高功率放大器指令發(fā)生器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部設(shè)備注入站數(shù)據(jù)處理機(jī)數(shù)據(jù)處理機(jī)L1L2S波段GPS衛(wèi)星GPS衛(wèi)星任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

二、地面監(jiān)控部分地面控制部分的作用監(jiān)測(cè)衛(wèi)星是否正常工作，是否沿預(yù)定的軌道運(yùn)行；跟蹤計(jì)算衛(wèi)星的軌道參數(shù)并發(fā)送給衛(wèi)星，由衛(wèi)星通過(guò)導(dǎo)航電文發(fā)送給用戶；保持各顆衛(wèi)星的時(shí)間同步；必要時(shí)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行調(diào)度。任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

用戶接收部分GPS接收機(jī)接收跟蹤GPS衛(wèi)星發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)，獲得定位信息數(shù)據(jù)處理軟件相應(yīng)的用戶設(shè)備三、用戶接收部分

GPS信號(hào)接收機(jī)天線前置放大器射電部分微處理器電源部分?jǐn)?shù)據(jù)存器顯示控制器供電信號(hào)信息命令數(shù)據(jù)供電，控制供電數(shù)據(jù)控制任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

射電部分：即信號(hào)通道，是接收機(jī)中用來(lái)跟蹤、處理、量測(cè)衛(wèi)星信號(hào)的部件，由無(wú)線電元器件、數(shù)字電路等硬件和專用軟件所組成。任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

三、用戶接收部分

GPS接收機(jī)結(jié)構(gòu)天線單元接收單元三、用戶接收部分按用途按攜帶形式

按工作原理

按載波頻率

GPS信號(hào)接收機(jī)分類

導(dǎo)航型、測(cè)地型和授時(shí)型

碼接收機(jī)和無(wú)碼接收機(jī)

單頻接收機(jī)和雙頻接收機(jī)

袖珍式、背負(fù)式、車載式、艦用式、空（飛機(jī)）載式、彈載式和星載式任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成

任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成天線的作用接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)放大進(jìn)行頻率變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行跟蹤、

處理、量測(cè)天線基本類型單極天線微帶天線四絲螺旋天線扼流圈天線三、用戶接收部分任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成天線單元單極天線—單頻或雙頻（雙極結(jié)構(gòu)）、需要較大的底板、相位中心穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單微帶天線—結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、單頻或雙頻、側(cè)視角低（適合于機(jī)載應(yīng)用）、低增益、應(yīng)用最為廣泛錐形（螺旋）天線1）四絲螺旋天線—單頻、難以調(diào)整相位和極化方式、非方位對(duì)稱、增益特性好、不需要底板2）空間螺旋天線—雙頻、增益特性好、側(cè)視角高、非方位對(duì)稱扼流圈天線

—可有效地抑制多路徑誤差的影響。但體積大，重量重。三、用戶接收部分任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成GPS接收機(jī)天線應(yīng)滿足以下要求天線與前置放大器應(yīng)密封為整體，以應(yīng)對(duì)惡劣天氣，減小小信號(hào)損失；能接收天空任何方向的衛(wèi)星信號(hào)；應(yīng)有防護(hù)和屏蔽多路徑效應(yīng)的措施；保持天線相位中心高度穩(wěn)定，并與其幾何中心一致。三、用戶接收部分任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成接收單元接收（信號(hào)）通道定義：接收機(jī)中用來(lái)跟蹤、處理、量測(cè)衛(wèi)星信號(hào)的部件，由無(wú)線電元器件、數(shù)字電路等硬件和專用軟件所組成。存儲(chǔ)器微處理器輸入輸出設(shè)備電源三、用戶接收部分任務(wù)一GPS定位系統(tǒng)的組成GPS接收機(jī)分類按用途分：導(dǎo)航型接收機(jī)：精度5~10米測(cè)量性接收機(jī)：厘米級(jí)甚至更高授時(shí)型接收機(jī)：用于時(shí)間頻標(biāo)的同步測(cè)定測(cè)量型接收機(jī)按載波頻率又分為：?jiǎn)晤l接收機(jī)：只接收L1載波信號(hào)雙頻接收機(jī)：同時(shí)接收L1，L2載波信號(hào)三、用戶接收部分GPS接收機(jī)導(dǎo)航型29GPS接收機(jī)知名品牌測(cè)量型GPS美國(guó)天寶30GPS接收機(jī)知名品牌瑞士徠卡GPS接收機(jī)知名品牌日本拓普康GPS接收機(jī)國(guó)產(chǎn)品牌中海達(dá)33GPS接收機(jī)國(guó)產(chǎn)品牌南方GPS接收機(jī)國(guó)產(chǎn)品牌華測(cè)任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)用戶接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)來(lái)測(cè)定測(cè)站坐標(biāo)，那么究竟什么是GPS衛(wèi)星信號(hào)呢?任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)

GPS衛(wèi)星播發(fā)的信號(hào)，包含載波信號(hào)、測(cè)距碼、數(shù)據(jù)碼等多種分量，它能滿足多用戶系統(tǒng)的導(dǎo)航、高精度定位的需要。

GPS信號(hào)的產(chǎn)生

GPS衛(wèi)星信號(hào)的組成部分載波L1L2測(cè)距碼C/A碼（目前只被調(diào)制在L1上）P(Y)碼（被分別調(diào)制在L1和L2上）衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文GPS衛(wèi)星信號(hào)的生成關(guān)鍵設(shè)備–原子鐘任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)由衛(wèi)星上的原子鐘直接產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率為10.23MHz衛(wèi)星信號(hào)的所有成分均是該基準(zhǔn)頻率的倍頻或分頻一、GPS衛(wèi)星信號(hào)的生成二、GPS衛(wèi)星信號(hào)的內(nèi)容GPS載波信號(hào)L1載波GPS的測(cè)距碼C/A碼P碼數(shù)據(jù)碼衛(wèi)星的星歷衛(wèi)星工作狀態(tài)時(shí)間系統(tǒng)衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài)軌道攝動(dòng)改正大氣折射改正L2載波GPS衛(wèi)星信號(hào)任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)三、GPS信號(hào)的結(jié)構(gòu)

GPS衛(wèi)星信號(hào)的構(gòu)成示意圖。圖中說(shuō)明所有信號(hào)分量是根據(jù)同一基準(zhǔn)頻率（圖中A點(diǎn)）產(chǎn)生的，其中包括載波（B點(diǎn)），（C點(diǎn)），調(diào)制在載波上的調(diào)相信號(hào)C/A碼（D點(diǎn)），P碼（F點(diǎn)）和數(shù)據(jù)碼（G點(diǎn)），經(jīng)衛(wèi)星發(fā)射天線（H點(diǎn)）發(fā)射的信號(hào)分量包括：C/A碼信號(hào)（J點(diǎn)），L1—P碼信號(hào)（K點(diǎn)）和L2—P碼信號(hào)（L點(diǎn)）。GPS信號(hào)的構(gòu)成

任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)作用搭載其它調(diào)制信號(hào)測(cè)距測(cè)定多普勒頻移類型目前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)：25.48cm四、載波任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)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)）四、載波任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)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1五、測(cè)距碼任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)碼表達(dá)信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合，是一組二進(jìn)制的數(shù)碼序列每一個(gè)二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)碼元或一個(gè)比特。數(shù)碼率：每分鐘傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)碼碼可以看作是以0和1為幅度的時(shí)間函數(shù)，用u(t)來(lái)表示?！ぁぁぁぁぁ01

111101011000100100······信號(hào)波形信號(hào)序列GPS衛(wèi)星碼信號(hào)45任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)GPS衛(wèi)星的偽隨機(jī)測(cè)距碼(PRN)周期性二進(jìn)制序列具有良好相關(guān)特性具有確定的編碼規(guī)則可人工復(fù)制任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)C/A碼碼長(zhǎng)較短，易于捕獲；但碼元寬度較大，測(cè)距精度較低。

C/A碼的碼長(zhǎng)：碼元寬度：一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)的距離：293.1m

周期：數(shù)碼率：

任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)C/A碼特點(diǎn)易捕獲，可用于捕獲P碼，捕獲碼。在GPS導(dǎo)航和定位中，為了捕獲C/A碼以測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間，通常需要對(duì)C/A碼逐個(gè)進(jìn)行搜索。因?yàn)镃/A碼總共只有1023個(gè)碼元，若以每秒50個(gè)碼元的速度搜索，約需20.5s便可達(dá)到目的，易捕獲。精度低，粗碼。由于C/A碼的碼元寬度較大，如果兩個(gè)序列的碼元對(duì)齊誤差為碼元寬度的1/10～1/100，相應(yīng)的測(cè)距精度為29.3～2.9m。公開(kāi)的明碼，全球免費(fèi)使用。只調(diào)制在L1載波上，無(wú)法精確消除電離層延遲。任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)P碼P碼即精密測(cè)距碼或稱精碼。它的特征是：碼長(zhǎng)：碼元寬度：一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)距離：29.3m；周期：數(shù)碼率：50任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)P碼碼長(zhǎng)較長(zhǎng)，借助C/A碼信息捕獲。P碼的周期被分成38部分，每一部分為7d，其中5部分給地面監(jiān)測(cè)站使用，32部分分配給不同的衛(wèi)星，1個(gè)部分閑置。這樣，每顆衛(wèi)星使用P碼的不同部分，碼長(zhǎng)和周期相同，但結(jié)構(gòu)不同。碼元寬度小，測(cè)距精度高。由于P碼的碼元寬度為C/A碼的1/10，如果碼元的對(duì)齊精度仍為碼元寬度的1/10～1/100，則由此引起的距離誤差約為2.93～0.29m，僅為C/A碼的1/10，所以P碼用于精密的導(dǎo)航和定位。任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)P碼結(jié)構(gòu)不公開(kāi)，專供美國(guó)軍方及特許用戶使用。目前P碼的結(jié)構(gòu)正逐漸被大家所熟悉而難以繼續(xù)保密，所以美國(guó)從1994年開(kāi)始實(shí)施AS政策，即將P碼再加密生成Y碼，以防止電子干擾和電子欺騙。測(cè)距精度高。P碼同時(shí)調(diào)制在L1和L2載波上，可以較完善的消除電離層延遲，測(cè)距更為精確。任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)偽碼測(cè)距衛(wèi)星依據(jù)自己時(shí)鐘（鐘脈沖）發(fā)出測(cè)距碼U（t），經(jīng)過(guò)△t時(shí)的傳播到達(dá)GPS接收機(jī)。接收機(jī)在自己鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼U‘（t）。通過(guò)時(shí)延器使之延遲時(shí)間τ，對(duì)兩碼進(jìn)相關(guān)比較。直至兩碼完全對(duì)齊，相關(guān)系數(shù)R（t）=max=1，則該時(shí)間延遲τ即為傳播時(shí)間△t（τ=△t）偽距：ρ=c·△t=c·τ六、GPS信號(hào)的傳播

GPS采用了信號(hào)擴(kuò)頻調(diào)制，把窄帶信號(hào)擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上發(fā)射出去，以達(dá)到抗干擾、保密和省電的目的。

在信息理論中我們把一組不包含我們想要的有用信息的量稱為噪聲。

任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)七、導(dǎo)航電文

GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文主要包括衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延改正、工作狀態(tài)和捕獲C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息。

將這些信息以數(shù)據(jù)，即以二進(jìn)制碼的形式向用戶發(fā)送，所以導(dǎo)航電文又稱為數(shù)據(jù)碼，即D碼。

任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)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)七、導(dǎo)航電文七、導(dǎo)航電文123451234567891030s6s0.02s0.6s25頁(yè)10個(gè)字30比特導(dǎo)航電文的基本構(gòu)成

任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)基本內(nèi)容七、導(dǎo)航電文一個(gè)子幀6s長(zhǎng)，10個(gè)字，每字30比特1幀30s1500比特任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)遙測(cè)碼（TLM–TelemetryWord）每一子幀的第1個(gè)字主要作用是指明衛(wèi)星注入數(shù)據(jù)的狀態(tài)用作捕獲導(dǎo)航電文的前導(dǎo)共30bit。其中，1-8bit為同步碼，識(shí)別電文內(nèi)容的先兆，使用戶易于解調(diào)導(dǎo)航電文；9-22bit為遙測(cè)電文，包括注入數(shù)據(jù)時(shí)的狀態(tài)信息、診斷信息和其他信息，指示用戶是否選用該衛(wèi)星；23-24bit為連接作用；25-30bit為奇偶檢驗(yàn)碼，用于發(fā)現(xiàn)并糾正個(gè)別錯(cuò)誤，確保正確地傳送導(dǎo)航電文。七、導(dǎo)航電文任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)換碼（HOW–HandOverWord）每一子幀的第2個(gè)字主要內(nèi)容：幫助用戶從獲得的C/A碼換到P碼的捕獲。其中，1-17bit為Z計(jì)數(shù)；獲得Z計(jì)數(shù)，即知道了觀測(cè)瞬間在P碼周期中所處的準(zhǔn)確位置，可樣便可順利捕獲P碼。七、導(dǎo)航電文任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)第一數(shù)據(jù)塊第1子幀的第3~10個(gè)字內(nèi)容：WN–GPS周L1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–URATgd–

信號(hào)在衛(wèi)星內(nèi)部的時(shí)延星鐘數(shù)據(jù)齡期AODC星鐘改正參數(shù)a0（鐘偏），a1（鐘速），a2（鐘漂）七、導(dǎo)航電文任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)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－廣播星歷星歷參數(shù)

—開(kāi)普勒軌道六參數(shù)

—軌道攝動(dòng)九參數(shù)

—時(shí)間二參數(shù)七、導(dǎo)航電文任務(wù)二GPS衛(wèi)星信號(hào)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(shū)（概略星歷）概略星歷時(shí)鐘改正衛(wèi)星工作狀態(tài)等第三數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容每12.5分鐘重復(fù)一次七、導(dǎo)航電文GPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)理論衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)取決于所受到的各種力的作用：地球引力太陽(yáng)、月球及其他天體引力大氣阻力、地球潮汐作用力等為了研究衛(wèi)星基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，將作用力分為：地球質(zhì)心引力，主要作用力攝動(dòng)力，非中心引力任務(wù)三衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道一、理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)(無(wú)攝運(yùn)動(dòng)）

攝動(dòng)力與中心引力相比，僅為10-3

量級(jí)。地球引力決定了衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。所謂理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)，是將地球視作勻質(zhì)球體，且不顧及其它攝動(dòng)力的影響，衛(wèi)星只是在地球質(zhì)心引力作用下而運(yùn)動(dòng)。

它是衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的第一近似描述研究意義它是至今唯一能得到的嚴(yán)密分析解的運(yùn)動(dòng)它是全部作用力下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)更精確解的基礎(chǔ)GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程一、理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)

開(kāi)普勒第一定律——衛(wèi)星運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，地球質(zhì)心位居橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。

該定律表明，衛(wèi)星相對(duì)于地球質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)軌道是一個(gè)橢圓，該橢圓有著固定的形狀和大小，橢圓上距離地球質(zhì)心最遠(yuǎn)的一點(diǎn)稱為遠(yuǎn)地點(diǎn)，距離地球質(zhì)心最近的一點(diǎn)稱為近地點(diǎn)。

衛(wèi)星運(yùn)行軌道橢圓任務(wù)三衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程一、理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)

開(kāi)普勒第二定律——衛(wèi)星的地心向徑，即地球質(zhì)心與衛(wèi)星質(zhì)心間的距離向量，在相同的時(shí)間內(nèi)所掃過(guò)的面積相等。

開(kāi)普勒第二定律表明，衛(wèi)星沿軌道橢圓的運(yùn)行速度在不斷變化，在近地點(diǎn)處速度最大，在遠(yuǎn)地點(diǎn)處速度最小。

相等時(shí)間地心向徑掃過(guò)的面積任務(wù)三衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程一、理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)

開(kāi)普勒第三定律——衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)行的周期的平方與軌道橢圓長(zhǎng)半徑的立方成正比，其比值等于地球引力常數(shù)的倒數(shù)。開(kāi)普勒第三定律的數(shù)學(xué)形式為：

式中——

T為衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的周期

任務(wù)三衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程二、衛(wèi)星運(yùn)行的軌道

待解問(wèn)題軌道橢圓的形狀和大?。╝s,es)軌道平面與地球體的相關(guān)位置(i,Ω)軌道橢圓在軌道平面上的方位（ωs）衛(wèi)星在軌道上的瞬時(shí)位置(ν（fs）)衛(wèi)星軌道參數(shù)

任務(wù)三衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道

as：長(zhǎng)半徑es：軌道偏心率i：軌道面的傾角Ω：升交點(diǎn)赤經(jīng)ωs：近地點(diǎn)角ν（fs）：真近點(diǎn)角GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程三、攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行軌道的影響

地球體不規(guī)則及質(zhì)量分布不均勻而引起的作用力太陽(yáng)和月球的引力太陽(yáng)的直接與間接輻射壓力大氣的阻力攝動(dòng)力的影響地球潮汐的作用力、磁力任務(wù)三衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程任務(wù)四衛(wèi)星星歷與衛(wèi)星位置計(jì)算

一、GPS衛(wèi)星星歷

衛(wèi)星的星歷就是一組對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的軌道參數(shù)值，它是計(jì)算衛(wèi)星瞬時(shí)位置的依據(jù)。

廣播星歷（預(yù)報(bào)星歷）實(shí)測(cè)星歷（精密星歷）GPS衛(wèi)星星歷GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程一、GPS衛(wèi)星星歷1.廣播星歷

衛(wèi)星將地面監(jiān)測(cè)站注入的有關(guān)衛(wèi)星軌道的信息，通過(guò)發(fā)射導(dǎo)航電文傳遞給用戶，用戶接收到這些信號(hào)進(jìn)行解碼即可獲得所需要的衛(wèi)星星歷，即廣播星歷。GPS用戶所接收到的衛(wèi)星廣播星歷中，包括15個(gè)衛(wèi)星星歷參數(shù)和2個(gè)時(shí)間參數(shù)。廣播星歷參數(shù)

任務(wù)四衛(wèi)星星歷與衛(wèi)星位置計(jì)算

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程一、GPS衛(wèi)星星歷2.實(shí)測(cè)星歷

實(shí)測(cè)星歷是一些國(guó)家根據(jù)自己的衛(wèi)星跟蹤站觀測(cè)資料，經(jīng)過(guò)事后處理直接計(jì)算的衛(wèi)星星歷，它向廣大用戶提供有償服務(wù)，所以大大提高了衛(wèi)星星歷的精度。

任務(wù)四衛(wèi)星星歷與衛(wèi)星位置計(jì)算

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程二、衛(wèi)星在其軌道平面內(nèi)的位置計(jì)算

計(jì)算真近點(diǎn)角Vk計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度n計(jì)算歸化時(shí)間tk計(jì)算升交距角u0計(jì)算經(jīng)過(guò)攝動(dòng)改正的升交距角、衛(wèi)星地心距離及軌道傾角計(jì)算衛(wèi)星的軌道平面直角坐標(biāo)計(jì)算任務(wù)四衛(wèi)星星歷與衛(wèi)星位置計(jì)算

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程三、衛(wèi)星在地心空間直角坐標(biāo)系中的位置計(jì)算

計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻的升交點(diǎn)赤經(jīng)ΩK計(jì)算衛(wèi)星在地心空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)

計(jì)算任務(wù)四衛(wèi)星星歷與衛(wèi)星位置計(jì)算

GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程任務(wù)五GPS信號(hào)的接收

GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)，是一種可供無(wú)數(shù)用戶共享的信息資源。所以用戶需要一種能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)的接收設(shè)備，也就是GPS信號(hào)接收機(jī)。GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程一、信號(hào)接收設(shè)備的組成GPS信號(hào)接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

任務(wù)五GPS信號(hào)的接收GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程二、天線單元

GPS信號(hào)接收機(jī)的天線單元為接收設(shè)備的前置部分。天線單元包含接收天線和前置放大器兩部分。其中天線部分可能是全向振子天線或小型螺旋天線或微帶天線，但從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，以微帶天線用的最廣、最有前途。

任務(wù)五GPS信號(hào)的接收GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程三、接收單元信號(hào)通道存儲(chǔ)器微處理機(jī)電源相關(guān)型通道平方型通道碼相位通道接收單元任務(wù)五GPS信號(hào)的接收GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程本章小結(jié)接收單元衛(wèi)星在地心空間直角坐標(biāo)系中的位置計(jì)算小結(jié)1.GPS定位系統(tǒng)的組成

2.衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道

3.衛(wèi)星的星歷與衛(wèi)星位置計(jì)算

地面監(jiān)控部分空間衛(wèi)星部分用戶接收部分理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星運(yùn)行的軌道攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行軌道的影響GPS衛(wèi)星星歷GPS衛(wèi)星信號(hào)的內(nèi)容、GPS信號(hào)的結(jié)構(gòu)測(cè)距碼的產(chǎn)生、GPS信號(hào)的傳播導(dǎo)航電文信號(hào)接收設(shè)備的組成天線單元衛(wèi)星在其軌道平面內(nèi)的計(jì)算4.GPS衛(wèi)星信號(hào)5.GPS信號(hào)的接收GPS測(cè)量定位技術(shù)精品課程思考題與習(xí)題

1.主控站的主要作用有哪幾條？2.地面監(jiān)控部分的工作程序？3.GPS工作衛(wèi)星為什么采用二萬(wàn)公里高近于圓形的軌道？4.GPS衛(wèi)星的主要作用有哪三方面？5.GPS衛(wèi)星的空間布局和運(yùn)行速度決定了地面觀測(cè)者具備哪些觀測(cè)條件？6.什么是時(shí)間間隙段？怎樣避開(kāi)時(shí)間間隙段對(duì)測(cè)量定位的影響？7.GPS信號(hào)接收機(jī)按用途可分為哪三種？按攜帶形式可分為哪七種。8.什么是理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)？9.廣播星歷的優(yōu)缺點(diǎn)？10.GPS信號(hào)接收設(shè)備的結(jié)構(gòu)和作用？11.相關(guān)型通道的主要優(yōu)點(diǎn)有哪些？12.微帶天線的優(yōu)缺點(diǎn)？子項(xiàng)目四GPS衛(wèi)星定位原理子項(xiàng)目四GPS衛(wèi)星定位原理●了解GPS測(cè)速原理和定時(shí)原理?！窭斫庵鲃?dòng)式測(cè)距和被動(dòng)式測(cè)距、偽距及測(cè)定與計(jì)算、動(dòng)態(tài)定位的特點(diǎn)?！裾莆誈PS定位、靜態(tài)定位、動(dòng)態(tài)定位、單點(diǎn)定位、相對(duì)定位等的基本概念和載波相位測(cè)量方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)子項(xiàng)目四GPS衛(wèi)星定位原理

任務(wù)一

GNSS衛(wèi)星定位原理概況

任務(wù)二

載波相位測(cè)量

任務(wù)三

偽距測(cè)量

任務(wù)四

GNSS絕對(duì)定位

任務(wù)五

GNSS相對(duì)定位

本項(xiàng)目小結(jié)子項(xiàng)目四GPS衛(wèi)星定位原理

GPS的定位實(shí)質(zhì)：把衛(wèi)星視為“動(dòng)態(tài)”的控制點(diǎn)，在已知其瞬時(shí)坐標(biāo)的條件下，進(jìn)行空間距離后方交會(huì)，確定用戶接收機(jī)天線所處的位置。

子項(xiàng)目四GPS衛(wèi)星定位原理需解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題如何確定衛(wèi)星的位置如何測(cè)量出星站距離？GPS定位方法分類定位模式（1）絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）（2）相對(duì)定位（3）差分定位定位時(shí)接收機(jī)天線的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（1）靜態(tài)定位－天線相對(duì)于地固坐標(biāo)系靜止（2）動(dòng)態(tài)定位－天線相對(duì)于地固坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)獲得定位結(jié)果的時(shí)效（1）事后定位（2）實(shí)時(shí)定位觀測(cè)值類型（1）測(cè)碼偽距測(cè)量（2）載波相位測(cè)量

GPS定位方法分類按參考點(diǎn)的不同位置劃分為：（1）絕對(duì)定位（單點(diǎn)定位）：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站相對(duì)地球質(zhì)心的位置。（2）相對(duì)定位：在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站與地面某一參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。采用兩臺(tái)以上的接收機(jī)同步觀測(cè)相同的GPS衛(wèi)星，以確定接收機(jī)天線間的相互位置關(guān)系的一種方法。GPS定位方法分類相對(duì)定位（差分定位）優(yōu)點(diǎn)：獲得較高的精度缺點(diǎn)：增加了外業(yè)組織和實(shí)施難度按用戶接收機(jī)作業(yè)時(shí)所處的狀態(tài)劃分：（1）靜態(tài)定位：在定位過(guò)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(duì)的，在衛(wèi)星大地測(cè)量中的靜止?fàn)顟B(tài)通常是指待定點(diǎn)的位置相對(duì)其周圍點(diǎn)位沒(méi)有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測(cè)期內(nèi)可以忽略。（2）動(dòng)態(tài)定位：在定位過(guò)程中，接收機(jī)天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，又都包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種形式。GPS定位方法分類GPS定位方法分類靜態(tài)定位與動(dòng)態(tài)定位的不同點(diǎn)靜態(tài)定位可靠性強(qiáng)，定位精度高，在大地測(cè)量、工程測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用，是精密定位中的基本模式。動(dòng)態(tài)定位可測(cè)定一個(gè)動(dòng)點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置、運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)。如速度、時(shí)間和方位等。GPS定位方法分類主動(dòng)式測(cè)距（雙程測(cè)距）用電磁波測(cè)距儀發(fā)射測(cè)距信號(hào)，通過(guò)反射器反射回來(lái)，再由測(cè)距儀接收。根據(jù)測(cè)距信號(hào)的傳播時(shí)間求解距離ρ。只要求儀器鐘自身能在信號(hào)往、返時(shí)間段中保持穩(wěn)定，不影響測(cè)距精度。GPS定位方法分類主動(dòng)式測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)主動(dòng)式測(cè)距的缺點(diǎn)用戶須發(fā)射信號(hào)，因而難以隱蔽自己。對(duì)軍事用戶十分不利。GPS定位方法分類被動(dòng)式測(cè)距（單程測(cè)距）發(fā)射站在規(guī)定時(shí)刻內(nèi)準(zhǔn)確發(fā)出信號(hào)，用戶根據(jù)自己的時(shí)鐘記錄信號(hào)到達(dá)時(shí)間，根據(jù)時(shí)差Δt求解距離ρ。GPS定位方法分類用戶無(wú)需發(fā)射信號(hào)，便于隱蔽自己；所需裝置也較簡(jiǎn)單，僅接收設(shè)備即可。被動(dòng)式測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)被動(dòng)式測(cè)距的缺點(diǎn)接收機(jī)鐘和各衛(wèi)星鐘不能與GPS時(shí)間系統(tǒng)保持絕對(duì)同步，由此所引起的鐘差對(duì)測(cè)距帶來(lái)了影響。GPS觀測(cè)量的基本概念無(wú)論采取何種GPS定位方法，都是通過(guò)觀測(cè)GPS衛(wèi)星而獲得某種觀測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。GPS衛(wèi)星信號(hào)含有多種定位信息，根據(jù)不同的要求，可以從中獲得不同的觀測(cè)量，主要包括：

（一）衛(wèi)星射電干涉測(cè)量（二）多普勒定位法（三）測(cè)距碼偽距定位法（四）載波相位測(cè)量（一）衛(wèi)星射電干涉測(cè)量

利用GPS衛(wèi)星射電信號(hào)，由兩個(gè)測(cè)站同時(shí)觀測(cè)一顆GPS衛(wèi)星，通過(guò)測(cè)量這顆衛(wèi)星的射電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)測(cè)站的時(shí)間差，可以求得兩站間距離。干涉法測(cè)量時(shí)，所需設(shè)備較昂貴，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。（二）多普勒定位法

根據(jù)多普勒效應(yīng)原理，利用GPS衛(wèi)星較高的發(fā)射頻率，由積分多普勒記數(shù)得出偽距差。采用積分多普勒計(jì)數(shù)法進(jìn)行定位時(shí)，所需觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，一般數(shù)小時(shí)，同時(shí)觀測(cè)過(guò)程中，要求接收機(jī)的震蕩器保持高度穩(wěn)定。（三）測(cè)距碼偽距定位法

在某一瞬間利用GPS接收機(jī)同時(shí)測(cè)定至少四顆衛(wèi)星的偽距，根據(jù)已知的衛(wèi)星位置和偽距觀測(cè)值，采用距離交會(huì)法求出接收機(jī)的三維坐標(biāo)和時(shí)鐘改正數(shù)?；驹頊y(cè)距碼偽距定位法的優(yōu)點(diǎn)一次定位的精度并不高，但定位速度快，經(jīng)幾小時(shí)的定位也可達(dá)到米級(jí)。若再增加觀測(cè)時(shí)間，精度還可以提高。（三）測(cè)距碼偽距定位法（四）載波相位測(cè)量

把載波作為量測(cè)信號(hào)，對(duì)載波進(jìn)行相位測(cè)量可以達(dá)到很高的精度。通過(guò)測(cè)量載波的相位而求得接收機(jī)到GPS衛(wèi)星的距離。

任務(wù)二

測(cè)距碼偽距測(cè)量導(dǎo)航定位的最基本方法優(yōu)越性速度快、無(wú)多值性問(wèn)題，利用增加觀測(cè)時(shí)間可以提高定位精度雖然測(cè)量定位精度低，但足以滿足部分用戶的需要。

任務(wù)二

測(cè)距碼偽距測(cè)量一、測(cè)定偽距的方法二、偽距法定位的原理三、偽距定位法的應(yīng)用

一、測(cè)定偽距的方法將測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼調(diào)制到載波上由衛(wèi)星發(fā)射機(jī)將調(diào)制信號(hào)發(fā)出接收機(jī)收到測(cè)距碼接收機(jī)產(chǎn)生復(fù)制碼測(cè)距碼和復(fù)制碼作相關(guān)處理一、測(cè)定偽距的方法

由時(shí)延器測(cè)定出兩信號(hào)間的時(shí)間延遲。

在理想的情況下，時(shí)間延遲τ等于衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間。將τ乘以光速c，就可以求得衛(wèi)星至接收機(jī)的距離ρ。一、測(cè)定偽距的方法衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘不完全同步自相關(guān)系數(shù)最大條件下求得的時(shí)延τ和真空中光速c的乘積含有誤差，這個(gè)乘積就稱為偽距以偽距作基本觀測(cè)量定位的方法偽距法定位二、偽距法定位的原理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）二、偽距法定位的原理將觀測(cè)時(shí)得到的偽距改正為衛(wèi)星至接收機(jī)之間的實(shí)際距離ρ。

—偽距—電離層折射改正—對(duì)流層折射改正—衛(wèi)星的鐘差—接收機(jī)的鐘差二、偽距法定位的原理列出實(shí)際距離與衛(wèi)星坐標(biāo)和接收機(jī)坐標(biāo)的關(guān)系（x、y、z）（X、Y、Z）—衛(wèi)星坐標(biāo)—接收機(jī)坐標(biāo)四、測(cè)距碼偽距法定位的應(yīng)用

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)（即每顆衛(wèi)星都采用特定的偽隨機(jī)噪聲碼）易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào)便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理（如AS）利用測(cè)距碼進(jìn)行測(cè)距的缺點(diǎn)精度低第三節(jié)載波相位測(cè)量

偽距以測(cè)距碼作為量測(cè)信號(hào)，因測(cè)距碼的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，難以達(dá)到較高的精度。而載波相位測(cè)量不使用測(cè)距碼信號(hào)，不受測(cè)距碼控制，屬于非測(cè)距碼測(cè)量系統(tǒng)。

載波信號(hào)是一種周期性的正弦信號(hào)，相位測(cè)量只能測(cè)定起不足一個(gè)波長(zhǎng)的小數(shù)部分，無(wú)法測(cè)定起正波長(zhǎng)個(gè)數(shù)。因而存在著整周數(shù)的不確定性問(wèn)題，使得解算過(guò)程復(fù)雜化。我們接收到的GPS信號(hào)是調(diào)制波，即在載波上搭載著測(cè)距碼及導(dǎo)航電文，使得接收到的載波的相位不再連續(xù)，所以在使用載波信號(hào)測(cè)量之前必須先要進(jìn)行重建載波的工作第三節(jié)載波相位測(cè)量重建載波--將非連續(xù)的載波信號(hào)恢復(fù)成連續(xù)的載波信號(hào)。載波調(diào)制了導(dǎo)航電文之后變成了非連續(xù)的波重建載波的方法碼相關(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）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）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)需了解Y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）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）第三節(jié)載波相位測(cè)量一、載波相位測(cè)量原理二、載波相位測(cè)量觀測(cè)方程三、載波相位測(cè)量的特點(diǎn)一、載波相位測(cè)量原理將測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼調(diào)制到載波上由衛(wèi)星發(fā)射機(jī)將調(diào)制信號(hào)發(fā)出接收機(jī)解調(diào)出純凈的載波信號(hào)接收機(jī)產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)載波信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)求相位差若在t0時(shí)刻接收機(jī)產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)的相位是，接收機(jī)接收到的載波信號(hào)的相位是，若能測(cè)定出二者相位之差，則由載波波長(zhǎng)λ就可以求出該瞬間從衛(wèi)星至接收機(jī)的距離：

一、載波相位測(cè)量原理二、載波相位測(cè)量觀測(cè)方程觀測(cè)值整周計(jì)數(shù)整周未知數(shù)（整周模糊度）整周未知數(shù)

（整周模糊度Ambiguity）只與開(kāi)機(jī)時(shí)間有關(guān)，與衛(wèi)星有關(guān)，開(kāi)機(jī)后，對(duì)同一顆衛(wèi)星而言，整周未知數(shù)不變整周未知數(shù)確定整周未知數(shù)N0是載波相位測(cè)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)1、偽距法偽距法是在進(jìn)行載波相位測(cè)量的同時(shí)又進(jìn)行了偽距測(cè)量，將偽距觀測(cè)值減去載波相位測(cè)量的實(shí)際觀測(cè)值（化為以距離為單位）后即可得到λ×N0。但由于偽距測(cè)量的精度較低，所以要有較多的觀測(cè)值取平均值后才能獲得正確的整波段數(shù)。整周未知數(shù)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(lái)加以估計(jì)和確定。分兩種方法：（1）整數(shù)解由于誤差影響，解得得整周未知數(shù)往往不是一個(gè)整數(shù)，然后將其固定為整數(shù)，并重新進(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(wú)法估計(jì)很準(zhǔn)確，此時(shí)直接將實(shí)數(shù)解作為最后解。也稱為浮點(diǎn)解（floatingsolution）整周未知數(shù)3、多普勒法（三差法）由于連續(xù)跟蹤的所有載波相位測(cè)量觀測(cè)值中均含有相同的整周未知數(shù)，所以將相鄰兩個(gè)觀測(cè)歷元的載波相位相減，就將該未知數(shù)消去，從而直接接觸坐標(biāo)參數(shù)，這就是多普勒法。由于三差法可以消除許多誤差，所以使用較廣泛。整周未知數(shù)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)）解算法進(jìn)行快速定位的方法。采用這種方法進(jìn)行短基線定位時(shí)，利用雙頻接收機(jī)只需觀測(cè)一分鐘便能成功的確定整周未知數(shù)。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，就不會(huì)與前面的值保持連續(xù)，這一現(xiàn)象稱為整周跳變。周跳T

產(chǎn)生周跳的原因主要原因就是信號(hào)失鎖信號(hào)被遮擋，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)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)值周跳T

因周跳而丟失的周數(shù)將使周跳發(fā)生后的所有相位觀測(cè)值都含有這個(gè)周數(shù)的偏差解決周跳問(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)間和大小常用的方法有下列幾種方法：1、屏幕掃描法（也就是手工編輯）2、多項(xiàng)式擬合法3、衛(wèi)星間求差法4、根據(jù)平差后的殘差發(fā)現(xiàn)和修復(fù)整周跳變參數(shù)法將周跳標(biāo)記出來(lái)，引入周跳參數(shù)，進(jìn)行解算三、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)題任務(wù)四絕對(duì)定位原理定義單獨(dú)利用一臺(tái)接收機(jī)確定待定點(diǎn)在地固坐標(biāo)系中絕對(duì)位置的方法，又叫做單點(diǎn)定位定位結(jié)果

－與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的絕對(duì)坐標(biāo)采用廣播星歷時(shí)屬WGS-84采用IGS–InternationalGPSService精密星歷時(shí)為ITRF–InternationalTerrestrialReferenceFrames（國(guó)際地球參考框架）特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：一臺(tái)接收機(jī)單獨(dú)定位，觀測(cè)簡(jiǎn)單，可瞬時(shí)定位缺點(diǎn)：精度主要受系統(tǒng)性偏差的影響，定位精度低應(yīng)用領(lǐng)域低精度導(dǎo)航、資源普查、軍事、...單點(diǎn)定位的誤差源及應(yīng)對(duì)方法衛(wèi)星星歷精密星歷衛(wèi)星鐘差精密鐘差、地面跟蹤電離層延遲雙頻改正對(duì)流層延遲模型改正精密單點(diǎn)定位PPP–PrecisePointPositioning特點(diǎn)主要觀測(cè)值為載波相位采用精密的衛(wèi)星軌道和鐘數(shù)據(jù)采用復(fù)雜的模型定位精度亞分米級(jí)用途全球高精度測(cè)量衛(wèi)星定軌定位精度評(píng)價(jià)——精度衰減因子DOP值DOP（DilutionOfPrecision）值DOP值與定位精度DOP值的性質(zhì)DOP值與單點(diǎn)定位時(shí)，所觀測(cè)衛(wèi)星的數(shù)量與分布有關(guān)，它所表示的是定位的幾何條件DOP值恒大于1，最高精度為1.DOP值越小，定位的幾何條件越好定位精度評(píng)價(jià)——精度衰減因子DOP值在實(shí)踐中，根據(jù)不同要求，可選用不同的精度評(píng)價(jià)模型和相應(yīng)的精度因子，通常有：※平面位置精度因子HDOP(horizontalDOP)※高程精度因子VDOP(VerticalDOP)※空間位置精度因子PDOP(PositionDOP)※接收機(jī)鐘差精度因子TDOP(TimeDOP)※幾何精度因子GDOP(GeometricDOP)，描述空間位置誤差和時(shí)間誤差綜合影響的精度因子任務(wù)五GPS相對(duì)定位定義

確定進(jìn)行同步觀測(cè)的接收機(jī)之間相對(duì)位置的定位方法，稱為相對(duì)定位。定位結(jié)果與所用星歷同屬一坐標(biāo)系的基線向量（坐標(biāo)差）及其精度信息采用廣播星歷時(shí)屬WGS-84采用IGS–InternationalGPSService精密星歷時(shí)為ITRF–InternationalTerrestrialReferenceFrame基線向量中含有：2個(gè)方位基準(zhǔn)（一個(gè)水平方法，一個(gè)垂直方位）和1個(gè)尺度基準(zhǔn)，不含有位置基準(zhǔn)優(yōu)點(diǎn)：定位精度高缺點(diǎn)：多臺(tái)接收共同作業(yè)，作業(yè)復(fù)雜；數(shù)據(jù)處理復(fù)雜；不能直接獲取絕對(duì)坐標(biāo)應(yīng)用高精度測(cè)量定位及導(dǎo)航

相對(duì)定位也分靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。安置在基線端點(diǎn)的接收機(jī)固定不動(dòng)，通過(guò)連續(xù)觀測(cè)，取得充分的多余觀測(cè)數(shù)據(jù)，改善定位精度。靜態(tài)相對(duì)定位一般均采用載波相位觀測(cè)值（或測(cè)相偽距）為基本觀測(cè)量。靜態(tài)相對(duì)定位T1T2S1S2S3S4在兩個(gè)觀測(cè)站或多個(gè)觀測(cè)站同步觀測(cè)相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層的折射誤差等對(duì)觀測(cè)量的影響具有一定的相關(guān)性，利用這些觀測(cè)量的不同組合（求差）進(jìn)行相對(duì)定位，可有效地消除或減弱相關(guān)誤差地影響，從而提高相對(duì)定位的精度。靜態(tài)相對(duì)定位觀測(cè)量的線性組合GPS相對(duì)定位是通過(guò)觀測(cè)量的不同組合求差得到的差分觀測(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