(完整版)第五章GPS观测量与定位方法__伪距观测
合集下载
GPS原理-第五章-GPS卫星定位基本原理
10
测距码
C/A码（测距时有模糊度） P码
11
测距码测距原理①
• 距离测定的基本思路
c t c
信号传 播时间
• 信号（测距码）传播时间的测定
信号传播时间的测定
12
测距码测距原理②
• 利用测距码测距的必要条件
– 必须了解测距码的结构
• 利用测距码进行测距的优点
–
采用的是CDMA（码分多址）
– 双频改正
• 对流层延迟
– 模型改正
24
精密单点定位
• 精密单点定位
– PPP – Precise Point Positioning
– 特点
• 主要观测值为载波相位
• 采用精密的卫星轨道和钟数据
• 采用复杂的模型
– 定位精度
• 亚分米级
– 用途
• 全球高精度测量
• 卫星定轨
25
观测卫星的几何分布及其对绝对定位精
– PPS – 精密定位服务
• 可使用P码，军用 • 2DRMS水平=22 m • 2DRMS垂直=27.7 m • 2DRMS时间=200 ns
28
美国政府的GPS政策
• SA技术（1990.3.25~2000.5.1）
– Selective Availability – 选择可用性 – 人为降低普通用户的测量精度。方法:
测距码
C/A码（测距时有模糊度） P码
11
测距码测距原理①
• 距离测定的基本思路
c t c
信号传 播时间
• 信号（测距码）传播时间的测定
信号传播时间的测定
12
测距码测距原理②
• 利用测距码测距的必要条件
– 必须了解测距码的结构
• 利用测距码进行测距的优点
–
采用的是CDMA（码分多址）
– 双频改正
• 对流层延迟
– 模型改正
24
精密单点定位
• 精密单点定位
– PPP – Precise Point Positioning
– 特点
• 主要观测值为载波相位
• 采用精密的卫星轨道和钟数据
• 采用复杂的模型
– 定位精度
• 亚分米级
– 用途
• 全球高精度测量
• 卫星定轨
25
观测卫星的几何分布及其对绝对定位精
– PPS – 精密定位服务
• 可使用P码，军用 • 2DRMS水平=22 m • 2DRMS垂直=27.7 m • 2DRMS时间=200 ns
28
美国政府的GPS政策
• SA技术（1990.3.25~2000.5.1）
– Selective Availability – 选择可用性 – 人为降低普通用户的测量精度。方法:
GPS伪距测量定位概述GPS的观测量GPS
测 距 码
动态定位 单点 绝对定位 静态定位
伪
距
测
量
动态定位
定 相对定位
位
静态定位
因非北约用户 无法获得P码 而导致定位精 度较低，测量 中一般不使用。 优点：原理简 单、成本低、 实时性好。
教学中常以单 点静态定位为 例讲解GPS定 位原理
单点 动态定位 绝对定位 静态定位
精度仍达不到测绘 要求，测量专业一 般不使用
trop ion
（8）
trop ion ctb ctaj （9）
3、测码伪距方程
若上述伪距是用测距码测定的，则所 建立的方程即称测距码伪距方程。
将式（9）代入距离方程式（7）可得 测码伪距方程的通式：
1
[(xk X )2 ( yk Y )2 (zk Z )2 ]2 trop ion ctb ct k
载波 相位 伪距 测量 定位
动 单站式差分 ---GPS RTK
态
（小区域地形、工测）
定 局域差分
---网络GPS
相位
（城市级交通等）
对
广域差分 ---GPS增强系统
定
（全球或大区域交通、导航等）
位 静态 ---（用于大规模、高精度全球或 定位 全国性GPS大地网测量；用于工程
控制网、城市控制网测量）
第5章卫星定位基本原理PPT课件
q3 1 q3 2 q3 3
1B 2L 3H
它们两个之间的转换关系是 QBRQ XRT
式中
sinBcoLs sinBsinL coBs
R sinL
coLs
0
coBscoLs coBssinL sinB
显然，B、L、H的精度分别是
0 q11 0 q22
0 q33
在GPS中通常采用精度因子DOP来表示精度，有5个DOP，分别是
则： XA1L
如果同步观测卫星多于4个时，则需要使用最小二乘平差，首先写出误差方程
VAXL 根据最小二乘平差求解未知数，得 XA TA1A TL
q11 q12 q13 q14
未知数的协因数（权系数）阵为： QX
AT A1 q21 qq3411
q22 q32 q42
q23 q33 q43
q24 qq3444
载波的波长要短得多（λL1 = 19cm, λL2 = 24cm），对载波进行相位测量， 可以达到很高的精度。目前大地型接收机的载波相位测量精度一般为1~2mm。 但载波信号是一种周期性的正弦信号，相位测量只能测定其不足一个波长的部 分，因而存在整周不确定性问题，解算复杂。
由于GPS信号中已用相位调制的方法在载波上调制了测距码和导航电文， 因而接收到的载波的相位已不再连续（凡是调制信号从0变1或从1变0时，载波 的相位均要变化180°）。所以在进行载波相位测量之前，首先要进行解调工 作，设法将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重新获得载波，即所谓载 波重建。载波重建一般可采用两种方法：码相关法和平方法。
1B 2L 3H
它们两个之间的转换关系是 QBRQ XRT
式中
sinBcoLs sinBsinL coBs
R sinL
coLs
0
coBscoLs coBssinL sinB
显然，B、L、H的精度分别是
0 q11 0 q22
0 q33
在GPS中通常采用精度因子DOP来表示精度，有5个DOP，分别是
则： XA1L
如果同步观测卫星多于4个时，则需要使用最小二乘平差，首先写出误差方程
VAXL 根据最小二乘平差求解未知数，得 XA TA1A TL
q11 q12 q13 q14
未知数的协因数（权系数）阵为： QX
AT A1 q21 qq3411
q22 q32 q42
q23 q33 q43
q24 qq3444
载波的波长要短得多（λL1 = 19cm, λL2 = 24cm），对载波进行相位测量， 可以达到很高的精度。目前大地型接收机的载波相位测量精度一般为1~2mm。 但载波信号是一种周期性的正弦信号，相位测量只能测定其不足一个波长的部 分，因而存在整周不确定性问题，解算复杂。
由于GPS信号中已用相位调制的方法在载波上调制了测距码和导航电文， 因而接收到的载波的相位已不再连续（凡是调制信号从0变1或从1变0时，载波 的相位均要变化180°）。所以在进行载波相位测量之前，首先要进行解调工 作，设法将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重新获得载波，即所谓载 波重建。载波重建一般可采用两种方法：码相关法和平方法。
第五章 全站仪及GPS测量原理
上一页 返回
第二节 GPS测量原理 测量原理
一、GPS的组成 的组成
全球定位系统(GPS)由空间星座、地面监控和用户设备三部 由空间星座、 全球定位系统 由空间星座 分组成。 分组成。 1.空间星座部分 空间星座部分 GPS空间星座部分由 颗卫星组成，另有 颗备用卫星，卫 空间星座部分由24颗卫星组成 颗备用卫星， 空间星座部分由 颗卫星组成，另有3颗备用卫星 星分布在6个轨道面内 每个轨道面上有4颗卫星 个轨道面内， 颗卫星。 星分布在 个轨道面内，每个轨道面上有 颗卫星。卫星运行 周期为11小时 小时58分 轨道平均高度20200km。 24颗卫 周期为 小时 分，轨道平均高度 。 颗卫 星在空间上如此分布，可以保证在地球上任何地点、 星在空间上如此分布，可以保证在地球上任何地点、任何时 刻至少可观测到4颗卫星 颗卫星， 所示。 刻至少可观测到 颗卫星，如图5一4所示。 一 所示
上一页 下一页 返回
第二节 GPS测量原理 测量原理
1.伪距定位 伪距定位 GPS卫星能够按照星载时钟发射某一结构为“伪随机噪声码” 卫星能够按照星载时钟发射某一结构为“ 卫星能够按照星载时钟发射某一结构为 伪随机噪声码” 的信号，称为测距码信号。该信号从卫星发射经时间△ 后 的信号，称为测距码信号。该信号从卫星发射经时间△t后， 到达接收机天线;用上述信号传播时间 乘以电磁波在真空 用上述信号传播时间△ 到达接收机天线 用上述信号传播时间△t乘以电磁波在真空 中的速度c，就是卫星至接收机的空间儿何距离ρ。 中的速度 ，就是卫星至接收机的空间儿何距离 。 实际上，由于传播时间△ 中包含有卫星时钟与接收机时钟不 实际上，由于传播时间△t中包含有卫星时钟与接收机时钟不 同步的误差，测距码在大气中传播的延迟误差等，由此求得 同步的误差，测距码在大气中传播的延迟误差等， 的距离值并非真正的站星儿何距离，习惯上称之为“伪距”， 的距离值并非真正的站星儿何距离，习惯上称之为“伪距” 表示， 用ρ表示，与之相对应的定位方法称为伪距法定位。 表示 与之相对应的定位方法称为伪距法定位。
GPS测量原理及应用备课课件(最新)第五章：GPS定位原理
N（ij t-t0）表示从某一起始观测历元t０至历元t之间的载波 相位整周数（若不失锁,则为一常量）。
20
若取（ij t）＝（ij t）＋Ｎ（ij t－t０），
则有：（ij t） （ij t）＋Ｎ（ij t０） 或（ij t） （ij t）－Ｎ（ij t０）。 （ij t）是载波相位的实际观测量。
31
3）.三差法： 原理：利用连续跟踪的所有载波相位测量观测值中均含 有相同的整周未知数N0，所以将相邻两个观测历元的载 波相位相减，就可将该未知参数消去，从而直接解出坐 标参数。 4). FARA 法--fast ambiguity resolution approach
原理：利用初始平差的解向量（接收机点的坐标及整周 未知数的实数解）及其精度信息（单位权中误差和方差协 方差阵），以数理统计理论的参数估计和统计假设检验为 基础，确定在某一置信区间整周未知数可能的整数解的组 合，然后依次将整周未知数的每一组合作为已知值，重复 地进行平差计算。其中使估值的验后方差或方差和为最小 的一组整周未知数即为整周未知数的最佳估值。
（2）载波相位测量：利用L1载波或L2载波测 得的载波相位伪距作为观测量进行的定位 测量。
8
三. 伪距测量
1. 基本概念：
伪距：由GPS卫星发射的测距码信号到达GPS接收 机的传播时间乘以光速所得出的站星量测距离。
由于上述所确定的站星距离都不可避免地含有卫 星钟与接收机钟钟差、两个钟的非同步误差的影响及 电离层和对流层等对信号的传播延迟等的影响，并非
20
若取（ij t）＝（ij t）＋Ｎ（ij t－t０），
则有：（ij t） （ij t）＋Ｎ（ij t０） 或（ij t） （ij t）－Ｎ（ij t０）。 （ij t）是载波相位的实际观测量。
31
3）.三差法： 原理：利用连续跟踪的所有载波相位测量观测值中均含 有相同的整周未知数N0，所以将相邻两个观测历元的载 波相位相减，就可将该未知参数消去，从而直接解出坐 标参数。 4). FARA 法--fast ambiguity resolution approach
原理：利用初始平差的解向量（接收机点的坐标及整周 未知数的实数解）及其精度信息（单位权中误差和方差协 方差阵），以数理统计理论的参数估计和统计假设检验为 基础，确定在某一置信区间整周未知数可能的整数解的组 合，然后依次将整周未知数的每一组合作为已知值，重复 地进行平差计算。其中使估值的验后方差或方差和为最小 的一组整周未知数即为整周未知数的最佳估值。
（2）载波相位测量：利用L1载波或L2载波测 得的载波相位伪距作为观测量进行的定位 测量。
8
三. 伪距测量
1. 基本概念：
伪距：由GPS卫星发射的测距码信号到达GPS接收 机的传播时间乘以光速所得出的站星量测距离。
由于上述所确定的站星距离都不可避免地含有卫 星钟与接收机钟钟差、两个钟的非同步误差的影响及 电离层和对流层等对信号的传播延迟等的影响，并非
第五章 GPS卫星基本定位原理
δ 02次最小 Ratio = δ 02最小
快速确定整周未知数法(4/4) 快速确定整周未知数法(4/4)
G P S 测 量 原 理 及 应 用 很显然，Ratio的值越大，求出的整周未知数越可 靠。关于后者，要延长接收机的观测时间。当观测数据 足够多时，初始平差后得到的验后方差就小，一方面减 少了搜索整周未知数最佳值的时间，另一方面提高了计 算结果的可靠性。 由以上分析可以看出，在置信水平确定的情况下， 整周模糊度的可能组合数的多少取决于初始平差后所得 到的整周模糊度方差的大小和观测的卫星数。同时，整 周模糊度的的可能组合数的多少却决定着完成模糊度搜 索过程的时间。如果同步观测的时间较短，则初始平差 后得到的整周模糊度的方差就较大，于是整周模糊度的 可能组合数就很大，以致完成搜索过程的时间就较长， 或者造成搜索过程失败。因此，如何减少平差计算的工 作量，缩短搜索整周模糊度最佳估值的时间，并提高其 可靠性，成为研究GPS相对定位的焦点。
考虑电离层、对流层、钟差影响有：
Φ kj ( t i ) = f f f ρ kj ( t i ) + fδ tj − fδ tk − δρ 1 − δρ 2 + N kj c c c
整周未知数N 的确定(1/2) 5.3.3 整周未知数N0的确定(1/2)
G P S 测 量 原 理 及 应 用 N(t0): 未知的整周未知数 ϕ(ti): 相位差的小数部分 接收机记录 绿色部分为整周计数 接收机 记录
卫星测伪距
一、静态定位与动态定位
（一）定义
1．静态定位
2．动态定位
（二）动态定位和静态定位
1．静态定位：由于接受机的位置固定不动，就可以进行大量的重复观测，所以静态定位可靠性强，定位精度高，在大地测量、工程测量中得到了广泛的应用，是精密定位中的基本模式。
2．动态定位：其特点是测定一个动点的实时位置，多余观测量少、定位精度低。目前，导航型的GPS接受机可以说是一种广义的动态定位，它除了要求测定动点的实时位置外，一般还要求测定运动载体的状态参数，如速度、时间和方位等。
二、单点定位和相对定位
1．定义
GPS单点定位也叫绝对定位，就是采用一台接受机进行定位的模式，它所确定的是接受机天线在WGS-84世界大地坐标系统中的绝对位置，所以单点定位的结果也属于该坐标系统。
2．单点定位的优缺点：
优点是只需一台接受机即可独立定位，外业观测的组织及实施较为方便，数据处理也较为简单。
缺点是定位精度较低，受卫星轨道误差，钟同步误差及信号传播误差等因素的影响，精度只能达到米级。所以该定位模式不能满足大地测量精密定位的要求。但它在地质矿产勘察等低精度的测量领域，仍有着广泛的应用前景。
3．相对定位定义：
4．单点定位、相对定位与动、静态的关系
在单点定位和相对定位中，又都可能包括静态定位和动态定位两种方式。其中静态相对定位一般均采用载波相位观测值为基本观测量。这种定位方法是当前GPS测量定位中精度最高的一种方法，在大地测量、精密工程测量、地球动力学研究和精密导航等精度要求较高的测量工作中被普遍采用。
三、主动式测距和被动式测距
1．主动式测距
GPS(6)：伪距和相位观测方程
f12 i L (t2 ) [( (t2 ) (t2 )) ( (t2 ) l (t 2 ))] 2 [( I k I li ) ( I kj I l j )] f2
ij 2 kl i k i l j k j i i i j j [( k li ) ( kj l j )] [(2 N 2 N ) ( N N k 2 2l 2 2k 2 2 l )]
3
c f1 f 2
2. Geometry-Free Linear Combination L4
f 22 f 12 i P4 P1 P2 Ik 2 f2
f12 f 22 i i i L4 L1 L2 I N N k 1 1k 2 2k f 22
[( ki li ) ( kj l j )] [(1 N1ik 1 N1il ) (1 N1jk 1 N1jl )]
ij i i j j i i j j L1 ( t ) [( ( t ) ( t )) ( ( t ) ( t ))] [( I I ) ( I I kl 2 k 2 l 2 k 2 l 2 k l k l )]
P 3 1 2 2 i i i ( f P f P ) c c 1 1 2 2 k k k f12 f 22
第五章 GPS卫星定位的基本原理(3)
2
用户接收 机钟差
接收机 噪声
C/A码伪距的单点定位和DGPS测量 的精度估值比较
伪距差分定位精度高的原因
消除了GPS卫星时钟偏差的精度损失
（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差 相互抵消）
能够显著减小甚至消除电离层/对流层 效应和星历误差的精度损失
伪距差分的特性
优点：
基准接收机发送的DGPS数据，是所有在视 卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中 4颗以上的伪距改正值。
伪距差分的计算步骤
1. 根据基准站已知坐标（X0,Y0,Z0）和观测到的卫 星星历,计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距 离，如下：
R
j
(X
j
X 0 ) (Y
2
j
Y0 ) ( Z
2
j
Z0)
2
伪距改正数为： 其变化率为：
d
j
j
R 0
j
j
t
j
伪距
伪距差分的计算步骤
VRS的优势
2.费用将大幅度降低
70公里的边长使建GPS网络费用大大降低，用户不再架设自 己的基准站
3.相对传统RTK，提高了精度。
在VRS网络控制范围内，精度始终在1-2个厘米。
4. 可靠性提高
采用了多个参考站的联合数据，大大提高可靠性。
用户接收 机钟差
接收机 噪声
C/A码伪距的单点定位和DGPS测量 的精度估值比较
伪距差分定位精度高的原因
消除了GPS卫星时钟偏差的精度损失
（用户接收机计算出的伪距同伪距改正数中的钟差 相互抵消）
能够显著减小甚至消除电离层/对流层 效应和星历误差的精度损失
伪距差分的特性
优点：
基准接收机发送的DGPS数据，是所有在视 卫星的伪距改正数，动态接收机只需选用其中 4颗以上的伪距改正值。
伪距差分的计算步骤
1. 根据基准站已知坐标（X0,Y0,Z0）和观测到的卫 星星历,计算每颗卫星每一时刻到基准站的真实距 离，如下：
R
j
(X
j
X 0 ) (Y
2
j
Y0 ) ( Z
2
j
Z0)
2
伪距改正数为： 其变化率为：
d
j
j
R 0
j
j
t
j
伪距
伪距差分的计算步骤
VRS的优势
2.费用将大幅度降低
70公里的边长使建GPS网络费用大大降低，用户不再架设自 己的基准站
3.相对传统RTK，提高了精度。
在VRS网络控制范围内，精度始终在1-2个厘米。
4. 可靠性提高
采用了多个参考站的联合数据，大大提高可靠性。
2013GPS第五章
d) 操作简便：GPS测量自动化程度很高，操作员的主要任务只 是安置并开关仪器，量取仪器高，监视仪器的工作状态等 。接收机自动完成观测工作，如卫星捕获，跟踪观测和记 录等。GPS数据处理也由软件自动完成。
e) 全天候作业：GPS接收机可以在任何地点(卫星信号不被遮 挡的情况下)，任何时间连续地进行，一般也不受天气状况 的影响。
2 2
2
实际上，在伪距测量观测方程中，由于卫星上配有 高精度的原于钟，且信号发射瞬间的卫星钟差改正数 Va可由导航电文中给出的有关时间信息求得。但用 户接收机中仅配备一般的石英钟，在接收信号的瞬间， 接收机的钟差改正数不可能预先精确求得。因此，在 伪距法定位中，把接收机钟差Vb作为未知数，与待 定点坐标在数据处理时一并求解。在实际单点定位工 作中，在一个观测站上为了实时求解四个未知数x、 y、z和Vb，便至少需要四个同步伪距观测值ρi 。也 就是说，至少必须同时观测四颗卫星。
• •
GPS卫星
相对于经典的测量技术来说，这一新技术的主要特点 如下：
a) 测站之间无需通视：因而不再需要建造觇标，可减少测量 工作经费和时间，同时也使点位的选择变得甚为灵活。
b) 高精度三维定位：GPS可以精确测定测站的平面位置和大地 高。 c) 观测时间短：快速静态相对定位法，观测时间可少至数分钟 ；实时动态定位(RTK) 可提供厘米级的实时三维定位。
滁州学院GPS原理与应用 5-9章
GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采取空间距离后方交会的方法，确定待定点的空间位置。
GPS定位基本原理：将无线电信号发射台从地面电搬到卫星上，组成一颗卫星导航定位系统，应用无线电测距交会原理，便可由三个以上地面已知点交会出卫星的位置，反之利用三颗以上卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点的位置。这便是GPS卫星定位的基本原理。
GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文含有卫星的位置信息。
GPS定位方法可依据不同的分类标准，分为:
伪距测量：伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测出得到四颗以上GPS卫星的伪距以及己知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。
伪距：就是由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量侧距离。由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟，量侧距离的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，称量侧距离的伪距。
重建载波：指将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获得载波的工作。（码相关法、平方法）
为什么采用载波相位测量：
载波相位测量是利用GPS卫星发射的载波为测距信号。由于载波的波长比测距码波长要短得多，因此对载波进行相位测量，就可能得到较高的测量定位精度。
周跳：如果在跟踪卫星过程中，由于某种原因，如卫星信号被障碍物挡住而暂时中断，受无线电信号干扰造成失锁，这样，计数器无法连续计数，因此，当信号重新被跟踪后，整周计数就不正确，但是不到一个整周的相位观测值仍是正确的。这种现象称为周跳。
GPS测量原理
钟差系数），至少需要4个同步伪距观测值。也就 是说，至少必须同时观测4颗卫星。
共七十八页
相对 定位 (xiāngduì)
什么(shén me)是相对定位？
相对定位又称为(chēnɡ wéi)差分定位，是采用两台以上 的接收机（含两台）同步观测相同的GPS 卫星，以 确定接收机天线间的相互位置关系的一种方法。
➢内容：当波源与观测者做相对运动时，观测者接收到的信号 频率与波源发射的信号频率不相同。这种由于波源相对与观测 者运动而引起的信号频率的移动称为多普勒频移，其现象称为 多普勒效应。 ➢根据多普勒效应原理，利用GPS卫星较高的射电频率，由积分多普
勒计数得出伪距差。当采用积分多普勒计数法进行测量时，所需观测时 间一般较长（数小时），同时在观测过程中接收机的振荡器要求保持高 度稳定。
共七十八页
静态(jìngtài)定 ② 按照接收机运动状态(zhuàngtài)不 位
同
动态(dòngtài)定 位
伪距测量（测距码：C/A、P）
③ 按照定位采用观测量的不 同
载波相位测量（载波：L1、L2）
④ 按照获取定位结果时间 的不同
实时定位（实时解算接收机天线位 置）
非实时定位（后处理定位）
在单点定位和相对定位中，又都可能包括静态定位和动态定位 两种方式。其中静态相对定位一般均采用载波相位观测值为基本 观测量。这种定位方法是当前GPS测量定位中精度最高的一种方 法。
共七十八页
相对 定位 (xiāngduì)
什么(shén me)是相对定位？
相对定位又称为(chēnɡ wéi)差分定位，是采用两台以上 的接收机（含两台）同步观测相同的GPS 卫星，以 确定接收机天线间的相互位置关系的一种方法。
➢内容：当波源与观测者做相对运动时，观测者接收到的信号 频率与波源发射的信号频率不相同。这种由于波源相对与观测 者运动而引起的信号频率的移动称为多普勒频移，其现象称为 多普勒效应。 ➢根据多普勒效应原理，利用GPS卫星较高的射电频率，由积分多普
勒计数得出伪距差。当采用积分多普勒计数法进行测量时，所需观测时 间一般较长（数小时），同时在观测过程中接收机的振荡器要求保持高 度稳定。
共七十八页
静态(jìngtài)定 ② 按照接收机运动状态(zhuàngtài)不 位
同
动态(dòngtài)定 位
伪距测量（测距码：C/A、P）
③ 按照定位采用观测量的不 同
载波相位测量（载波：L1、L2）
④ 按照获取定位结果时间 的不同
实时定位（实时解算接收机天线位 置）
非实时定位（后处理定位）
在单点定位和相对定位中，又都可能包括静态定位和动态定位 两种方式。其中静态相对定位一般均采用载波相位观测值为基本 观测量。这种定位方法是当前GPS测量定位中精度最高的一种方 法。
GPS伪距测量.ppt
GPS定位的几何关系
Z sj(t1)
ij(t1)
ij(t2) sj(t2)
Zi
Y
Xi
X Yi
Slide 3
ห้องสมุดไป่ตู้
伪距定位观测方程
假设卫星至观测站的几何距离为ij，在忽略 大气影响的情况下可得相应的伪距：
~ t c c c t c t
j i j i j i j i j i j i
当卫星钟与接收机钟严格同步时，上式所确 j ~j 定的伪距即为站星几何距离。 i 为伪距， i t i j 为接收机和卫星之间钟 为真正几何距离， 差。
Slide 4
伪距定位观测方程
通常GPS卫星的钟差可从卫星发播的导航 电文中获得，经钟差改正后，各卫星之间的 时间同步差可保持在20ns以内。如果忽略 卫星之间钟差影响，并考虑电离层、对流层 折射影响，可得：
伪距法定位是由gps接收机在某一时刻测出的到四颗以上gps卫星的伪距以及已知的卫星位置采用距离交会的方法原理与观测方程将随后介绍求定接收机天线所在点的三维坐标
GPS伪距测量
伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测 出的到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知 的卫星位置，采用距离交会的方法（原理 与观测方程将随后介绍）求定接收机天线 所在点的三维坐标。
~ c t ( t ) I ( t ) T ( t )
第五章GPS卫星定位基本原理
5) 载波信号的相位与频率的关系为:
（t +t）= （t）+f t
（2）
6) 将(2)代入(1)得
= （Tb ）-fi tb- j（Ta ）+ f j ta （3）
fi =f j =f
7)Tb =Ta + ，由公式（2），得：
Nkj+（Tb）= j（Ta）+f
位不变，即j（Tb） = j（ta）
3) 在Tb 时，载波相位观测量为：
= （tb）- j（Tb） = （tb）- j（ta）
5.3.2 载波相位测量的观测方程(2)
4)考虑卫星钟差和接收机钟差，有Ta =ta+ta , Tb =tb+tb , 则：
= （Tb - tb）- j（ Ta - ta ） (1)
4)利用三个卫星位置在地面上有 第 四个位置 ,利用所测定的三个空间 距离交会出该地面点的位置
5.1 概述
5.GPS卫星定位的基本原理(1)
1)内容:应用测距交会原理,利用三颗以上卫星的已知空间位置 交会出地面未知点的位置
2).
观测方程 P点的三维坐标（X，Y，Z）
5.1 概述
5.GPS卫星定位的基本原理(2) 3)GPS卫星定位方法
5.3 载波相位测量(2)
4.重建载波：
1)概念:将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重新获得载波。
GPS测量原理及应用GPS卫星定位基本原理
X2Y2Z2 Rearth阈值
GPS定位的方法与观测量>定位方法的分类
二、定位方法的分类
• 1、按照参考点的不同位置分：
– 绝对定位（单点定位） – 相对定位
• 2、按用户接收机在作业中所处状态分：
– 静态定位 – 动态定位
• 另外在绝对定位和相对定位中，又都包含静态与 动态两种形式。
GPS定位的方法与观测量>定位方法的分类
R(t)T 1TU(tt)U'(t)dt
从上面的讨论可以看出
• （1）将接收到的来自卫星的测距码和延迟 后的由接收机所产生的复制码相乘，并在 某一时间间隔T（T≥t0）中进行积分，积分 平均值即为R（t）。
• （2）不断调整接收机延迟时间至R（t）最 大即可得到信号传播时间。
• （3）如果R（t）值的最大值和最小值相差△，而 R（t）的分辨率是△/M，则两个码序列对齐的精 度可达△/M个码位，目前M的实际值为50-200。
第五章
GPS卫星定位 基本原理
详细介绍利用GPS进行伪距测量和载波相位测量的原理。并 介绍GPS绝对定位和相对定位的方法。
§1 GPS定位的方法
GPS定位的方法与观测量>概述
一、概述
• 1、定位原理：
– 测距交会
• 2、进行定位的两个条件：
– 测距信号 – 导航电文
• 利用测距信号确定站星距离 • 利用导航电文确定卫星位置
GPS定位的方法与观测量>定位方法的分类
二、定位方法的分类
• 1、按照参考点的不同位置分：
– 绝对定位（单点定位） – 相对定位
• 2、按用户接收机在作业中所处状态分：
– 静态定位 – 动态定位
• 另外在绝对定位和相对定位中，又都包含静态与 动态两种形式。
GPS定位的方法与观测量>定位方法的分类
R(t)T 1TU(tt)U'(t)dt
从上面的讨论可以看出
• （1）将接收到的来自卫星的测距码和延迟 后的由接收机所产生的复制码相乘，并在 某一时间间隔T（T≥t0）中进行积分，积分 平均值即为R（t）。
• （2）不断调整接收机延迟时间至R（t）最 大即可得到信号传播时间。
• （3）如果R（t）值的最大值和最小值相差△，而 R（t）的分辨率是△/M，则两个码序列对齐的精 度可达△/M个码位，目前M的实际值为50-200。
第五章
GPS卫星定位 基本原理
详细介绍利用GPS进行伪距测量和载波相位测量的原理。并 介绍GPS绝对定位和相对定位的方法。
§1 GPS定位的方法
GPS定位的方法与观测量>概述
一、概述
• 1、定位原理：
– 测距交会
• 2、进行定位的两个条件：
– 测距信号 – 导航电文
• 利用测距信号确定站星距离 • 利用导航电文确定卫星位置
距离测量与定位方法
精选ppt
7
概述
2.观测量的基本概念
上述通过码相位观测或载波相位观测所确定的站星距
离都不可避免地含有卫星钟与接收机钟非同步误差、 电离层、对流层等的影响，含钟差影响的距离通常称
为伪距。
由码相位观测所确定的伪距简称测码伪距 由载波相位观测所确定的伪距简称为测相伪距。
精选ppt
8
概述
2.观测量的基本概念
4
2
3.28:完成实验，提交实验报告
实验场 地
授课章节
主要内容
第4部分 GPS测量的技术设计
及其外业实 施
1、 技术设计 2、 外业实施和外业数据检核
以某一测区为例，做出技术设计报告
实验二：GPS静态控制网观测
实验四：GPS静态控制网软件数据处理
1.对完成的实验二和实验四，提交技术总结报告 2.常用GNSS数据处理软件分类、特点 3.数据处理新方法 4.文献检索：GNSS的发展与应用 GNSS技术最新发展，尤其BDS 按海陆空应用领域不同分类 按军、民、科研领域分类 按定位、导航、授时、气象等分类 GNSS课程知识点汇集
1、主要误差源的改正措施：卫星钟差、电离层折射、对流层折射 精密星历的下载与插值方法，处理卫星钟差 电离层三频改正 电离层改正模型的对比 对流层改正模型的对比 2、公式推导、编程`实现 单点定位的观测方程，并数据测试； 相对定位的观测方程，并数据测试； 3、进行三频观测值的线性组合： 宽巷、窄巷 去电离层组合 去几何关系组合 W-M组合 4、GPS定位新技术的数学模型及应用 精选ppt
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
相关系数: 随机噪声的自相关性:
பைடு நூலகம்
❖ 伪随机噪声码 可复制性 生成方式
❖ GPS的测距码 C/A码：码速1.023MHz, TP=1ms, LP=1023, 码元长度293.052m
P码： 码速10.23MHz,
TP=266天9小时45分55.5秒, LP=235469592765000, 码元长度29.3052m。
（3）将这两组测距码进行相关处理，直到两 组测 距码的自相关系数 R(t) = 1为止，此时，复制码已 和接收到的来自卫星的测距码对齐，复制码的延迟 时间τ就等于卫星信号的传播时间∆t；
（4）将∆t乘上光速c后即可求得卫星至接收机的伪 距。
❖ 测距码 伪随机噪声码（PRN） 模二和 二进制信号 码元、时间周期（TP）与长度周期（LP） 运算规则：
❖ 在自相关系数最大情况下测定的传 播时间，从某种意义上讲就是用n 个标志测定的信号传播时间的平均 值。这样可以大幅度消除各种随机 误差的影响，提高测定精度。
利用码相关法测定伪距的具体实施
❖ 测距码（C/A码、P码等）是一种二进制编 码，由“0”和“1”组成。它通常由一个幅度
为 ±1的矩形波来表示。根据乘法规则，两个 幅度为±1的矩形波相乘后仍得到一个幅度 为±1的矩形波。
❖差分定位
差分技术很早就被人们所应用。它实际上 是在一个测站对两个目标的观测量、两个测 站对一个目标的两次观测量之间进行求差。 其目的在于消除公共项，包括公共误差和公 共参数。在以前的无线电定位系统中已被广 泛地应用。差分定位采用单点定位的数学模 型，具有相对定位的特性（使用多台接收机 、基准站与流动站同步观测）。
5.2.2 伪距测量定位原理 伪距测量的观测方程
码相关法测量伪距时，有一个基本假设，即卫星 钟和接收机钟是完全同步的。但实际上这两台钟之间 总是有差异的。因而在R(t) =max的情况下求得的时 延τ就不严格等于卫星信号的传播时间Δt，它还包含 了两台钟不同步的影响在内。此外，由于信号并不是 完全在真空中传播，因而观测值τ中也包含了大气传 播延迟误差。在伪距测量中，一般把在R(t) =max的 情况下求得的时延τ和真空中的光速c的乘积当作观测 值，需建立卫星与接收机之间的距离同观测值之间的 关系。
课程信箱： hhit_gps@163.com
13961379473
第五章 ＧＰＳ 观测量与定位方法（一）
5.1 ＧＰＳ定位类型
❖ 依定位时接收机天线的运动状态： 静态定位 动态定位
❖ 依定位模式： 绝对定位（单点定位） 相对定位 差分定位
❖ 依观测值类型
伪距测量（伪距法定位） 载波相位测量
❖ 依定位时效
两个矩形波同号的部分乘积为+1，异 号的部分乘积为-1。于是，测距码U （t-△t）和复制码U’（t-τ）之间的 自相关系数可以表示为： R(t)=
特点 ❖ 无模糊度（多值性）问题
❖ 定位速度快，实时定位 ❖ 可提高测距精度 ❖ 对信号的强度要求不高，易于捕获
微弱的卫星信号 ❖ 采用的是CDMA（码分多址）技术 ❖ 便于对系统进行控制和管理
在大地测量、工程测量、地壳形变监测等精密定位 领域内得到广泛的应用。
相对定位
❖ 注意：
在绝对定位和相对定位中，又都包含静态 定位和动态定位两种方式。因此形成了动态绝 对定位和静态绝对定位，动态相对定位和静态 相对定位。
为缩短观测时间，提供作业效率，近年来 发展了一些快速定位方法，如准动态相对定位 法和快速静态相对定位法等。
5.2 伪距法测量
5.2.1 伪距测量
❖ 利用测距码进行测距的原理 基本思路:= ·c=t ·c 伪距 伪距的测定方法
测定伪距的示意图
❖伪距的测定步骤
（1）卫星依据自己的时钟发出某一结构的测 距码，该测距码经过∆t 时间传播后到达接收 机；
（2）接收机在自己的时钟控制下产生一组结构 完全相同的测距码—复制码，并通过时延器使 其延迟时间τ；
依定位时效 实时定位 事后定位
❖ 依确定整周模糊度的方法及观测时段的长短：
常规静态定位 快速静态定位
5.1.1静态定位和动态定位
❖ 静态定位
在定位过程中，接收机的位置是固定的，处 于静止状态。这种静止状态是相对的。在卫星大 地测量学中，所谓静止状态，通常是指待定点的 位置，相对其周围的点位没有发生变化，或变化 极其缓慢，以致在观测期内（数天或数星期）可 以忽略。
实际被截为7天一个周期，共38段，每 一段赋予不同的卫星，卫星的PRN号也由此 得到。
利用码相关法测定伪距的具体实施
❖ 测距码按照某一规律编排，可 以复制，每个码都对应着某一 特定的时间（一周期内）；
❖ 码在产生过程中带有随机误差，且在传播 过程中由于外界干扰产生变形，因而仅根 据测距码中的某一标志（如某个码的前 沿）来进行量测会带来较大误差，利用码 相关技术在自相关系数R(t) =max的情况 下来确定信号的传播时间，实际上就是根 据参加比对的n个码来共同确定传播时间；
该定位模式在船舶、飞机的导航，地质矿产勘 探，暗礁定位，建立浮标，海洋捕鱼及低精度测 量领域应用广泛。
❖相对定位
确定同步跟踪相同的GPS信号的若干台接收机之间 的相对位置的方法。可以消除许多相同或相近的误差 （如卫星钟、卫星星历、卫星信号传播误差等），定 位精度较高。但其缺点是外业组织实施较为困难，数 据处理更为烦琐。
运动定位主要应用于飞机、船舶和陆地车辆等运 动载体的导航中。
注意：针对不同的研究问题，同一对象可 以在二者之间进行转换
5.1.2 绝对定位和相对定位
❖绝对定位
又称单点定位，独立确定待定点在坐标系中的 绝对位置。由于目前GPS系统采用WGS-84系统 ，因而单点定位的结果也属该坐标系统。绝对定 位的优点是一台接收机即可独立定位，但定位精 度较差。
静态定位主要应用于测定板块运动、监测 地壳形变、大地测量、精密工程测量、地球动力 学及地震监测等领域。
❖动态定位
在定位过程中，接收机天线处于运动状态。这种 运动状态也是相对的，通常是指待定点的位置，相 对其周围的点位发生显著的变化，或针对所研究的 问题和事物来说, 其状态在观测期内不能认为是静止 的可以忽略。