全球卫星定位系统PPT课件
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• 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差 • 所以要同步观测4颗卫星，解算四个未知参数：精度 , 经度 ,
高程 h , 钟差 t
26.09.2020
来自百度文库
12
采用载波相位观测值
发自卫星 的电磁波 信号：
L1=19c m
L2=24 cm
C/A=293 m
p=29.3 m
L1载波 L2载波
C/A码 P-码
8
定位原理
26.09.2020
9
对卫星进行测距
Pj
26.09.2020
i
Pj
Rj 地心
Si
ri
Rj = ri +Pij
有关各观测量及已知数据如下：
r— 为已知的卫地矢量 P—为观测量（伪距） R—为未知的测站点位矢量
接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距
10
距离观测值的计算
t t
• 接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算 得到的
Pj
•可以消去卫星钟的系统偏差 •可以消去接收机时钟的误差
26.09.2020
Pk
•可以消去轨道（星历）误差的影响 •可以削弱大气折射对观测值的影响
14
解算出初始整周未知数
Ambiguity
Time (0)
Time (i)
Ambiguity
Counted Cycles Phase Measurement
10.23MHZ
154
120 50比特/S
L1 1575 . 42 MHZ
C/A码 1.023MHZ
L2
1227.60 MHZ
卫星信息电文（D码）
P•码 10 . 23MHZ
每颗卫星都发射一系列无线电信号（基准频率ƒ） 两种载波（L1和L2）
两种码信号（C/A码和P码）
一组导航电文（信息码，D码）
26.09.2020
快速静态定位将这个过程缩短到2-5分钟
26.09.2020
16
SPS 和PPS
GPS 系统针对不同用户提供两种不同类型 的服务。一种是标准定位服务(SPS– Standard Positioning Service) ，另一种是 精密定位服务(PPS–Precision PositioningService) 。SPS 主要面向全世 界的民用用户。PPS 主要面向美国及其盟 国的军事部门以及民用的特许用户。
• 信号量测精度优于波长的1/100
• 载波波长（L1=19cm, L2=24cm)比C/A码波长 (C/A=293m)短得多
• 所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（C/A码或P 码）定位高得多的成果精度
26.09.2020
13
组成星际站际两次差分观测值
Si
Sl
i
Pk
i
Pj
l
Pj
l
Pk
26.09.2020
5
用户部分
通用接收机（定位型）：
显示控制器
天线 前置放大器
信号
供电
射电部分
命令 信息
数据 控制
供电，控制
微处理器
数据 供电
电源部分
数据存器
导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备
26.09.2020
6
GPS 信号
26.09.2020
7
GPS 卫星信号
卫星信号结构
基准频率
• 接收机本身按同一公式复制码信号 • 比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间t • 传播延迟时间乘以光速就是距离观测值=C• t
26.09.2020
11
单点定位结果的获取
• 单点定位解可以理解为一个后方交会问题
• 卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的伪距（由 时延值推算得到）
m
1.00
精 度 0.10
整周未知数确定前
0.01
经典静态定位 0
30
快速静态定位 0
2
整周未知数确定后
80
时间（分）
5
• 如果无法准确解出初始整周未知数，则定位精度难以优于±1m • 随着初始整周未知数解算精度的提高，定位精度也相应提高 • 一旦初始整周未知数精确获得，定位精度不再随时间延长而提高 • 经典静态定位需要30-80分钟观测才能求定初始整周未知数
26.09.2020
17
GPS 定位的误差源
1. 与GPS 卫星有关的因素 SA 美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（ 技 术）、在GPS 基准信号中加入高频抖动（技术）等方法， 人为降低普通用户利用GPS 进行导航定位时的精度。 卫星星历误差 在进行GPS 定位时，计算在某时刻GPS 卫星位置所需的 卫星轨道参数是通过各种类型的星历[7] 提供的，但不论 采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实 位置有所差异，这就是所谓的星历误差。 卫星钟差 卫星钟差是GPS 卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS 标准时间之间的误差。 卫星信号发射天线相位中心偏差 卫星信号发射天线相位中心偏差是GPS 卫星上信号发射 天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。
测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成 （1）初始整周未知数n；（2） t 0至ti时刻的整周记数Ci；（3）相位尾数i 如果信号没有失锁，则每一个观测值包含同一个初始整周未知数n 为了利用载波相位进行定位，必须先解算出初始整周未知数，取得总观 测值n+Ci+ i
26.09.2020
15
弄清楚初始整周未知数的确定与定位精度的关系
全球卫星定位系统GPS
GPS 的组成
26.09.2020
1
GPS（Global Positioning System）
即全球定位系统，是由美国建立的一个卫 星导航 定位系统，利用该系统，用户可以在全球 范围内实现全天候、连续、实时的三维导 航定位和测速；另外，利用该系统，用户 还能够进行高精度的时间传递和高精度的 精密定位。 GPS 计划始于1973 年，已于1994 年进入 完全运行状态。GPS 的整个系由空间部分、 地面控制部分和用户部分所组成：
4
Colorado springs
地面控制部分
55
kwajalein
Hawaii
Ascencion Diego Garcia
一个主控站：科罗拉多•斯必灵司 三个注入站：阿松森（Ascencion)
迭哥•伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷 （Hawaii)
26.09.2020
2
GPS 系统的组成
空间部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息
用户部分：
接收并测卫星信号 记录处理数据 提供导航定位信息
26.09.2020
地面控制部分：
中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨
3
空间部分
26.09.2020
24颗卫星（21+3） 6个轨道平面 55º轨道倾角 20200km轨道高度（地面高度） 12小时（恒星时）轨道周期 5个多小时出现在地平线以上（每颗星）
高程 h , 钟差 t
26.09.2020
来自百度文库
12
采用载波相位观测值
发自卫星 的电磁波 信号：
L1=19c m
L2=24 cm
C/A=293 m
p=29.3 m
L1载波 L2载波
C/A码 P-码
8
定位原理
26.09.2020
9
对卫星进行测距
Pj
26.09.2020
i
Pj
Rj 地心
Si
ri
Rj = ri +Pij
有关各观测量及已知数据如下：
r— 为已知的卫地矢量 P—为观测量（伪距） R—为未知的测站点位矢量
接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距
10
距离观测值的计算
t t
• 接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算 得到的
Pj
•可以消去卫星钟的系统偏差 •可以消去接收机时钟的误差
26.09.2020
Pk
•可以消去轨道（星历）误差的影响 •可以削弱大气折射对观测值的影响
14
解算出初始整周未知数
Ambiguity
Time (0)
Time (i)
Ambiguity
Counted Cycles Phase Measurement
10.23MHZ
154
120 50比特/S
L1 1575 . 42 MHZ
C/A码 1.023MHZ
L2
1227.60 MHZ
卫星信息电文（D码）
P•码 10 . 23MHZ
每颗卫星都发射一系列无线电信号（基准频率ƒ） 两种载波（L1和L2）
两种码信号（C/A码和P码）
一组导航电文（信息码，D码）
26.09.2020
快速静态定位将这个过程缩短到2-5分钟
26.09.2020
16
SPS 和PPS
GPS 系统针对不同用户提供两种不同类型 的服务。一种是标准定位服务(SPS– Standard Positioning Service) ，另一种是 精密定位服务(PPS–Precision PositioningService) 。SPS 主要面向全世 界的民用用户。PPS 主要面向美国及其盟 国的军事部门以及民用的特许用户。
• 信号量测精度优于波长的1/100
• 载波波长（L1=19cm, L2=24cm)比C/A码波长 (C/A=293m)短得多
• 所以，GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（C/A码或P 码）定位高得多的成果精度
26.09.2020
13
组成星际站际两次差分观测值
Si
Sl
i
Pk
i
Pj
l
Pj
l
Pk
26.09.2020
5
用户部分
通用接收机（定位型）：
显示控制器
天线 前置放大器
信号
供电
射电部分
命令 信息
数据 控制
供电，控制
微处理器
数据 供电
电源部分
数据存器
导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备
26.09.2020
6
GPS 信号
26.09.2020
7
GPS 卫星信号
卫星信号结构
基准频率
• 接收机本身按同一公式复制码信号 • 比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间t • 传播延迟时间乘以光速就是距离观测值=C• t
26.09.2020
11
单点定位结果的获取
• 单点定位解可以理解为一个后方交会问题
• 卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的伪距（由 时延值推算得到）
m
1.00
精 度 0.10
整周未知数确定前
0.01
经典静态定位 0
30
快速静态定位 0
2
整周未知数确定后
80
时间（分）
5
• 如果无法准确解出初始整周未知数，则定位精度难以优于±1m • 随着初始整周未知数解算精度的提高，定位精度也相应提高 • 一旦初始整周未知数精确获得，定位精度不再随时间延长而提高 • 经典静态定位需要30-80分钟观测才能求定初始整周未知数
26.09.2020
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GPS 定位的误差源
1. 与GPS 卫星有关的因素 SA 美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（ 技 术）、在GPS 基准信号中加入高频抖动（技术）等方法， 人为降低普通用户利用GPS 进行导航定位时的精度。 卫星星历误差 在进行GPS 定位时，计算在某时刻GPS 卫星位置所需的 卫星轨道参数是通过各种类型的星历[7] 提供的，但不论 采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实 位置有所差异，这就是所谓的星历误差。 卫星钟差 卫星钟差是GPS 卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS 标准时间之间的误差。 卫星信号发射天线相位中心偏差 卫星信号发射天线相位中心偏差是GPS 卫星上信号发射 天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。
测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成 （1）初始整周未知数n；（2） t 0至ti时刻的整周记数Ci；（3）相位尾数i 如果信号没有失锁，则每一个观测值包含同一个初始整周未知数n 为了利用载波相位进行定位，必须先解算出初始整周未知数，取得总观 测值n+Ci+ i
26.09.2020
15
弄清楚初始整周未知数的确定与定位精度的关系
全球卫星定位系统GPS
GPS 的组成
26.09.2020
1
GPS（Global Positioning System）
即全球定位系统，是由美国建立的一个卫 星导航 定位系统，利用该系统，用户可以在全球 范围内实现全天候、连续、实时的三维导 航定位和测速；另外，利用该系统，用户 还能够进行高精度的时间传递和高精度的 精密定位。 GPS 计划始于1973 年，已于1994 年进入 完全运行状态。GPS 的整个系由空间部分、 地面控制部分和用户部分所组成：
4
Colorado springs
地面控制部分
55
kwajalein
Hawaii
Ascencion Diego Garcia
一个主控站：科罗拉多•斯必灵司 三个注入站：阿松森（Ascencion)
迭哥•伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷 （Hawaii)
26.09.2020
2
GPS 系统的组成
空间部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息
用户部分：
接收并测卫星信号 记录处理数据 提供导航定位信息
26.09.2020
地面控制部分：
中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨
3
空间部分
26.09.2020
24颗卫星（21+3） 6个轨道平面 55º轨道倾角 20200km轨道高度（地面高度） 12小时（恒星时）轨道周期 5个多小时出现在地平线以上（每颗星）