GPS卫星定位原理解析

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3.伪距法定位的特点
➢ 1 ).精度不高。 ➢ 2 ).定位速度快。 ➢ 3).无多值解。 ➢ 4).可获得WGS-84坐标
系统的绝对坐标。
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一、伪距测量方法
卫星信号传播到接收机为：
at
at
at
接收机产生的复制码为：
at t
现求两码的相关系数:
第三章 GPS定位基本原理
测绘工程专业
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授课目的和要求:明确伪距测量和载波相位 测量的基本原理,并掌握GPS绝对定位和相 对定位的基本原理和基本方法。
重点 : 掌握 GPS绝对定位和相对定位的基 本原理和基本方法！
难点 : 载波相位测量的基本原理！
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§1 概 述
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2)平方法 (白噪声法 )
所谓平方法即是将 接收机接收到的卫星信 号进行自乘。
公式如下：
X t 2 A cost 2 A2 A2 cos2t ;
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接收机接收到的载波信号:
X t Acost 调制 X t Acost
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重建载波 :设法将调制在载波上的测距码和导 航电文去掉 ,重新获得载波的过程。
X t Acost
解调
X t A cost
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重建百度文库波的方法
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A测站
B测站
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§2 伪 距 测 量
概念 : 伪距 ! 伪距定位的基本原理 !
伪收距机定在同位某时的一测分点得类上接利收: 用机天GP线S 到接 至少对四P码颗进GP行S测卫量星(的一伪次距 ， 导然航后定利位用的已精知度的一卫般星为位置坐 1标0m和左所右测)得。的伪距观测值采 用对距C离/A交码会进的行方测法量求( 出一该点 次的正导三数航维。定坐位标的和精接度收一机般时间改 为20m至30m ) 。
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载波相位测量的特点 ：
➢ 1) 、精度高。
( 对载波进行测量,其精度可 达1 mm～ 2 mm ) 。
➢ 2) 、解算麻烦。
( 整周模糊度 N0 的确定 )
C/A P1 D (t)
L1
L2 P2
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接收机接收到的载波信号
SL1(t) AP Pi (t) Di (t) cos(L1t L1) AC Ci (t) Di (t) sin(L1t L1) SL2(t) BP Pi (t) Di (t) cos(L2t L2)
射影响 ( I , T ) 即有：
I T c tk c t j
此式即为伪距 (ρ` )与实际距离( ρ )的关系式 !
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二、伪距定位观测方程
因为: j
X
j s
X
2
Ys j Y
2
Z
j s
Z
2
1 2
其中:
X
j s
,Ys
j
,
Z
j s
为卫星 j 的已知坐标, j = 1 2 …n。
Z
2
1
2 c tk
j Ij Tj c t j
说明: 1)、伪距方程式的解算 : j =1、2… n
2)、设 tk为未知数的意义?
3)、可设接收机时钟误差为 :
t a0 a1t t0 a2 t t0 2
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4)、为什么R(相关系数 )的最大值接近 1 ? 5)、已知高程的三星导航法 ! (在海上测定海上钻井平台位置时 )。 6)、已知时间的三星导航法!(外接原子钟 )。 7)、已知高程和时间的二星导航法 !
1)、码相关法 (三因素法 )
X t Acost 调制 X t A cost
X t A cost 再调制 X t Acost
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码相关法(三因素法 )如图所示：
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码相关法的特点 :
❖ 1)、必须要掌握测距码的结构。 ❖ 2)、可以获得导航电文。 ❖ 3)、可以获得全波长的载波。 ❖ 4)、获得观测值的信噪比最好。
X ,Y, Z 为所要求的观测站坐标。
若将 tk 亦视为未知数 ,则 伪距定位观测方程 :
X
j s
X
2
Ys j Y
2
Z
j s
Z
2
1
2 c tk
j Ij Tj c t j
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返回
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※对于伪距定位观测方程 :
X
j s
X
2
Ys j Y
2
Z
j s
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§3 载 波 相 位 测 量
为什么要进行载波相位测量? 对于P码 : λ = 29.3 m ; 对于C/A码 : λ = 293 m ;
而 L1载波 : λ1 = 19 Cm ; L2载波 : λ2 = 24 Cm ;
C/A P1 D (t)
L1
L2 P2
80年代末期,Trimble首先 推出对载波相位进行测量的 大地型GPS接收机。
一、导航定位系统的发展过程
地面导航系统
卫星激光测距导航系统
卫星导航定位系统 (NNSS或GPS).
各导航系统优缺点比较 : ➢ 1) 受气候影响的大小 (阴天、下雨、下雾等 ) 。 ➢ 2) 主动定位或被动定位(在军事上尤为重要 ) 。 ➢ 3) 所能容纳用户的数量(区域性和全球性 ) 。
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1max
此时即有：t t t n
t n
两边同乘 c 可有：
c t
其中 :
为 伪距观测值；
为 星站间实际距离。
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而 c ·△t 为由于星、机钟误差造成的距离差，
则有: c t c tk c t j
若同时考虑 对流层 和 电离层 对卫星信号的折
Rt
1 T
T
at
at
t
dt
at
at t
必然有: Rt 0
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现将复制码依次延迟 ：
1, 2 ,, i , n
的时间，则其变为：
at t i
再求两码的相关系数 :
Rt
1 T
T
at
at
t
i
dt
仍有: R i 0
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直到 :
Rt
1 T
T
at
at
t
n
dt
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二、GPS卫星测量定 位方法简介
1.绝对定位(静态或动态)
(X Y Z) 或 (B L H) ; 均属于WGS-84坐标系统 的坐标。
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2.相对定位(静态或动态)
(ΔXAB , ΔYAB ,ΔZAB )
或
(ΔBAB , ΔLAB ,ΔHAB )
可以获得 GPS点之间 的相对坐标 !