卫星伪随机定位原理(决赛)
卫星伪随机定位原理(决赛)分解
i
X
i
X Y Y Z Z B
2 i 2 i 2
公式12
设测站的初始坐标向量及其改正数向量分别为 T X 0 X 0 Y0 Z 0 B0
dX dX dY dZ dB
Z r
T
同时考虑测站至卫星的方向余弦
Sj
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5
三、卫星伪距导航的基本原理
要利用伪距测量实现导航这样一个目标，最重要的是 确定运动载体的即时位臵，这样才能判断出载体现在在哪 里，再结合载体瞬时速度、运动姿态等状态参数，引导运 动载体向何处去。 ( xi , yi , zi ), vi ,Ti
( x0 , y0 , z0 ), v0 ,T0
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3
二、伪随机码的测距原理
卫星产 生的码 t1 在t1时刻由卫星产生的 码相位，在Δt后到达 t2 接收机产生 的复制码
RCVR
从卫星传到 接收机的码
RCVR
t1
1 T R(t ) U (t t )U (t t )dt T 0
RCVR
将接收机产生的 复制码移动Δt
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1
本节课主要知识点
1.GNSS伪随机码的特征
重点 重点 难点
2.伪随机码的测距原理
3.卫星伪距导航的基本原理 4.伪距导航的观测方程 5.导航定位精度的评估方法 6.本水利职业技术学院
2
一、GNSS伪随机码的特征
几个概念
码 随机噪声码
tR VtR b
将公式4、5代入公式3，有：
GPS伪距定位原理
伪距定位观测方程
测码伪距观测方程的常用形式如下：
XsX2YsY2ZsZ21/2cti
j ijI(t)ijT(t)
式中j为卫星数，j＝1，2，3…。
码观测值测量原理
➢ GPS卫星发出测距码经 t 时间后到达接收机 ；
➢ 接收机产生复制码（复制码＝测距码）通过时
延器使其延迟时间 ；
➢ 将复制码和测距码进行码相关处理，若自相关
GPS伪距定位原理
目录
一、课堂回顾 二、GPS 三、GPS伪距定位原理 四、GPS伪距观测方程
GPS是什么？
➢ 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.
空间部分 用户部分
GPS工作流程
➢ 6个轨道 ➢ 24颗卫星 ➢ 20200km
–要求：要测定到4个已知点的距离。
➢ 已知点
–GPS卫星（利用星历计算其位置）
➢ 测距的基本方法
–码伪距：距离 = 波速×传播时间
GPS定位原理：测距交会
2个球面相交——圆环
3个球面相交——两交点 C
4个球面相交——唯一交点
B A
GPS定位示意图
B C
A
四、GPS伪距观测方程
伪距观测方程
伪距定位观测方程
➢ 作用
–测距
➢ 性质
–伪随机噪声码 –强相关性
什么叫伪距
➢ 所测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测 距离。
➢ 用C/A码进行测量的伪距为C/A码伪距，用P 码测量的伪距为P码伪距。
三、GPS伪距定位原理
GPS定位的基本原理
➢ 后方交会
伪距定位的基本原理
伪距定位的基本原理
伪距定位技术是一种基于卫星信号的定位方法，主要使用在全球定位系统（GPS）中。
其原理是通过接收卫星信号并测量信号传输时间，从而得到接收器与卫星之间的距离差。
通过多个卫星的信号测量，可以计算出接收器的位置。
伪距定位技术的基本原理是利用卫星发射的信号，接收器接收到信号后记录下信号的到达时间。
因为信号传输时速度是已知的，通过记录到达时间，就可以计算出信号传播的距离。
而通过接收多颗卫星的信号并计算距离，就可以确定接收器的位置。
在伪距定位技术中，卫星发射的信号包含有精确的时间信息。
接收器通过接收这个信号，可以知道卫星在发送信号时的精确时间。
而当信号到达接收器时，接收器也可以记录下接收信号的时间。
通过计算信号传播时的时间差，就可以计算出信号传播的距离。
然而，在实际应用中，由于卫星与接收器之间的距离相差较远，信号传播的路径存在多种可能。
因此，要精确地计算信号的传播距离，需要考虑多种因素，如信号传播的时间、信号传播的路径、信号传播过程中遇到的障碍物等。
为了提高伪距定位的精度，需要使用更为复杂的算法，如差分GPS等。
总的来说，伪距定位技术是一种基于卫星信号的定位方法，其原理是通过接收卫星信号并测量信号传输时间，从而得到接收器与卫星
之间的距离差。
通过多个卫星的信号测量，可以计算出接收器的位置。
在实际应用中，为了提高精度，需要考虑多种因素，并使用更为复杂的算法。
伪随机码测距原理
伪随机码测距原理引言：伪随机码测距是一种基于时间差测距原理的定位技术，其原理是通过发送和接收信号之间的时间差来计算距离。
伪随机码是一种特殊的序列，具有良好的自相关性和互相关性，可用于测距和定位应用。
本文将详细介绍伪随机码测距的原理及其应用。
一、伪随机码的生成伪随机码是一种特殊的码序列，其具有伪随机性质。
在伪随机码测距中，通常使用的是伪随机噪声码。
伪随机噪声码是一种能够在一定带宽范围内均匀分布的码序列。
它的生成可以通过非线性反馈移位寄存器（NLFSR）来实现。
NLFSR是一种具有非线性反馈的移位寄存器，通过对寄存器中的位进行异或运算，可以生成伪随机噪声码序列。
二、伪随机码测距原理伪随机码测距原理是基于时间差测距的一种方法。
该方法是通过发送和接收信号之间的时间差来计算距离。
在伪随机码测距中，发送端使用伪随机码作为扩频码，将信号扩展到较大的带宽。
接收端接收到扩频信号后，通过与发送端相同的伪随机码进行相关运算，得到相关输出。
相关输出的峰值出现的时间差即为信号的往返时间。
由于信号的传播速度是已知的，因此可以通过时间差来计算距离。
三、伪随机码测距的应用伪随机码测距广泛应用于室内定位、雷达测距、无线通信等领域。
在室内定位中，伪随机码测距可以通过接收到的信号的时间差来计算移动设备与基站之间的距离，从而实现室内定位。
在雷达测距中，伪随机码测距可以通过计算雷达发射信号和接收信号之间的时间差来测量目标物体的距离。
在无线通信中，伪随机码测距可以用于多径信道估计和距离测量，提高通信系统的性能和可靠性。
四、伪随机码测距的优势和局限性伪随机码测距具有以下优势：1. 可以实现高精度的距离测量，精度可达几米甚至更高。
2. 可以在复杂的多径环境下工作，具有较好的抗干扰性能。
3. 可以实现全天候、全天时的定位和测距。
4. 硬件实现简单，成本较低。
然而，伪随机码测距也存在一些局限性：1. 需要发送端和接收端同步，否则无法进行距离测量。
GPS 1-卫星伪距定位原理
卫星伪随机噪声码定位原理 （The Principle Position of GPS pseudo-random noise (PRN) code）
12 ( X X 1 )2 (Y Y 1 )2 ( Z Z 1 )2 2 2 ( X X 2 )2 (Y Y 2 )2 ( Z Z 2 )2 2 3 ( X X 3 )2 (Y Y 3 )2 ( Z Z 3 )2
n j 1 n j 4 41 n j 1
j
Gi ( Ai (t )T Ai (t ))1 Ai (t )T Li (t ) 最小二乘解 41
4n j n j 4 4n j n j 1
现假定共观测了 nt 个历元，则可形成 nt 组误差方程组：
vi (t1 ) Ai (t1 ) Li (t1 ) n j 1 n j 1 j vi (t2 ) Ai (t2 ) X i n 1 n j 1 n j 1 Y Li (t2 ) i Zi D i Li (tni ) vi (jtni ) Ai (j tni ) n 1 n 1
线性化以后的伪距观测方程：
Dij (t ) (Dij (t ))0 - ki j (t )Xi - li j (t )Yi - mij (t )Zi ctij (t ) Ii j (t ) Ti j (t )
（-2）
式（1-2）中有三个测站未知数 X i , Yi , Zi 以及一个钟差 未知数 tij (t )，电离层和对流层改正一般通过专门的数学模 型另行处理。这样，接收机至少需要跟踪4颗卫星，才能 求解。
GPS-伪随机序列
卫星导航理论与系统有关GPS中伪随机序列的论述一简介近年来,卫星导航定位系统,特别是美国的全球定位系统(GPS GlodbalPositionSystem-)发展极为迅速。
已经成为我们生活中的一个不可或缺的实用工具。
GPS能够为地球表面和近地空间的广大用户提供全天候、实时、高精度的位置、速度和时间等导航服务信息。
GPS 在信号传输中,充分利用了伪随机码扩频技术。
在GPS中,导航卫星向用户发送的导航定位信号,是一种已调波,这种已调波中有电文信息和扩频波形(伪随机序列)。
由此看来,伪随机码在导航电文的发送过程中有着极其重要的作用。
本文主要对伪随机码的产生和特性进行论述。
二m序列伪随机序列的一般定义是:如果一个人为确定结构的序列,一方面它是可以预先确定的,可重复产生和复制。
另一方面这个序列具有近似随机的统计特性,就可以称它为伪随机序列。
现代科学中常用的伪随机序列有m序列、Gold序列、M序列、Walsh序列等,而GPS中用到的伪随机序列是Gold序列,Gold序列是由m序列优选对进行模相加后得来的，他和伪随机序列中最基本的序列m序列有很多类似的性质。
但是也有不同的地方,在这里,先简要介绍m序列,再通过对这2个序列的比较来认识介绍Gold序列。
也就是GPS 中的PRN码。
m序列是最长线性反馈移位寄存器的简称,它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的序列。
它的最长周期等于21n-,它有和白噪声类似的特性：1.均衡性：在m 序列中“1”比“0”多出现一次,体现出良好的均衡性。
2.游程分布特性：m 序列中游程共有12n -个,其中0游程和1游程各占一半。
3.移位相加特性：m 序列经循环移位后再与原序列模相加,得到的是原序列或是经过移位产生的序列。
还有一种特性叫自相关性和互相关性,m 序列的自相关函数是一个双值相关函数,所以峰值很明显,即有着尖锐的自相关性。
而周期相同的不同m 序列组,其两两之间的互相关特性差别却很大,有的m 序列对的互相关特性良好,有的则较差,互相关性好的m 序列可以组成m 序列优选对。
GPS伪距定位原理
伪距观测方程
Rrs (tr ,te ) (xs xr )2 ( ys yr )2 (zs zr )2 ( tr ts )c
未知参数：
接收机位置 -- (xr , yr , zr )T
② 码元宽度较大、测距精度较低； （对齐误差1/100 2.93m、粗码）
③ 结构公开、民用；
（调制在L1、L2载波上）
④ 不同卫星发射不同C/A码序列。
（属于Gold码、低互相关性，快速区分不同卫星的信号）
1.2 GPS测距码(II)
P码（Precision code） 周期 -- 266 days 码长 -- 2.35x1014 bit 码元宽 -- 0.097752 s (29.30 m)
F ( X X
)
F xr
F yr
F
zr
xr
dX
X
X0
yr
zr
X
xr0 yr0
xr yr
zr0 zr
3.1 伪距观测方程线性化(III)
F ( X 0 ) F ( X ) dX (dX )
X X 0
F ( X 0 )= 0
F ( X ) X
X0
dX
Rrs (tr ,ts ) c (tr ts ) rs (tr ,ts )
R -- 观测伪距（observed）
-- 卫地几何距离（geometric）
ts -- 信号发射时刻（GPST）
tr -- 信号接收时刻（GPST）
若考虑卫星钟和接收机钟的误差，则距离观测值就要 表示成：
Rrs (tr , ts ) c (tr tr ) (ts ts ) c (tr ts ) c ( tr ts )
伪卫星定位原理
伪卫星定位原理
伪卫星定位是一种无需真实卫星信号的位置定位技术，其核心原理是通过基站发射的伪卫星信号与接收设备上预先存储的伪卫星信号进行比对，从而确定接收设备的位置。
伪卫星信号是一种特殊的信号，包含着一定的编码信息和时间信息。
接收设备在接收到伪卫星信号后，会自动识别出该信号对应的时间信息，并通过计算该时间信息与基站发射信号的时间差，进而确定接收设备与基站之间的距离。
通过多个基站发射的伪卫星信号与接收设备的距离，可以通过三角定位法计算出接收设备的具体位置。
伪卫星定位技术已广泛应用于车载导航、智能手机等领域，成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
- 1 -。
GPS理论与应用--伪随机码测距原理 ppt课件
GPS理论与应用
5.伪随机码测距原理
The first is by varying (modulating) the amplitude, or how “high” and “low” the sine “humps” go. If you’ve ever listened to AM radio, you’ve heard Amplitude Modulation.
Superimposed on these radio carrier wave signals are pseudo-random, binary, bi-phase modulation codes called PRN (Pseudo Random Noise) codes that are unique to each individual satellite.
As a result, the complete sequence for the Pcode takes 267 days to complete, rather than the one one-thousandth of a second for the C/Acode. One-week segments of the 267-day string are assigned to each satellite and are changed weekly.
GPS理论与应用
（5.伪随机码测距原理）
GPS理论与应用 5.伪随机码测距原理
授课内容 1.GPS卫星的测距码信号 2.GPS测距原理 3.伪随机码基础 4.GPS中的伪码扩频 5.伪随机码测距原理
GPS伪距定位原理
GPS伪距定位原理GPS（Global Positioning System，全球定位系统）是由美国空军研制的一种全球导航卫星系统。
GPS伪距定位是GPS系统中最常用的定位方法之一1.GPS卫星发射信号：GPS系统由多颗卫星组成，每颗卫星都会以固定的频率（标称1575.42MHz）发送信号，信号包含卫星的时间信息、位置信息和其他相关信息。
2.接收机接收卫星信号：GPS接收机接收到来自至少4颗卫星的信号，并记录接收到信号的时间。
3.信号传播延迟校正：卫星信号在通过大气层时会受到延迟，这个延迟主要由电离层和对流层引起。
GPS接收机需要根据已知的模型对这些延迟进行校正，以准确测量信号传播的时间。
4.信号传播时间计算：接收机接收到卫星信号后，需要计算信号传播的时间。
这个时间包括从卫星发射信号到接收机接收信号的时间，以及信号传播过程中的延迟。
5.伪距计算：伪距是指接收机到卫星的距离。
由于接收机并不知道卫星的位置，因此无法直接测量距离。
为了得到伪距，接收机通过信号传播时间和光速的关系，计算出信号的传播距离。
6.位置计算：为了确定接收机的位置，至少需要4颗卫星的伪距数据。
通过最小二乘法或其他拟合算法，计算接收机的位置。
由于卫星的位置是已知的，接收机的位置可以通过计算得到。
7.误差校正：在计算接收机的位置时，还需要进行误差校正，包括钟差误差、大气延迟误差、多径效应等。
这些误差会对定位结果产生影响，需要进行相应的补偿。
8.定位结果显示：经过以上步骤，GPS接收机得到了接收机的位置。
这个位置可以以经度、纬度和海拔高度的形式显示。
综上所述，GPS伪距定位原理基于距离测量的原理，通过测量接收机与多颗卫星之间的距离来确定接收机的位置。
通过对信号传播延迟的校正、信号传播时间的计算、伪距的计算、位置的计算和误差的校正，最终可以得到接收机的准确位置。
这种伪距定位方法广泛应用于GPS导航系统、地理测量、车辆定位等领域。
全球定位系统的伪距定位原理
全球定位系统的伪距定位原理
全球定位系统（GPS）是一种卫星导航系统，它可以提供全球范围内的准确定位服务。
GPS的定位原理基于伪距定位技术。
伪距定位技术的基本思想是，接收器接收到来自卫星发射的信号后，测量出信号的传播时间，然后通过将传播时间乘以光速得到信号的传播距离。
通过同时测量多颗卫星的传播距离，可以得到接收器与卫星之间的距离，从而确定接收器的位置。
为了测量出信号的传播时间，GPS接收器需要同时接收到至少4颗卫星的信号。
当接收器接收到卫星信号后，它会将信号的时间戳与本地时钟进行比较，从而计算出信号传播时间。
由于信号传播速度几乎等于光速，因此信号传播时间可以被转换为信号传播距离。
另外，由于GPS卫星的位置是已知的，因此接收器可以通过与多颗卫星的距离计算出自身的位置。
这种计算是通过三角形定位原理来实现的，即利用三个点的距离可以唯一确定一个点的位置。
总之，伪距定位技术是GPS定位的核心原理，它利用卫星信号传播时间来确定接收器与卫星之间的距离，从而确定接收器的位置。
- 1 -。
卫星定位理论与方法-第13次课-伪随机码测距原理
5 Atmospheric Corrections
Too bad it's not operating in a vacuum Ionosphere is a band of charged particles Troposphere is our weather
由于地球本身就是一个球体，可以不需要观测第四颗 卫星，观测三颗卫星就可确定地面点位置（三球定位）
你的位置是: 37o 23.323’ N 122o 02.162’ W
How Does GPS Work?
5 Steps to GPS
2
GPS measures distance from the satellites using speed of light.
3
To measure the distance GPS needs good clocks and a fourth SV
第12次课 伪随机码测距原理 测量与导航工程系 导航与定位教研室
陈明剑
GPS Positioning
e it ll te Sa
Sat ell ite
e it ll te Sa
Sa te ll it e
1. Known position of satellites 2. Range measurements from satellites Calculate position&time
One of the Clever Ideas of GPS:
Use same code at receiver and satellite Synchronize satellites and receivers so they're generating same code at same time Then we look at the incoming code from the satellite and see how long ago our receiver generated the same code
全球定位系统的伪距定位原理
全球定位系统的伪距定位原理全球定位系统（GPS）是一种基于卫星技术的导航系统，可用于定位、导航和时间与频率同步等应用。
GPS通过将地球上的接收器与位于空间的卫星建立连接，使用雷达测距原理进行定位。
伪距定位原理是GPS定位技术的基础，下面我们将详细介绍GPS伪距定位原理。
一、GPS卫星系统GPS卫星系统由31颗卫星组成，其中24颗卫星用于定位和导航，3颗卫星用于备份，4颗卫星则用于维护系统正常运行。
每个GPS卫星都会发送一个包含时间和位置信息的无线电信号，地面接收器可以通过这个信号定位自己的位置。
GPS卫星系统是由美国国防部开发的，因此只有美国政府可以控制和维护这个系统。
二、伪距测量原理伪距测量原理是GPS确定位置的基础。
首先，GPS接收器向卫星发送请求，等待卫星发送信号，该信号会在接收器上生成一个时间戳。
然后，GPS接收器计算从卫星发射信号到接收器接收信号之间的时间差（也称为传输时间延迟）。
接着，GPS接收器将信号的传输时间延迟与信号速度进行乘积运算，即可获得与卫星之间距离的伪距。
在接收到多个卫星信号后，GPS接收器会将伪距值与卫星位置信息一起计算，通过交叉定位法确定自己的位置。
这个过程需要至少接收到4个卫星信号，因为每个卫星的信号可以提供3个未知量（即x轴、y轴和z轴坐标）。
在接收到4个或更多卫星信号后，GPS接收器可以用交叉定位法计算出自己的位置。
三、误差来源1. 星历误差：由于GPS卫星的轨道不是完美的圆形，因此卫星位置信息可能不精确。
此外，地球的引力和其他因素也可能导致卫星位置信息的变化。
2. 信号传播误差：GPS信号在传播过程中可能会受到多种因素的影响，如大气层中的电离和折射、建筑物和山脉的遮阻，以及信号反射和多次传播等。
3. 接收器误差：GPS接收器的精度也可能会受制于各种因素，如接收器的质量、天线的方向和环境噪声等。
4. 时间误差：接收器和卫星之间的时间差也可能会影响GPS定位的精度。
卫星定位理论与方法-第13次课-伪随机码测距原理45页PPT
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
卫星定位理论与方法-第13次 课-伪随机码测距原理
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在弱。——拉罗什福科
卫星导航定位系统中伪随机码的研究
24
时间频率学报 总 27 卷
2 扩频通信中的伪随机码
2. 1 扩频码概述 C. E. Shannon 的总可以找到某种
编码方法 ,在码周期相当长的条件下 ,能够几乎无差错地从受到高斯噪声干扰的信号中复制 出原发信息 [ 1 ] 。 伪随机码序列有理想的自相关特性 ,可以作为扩频系统中的扩频码 。m 序列是一种双 值自相关的狭义伪随机序列 ,有优良的自相关特性 ,且易于产生和复制 ,在扩展频谱中有很 广泛的应用 。其自相关函数为 :
Gold 码就其平衡性来讲 ,可以分为平衡码和非平衡码 。平衡码具有更好的频谱特性 ,
对载波抑制度有很大的影响 ,对以分贝数表示的载波抑制性能而言 ,非平衡码比平衡码下降 了 50 %以上 [ 4 ] 。 在介绍平衡 Gold 码的产生之前 , 需要简单介绍一下特征相位的概念 。事实上 , 每一个 最大长度序列都具有特征相位 ,当序列处于特征相位时 ,序列每隔一位抽样产生的序列与原 序列等同 ,这就是序列处于特征相位的特性[ 5 ] 。假设 f a ( x ) 是一个 n 级线性移位寄存器产 生 m 序列的本原多项式 , g a ( x ) 是 f a ( x ) 的生成函数 ,是一个次数小于或等于 n 的多项式 :
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26
时间频率学报 总 27 卷
( 3) 以优选对中首根指标大的一个序列作为基准 ,以另外一个移位 ,当第二个序列的第
选定了在 ICD - GPS - 200 规范中公开发表的 36 种 Gold 码 [ 8 ] , 其中 32 种供 24 颗卫星选 用 ,其余 4 种备用 。( 下面的仿真只对 GPS 的前 12 种粗码而进行) 。 G1 ( t ) 与 G2 ( t ) 这二个移位寄存器产生器是同步工作的 , 它们起始状态为 , 由时 “全 1” 元同步置位 。 对于不同的卫星 , 选择不同的 i 值 , 根据伪随机码的可重复性 , 这里只要选择 G2 码产生器不同的抽头 h 与 j ( h 与 j 代表了不同的码片延迟 ) 输出进行模 2 和运算即可 。
卫星伪随机定位原理(决赛)分解PPT22页
卫星伪随机定位原ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(决赛)分解
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
谢谢
卫星导航系统伪随机码识别、分析方法
卫星导航系统伪随机码识别、分析方法
熊熠明;兰德福;肖玥;陈思阳
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2018(000)011
【摘要】本文介绍一种识别、分析卫星导航系统伪随机码的方法.
【总页数】5页(P53-56,42)
【作者】熊熠明;兰德福;肖玥;陈思阳
【作者单位】北京宇航系统工程研究所,北京,100076 ;北京福测电子仪器有限公司,北京,100080;北京宇航系统工程研究所,北京,100076 ;北京宇航系统工程研究所,北京,100076
【正文语种】中文
【相关文献】
1.GPS卫星导航信号伪随机码信号解调方法研究 [J], 刘睿;高敬东;李飞;崔健勇;李鹏
2.采用伪随机码扩频信号的陆基无线电导航系统 [J], 姜弿;刘庆普;岳欣
3.伪随机码识别及重构系统设计与实现 [J], 邓建平;曹丰文;李志
4.一种改进的激光伪随机码识别算法研究 [J], 赵开拓;田忠;田丹;李浩
5.卫星导航定位系统中伪随机码的研究 [J], 卢晓春;陈清刚;胡永辉
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2015-4-14
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3
二、伪随机码的测距原理
卫星产 生的码 t1 在t1时刻由卫星产生的 码相位，在Δt后到达 t2 接收机产生 的复制码
RCVR
从卫星传到 接收机的码
RCVR
t1
1 T R(t ) U (t t )U (t t )dt T 0
RCVR
将接收机产生的 复制码移动Δt
自相关性 ＋ 规律性(可复制) 伪随机噪声码
一种表达信息的二进制数及其组合。
码元幅值完全无规律的码序列。 无规律 利用PRN码来确定载体实时位臵、
特征 瞬时速度、精确时间、姿态等定位信息， 故而称为伪随机定位。 有良好自相关性的有规律码序列。
Pseudo random noise code , PRN
i
i
公式10
因而在真正的伪距测量计算时，使用
i
X
i
X Y Y Z Z cVtR cVt S Vion i Vtrop
2 i 2 i 2
i
i
i 1,2,3,4…
公式11
2015-4-14
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11
四、伪距导航的观测方程——伪距法定位的计算
2015-4-14
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13
四、伪距导航的观测方程——伪距法定位的计算
观测大于4颗卫星时，通过最小二乘法求解 将公式13写成误差方程式的形式 Vu Au dX Lu 其中 Vu v1 v2 根据最小二乘原理有
dX A Au
T u 1
vn n1 1 n2 1 nn 1 ln
1 i X i X 0 li X 0 i0 1 i Yi Y0 mi i 0 Y 0 1 i Zi Z 0 ni i 0 Z 0 i 1 B 0
i
公式10
伪距测量的观测方程
2015-4-14 黄河水利职业技术学院 10
四、伪距导航的观测方程
i
X
i
X Y Y Z Z cVtR cVt S Vion i Vtrop i mul i i
2 i 2 i 2
对流层改 正
X
i
X Y Y Z Z cVtR cVt S Vion i Vtrop
2 i
i
i
i 1,2,3,4…
公式11
这个公式虽然复杂，但每一个量都是可量测或可确定的， 可以直接用于伪距测量！
2015-4-14
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8
四、伪距导航的观测方程
在由公式1向公式11推导的过程中，主要解决这样一些问题： 2.电离层、对流层延迟改正数
电离层延迟改正 对流层延迟改正 公式7
V Vion cc V V c aaa ion trop bb ion trop b trop
2015-4-14
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三、卫星伪距导航的基本原理
要利用伪距测量实现导航这样一个目标，最重要的是 确定运动载体的即时位臵，这样才能判断出载体现在在哪 里，再结合载体瞬时速度、运动姿态等状态参数，引导运 动载体向何处去。 ( xi , yi , zi ), vi ,Ti
( x0 , y0 , z0 ), v0 ,T0
PDOP q xx q yy q zz
mP m0 PDOP
◆TDOP
——接收机钟差精度因子(Time DOP)
T DOP qtt
钟差精度
mT m0 T DOP mG m0 GDOP
◆GDOP
——几何精度因子(Geometrical DOP) 几何精度
GDOP q xx q yy q zz qtt
公式11
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六、作业
1、总结伪距导航的观测方程的推导过程；
要求： ①独立思考
2、选择一个伪距导航的真实案例进行导航
②注重方法选择 ③形成属于自己
过程分析。
的分析问题的 思路
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敬请批评指正，谢谢！
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五、导航定位精度的评估方法
精度因子DOP (DOP: Dilution of Precision )
精度因子是一个基于卫星、接收机几何图形的函数， 反映了接收机定位解的数学质量。
◆PDOP ——三维空间位臵精度因子(Position DOP) 空间位臵精度
将公式11进行必要的简化
i
X
i
X Y Y Z Z B
2 i 2 i 2
公式12
设测站的初始坐标向量及其改正数向量分别为 T X 0 X 0 Y0 Z 0 B0
dX dX dY dZ dB
Z r
T
同时考虑测站至卫星的方向余弦
Sj
AdX L 0
l1 l A 2 l3 l4 L L1 m1 m2 m3 m4 L2
公式13
坐标改正数的向量解
式中
公式14
dX A1L
n1 1 n2 1 n3 1 n4 1 L3 L4
T
没有多余观测量、未知数解算唯一
L i i0
T
A L
T u u
公式15
l1 m1 l m 2 Au 2 ln mn Lu l1 l2
公式15适合于计算机迭代计算，迭代计算2到3次便可获 得满意的结果。
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五、导航定位精度的评估方法
GNSS定位的精度除了取决于等效距离误差σ0以外，还 取决于空间后方交会的几何图形强度。
tR VtR b
将公式4、5代入公式3，有：
c t R t S c b Vt c a Vt
R S
公式6
c b a cVt S cVtR
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卫星信号真正 的传播时间
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将公式7代入公式6
Vion Vtrop cVt cVt A
S R
公式8
卫星到接收机 的真正距离
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四、伪距导航的观测方程
在由公式1向公式11推导的过程中，主要解决这样一些问题： 3.星历误差、多路径效应、测量噪声 设 卫星瞬时位臵为（Xi,Yi,Zi） 接收机位臵为（X,Y,Z）
( xn , yn , zn ), vn , Tn
航路点
起始点
目的点
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四、伪距导航的观测方程
•用于定义伪距的公式
c t c
钟误差 改正
2 i 2
公式1
这个公式是简约、美丽的，却不能给我们提供直接的帮助。
•用于伪距计算的公式
i
电离层 改正
7
四、伪距导航的观测方程
在由公式1向公式11推导的过程中，主要解决这样一些问题： 1.卫星钟和接收机钟的钟误差
伪距观测值 信号到达接 收机的时刻 信号离开卫星 的真正时刻 信号到达接收 机的真正时刻 信号发出 的时刻
c tR t
S
公式3 公式4 公式5
t S Vt S a
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五、导航定位精度的评估方法
卫星分布与测码伪距单点定位精度的关系
所测卫星在空间分布越开阔，六面体的体积就越大，
GDOP值就越小，图形越坚强，定位精度越高。
GDOP=6 GDOP=2 Va
Va＞Vb
Vb
1 GDOP V
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卫地几何距离 i
X i X Y i Y Z i Z
2 2
2
公式9
多路径 误差
测量 噪声
结合公式9，可将公式8改写为
i
2 2 2
i
星历误差对 测距的影响
X i X Y i Y Z i Z cVtR cVtS Vion i Vtrop i mul i i
本次课小结
伪距测量是什么？
c t c
如何进行伪距测量？
i
公式1
X
i
X Y Y Z Z cVtR cVt S Vion i Vtrop
2 i 2 i 2
i
i
i 1,2,3,4…
伪距测量如何运用？
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本节课主要知识点
1.GNSS伪随机码的特征
重点 重点 难点
2.伪随机码的测距原理
3.卫星伪距导航的基本原理 4.伪距导航的观测方程 5.导航定位精度的评估方法 6.本次课小结
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一、GNSS伪随机码的特征
几个概念
码 随机噪声码
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O
Y
X
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四、伪距导航的观测方程——伪距法定位的计算
设
i 0
X i
2