GPS距离测量与GPS定位
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互相关法的优点: ➢可获得双频伪距观测值； ➢可获得全波长的L1和L2载波； ➢可获得卫星导航电文。 互相关法的缺点: ➢信躁比较差，但比平方法高
2、重建载波的方法
Z 跟踪技术
➢ AS技术: P码 W码
Y码
➢ W码的码元宽度约为P码的二十倍左右
P码 W码
2、重建载波的方法
➢ 在1个W码元宽度内
n
如何判断测距码是否对齐?
测距码
C/A码（测距时有模糊度） P码
3、利用测距码测定伪距的原因
➢ 易于捕获微弱的卫星信号（20W、20000km ）
➢ 可提高测距精度和可靠性（1/100码元） ➢ 采用的是CDMA（码分多址）技术 ➢ 便于对系统进行控制和管理（如AS）
微弱信号的捕获
每颗卫星采用特定的PRN码
15
错开2个码元 +1
-1
+1
-1 7个码元相同, 8个码元不相同 相关系数：R 7 8 0.067
15
错开不足1个码元 +1 -1 +1 -1
错开不足1个码元
n(1 τ) nτ 个码元相同, nτ 个码元不相同
2
2
n(1 τ) nτ nτ
相关系数： R
2 2 (1 τ)
P码
Y码
W码
1(0)
P码=
-Y码
Y码
➢ Z跟踪技术：将接收机
P码
复制的P码在1个W码
元宽度内与卫星信号
W码
-1(1)
（Y码）进行相关处理。 Y码
Z 跟踪法的优点:
➢ 无需了解Y码结构，可测定双频伪距观测值； ➢ 可获得卫星导航电文； ➢ 可获得全波长的L1和L2载波； ➢ 信号质量较平方法和互相关法好。
第五章 距离测量与GPS定位
利用测距码测定卫地距 载波相位测量 观测值的线性组合 周跳的探测及修复 整周模糊度的确定 单点定位 相对定位 差分定位
§5.1 利用测距码测定卫地距
1、测距方法
双程测距
单程测距
2、测距码测距原理
➢距离测定的基本思路
~ρ τ c t c
周期：1ms 1周期含码元数： 1023 码元宽度： 293.05m
➢信号（测距码）传播时间的测定
相关系数： R 1 u(t t)u(t τ )dt T +1
-1
第 i 等份
+1
第 j 等份
-1
码完全对齐 +1
-1 +1
-1 相关系数：R 15 0 1 15
搜索锁定卫星
错开1个码元 +1
-1 +1
-1 7个码元相同, 8个码元不相同 相关系数：R 7 8 0.067
φ λ ( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 N λ C dt C dT Vion Vtrop
1、同类型同频率观测值的线性组合—— 差分观测值
差分观测值的定义
将相同频率的GPS观测值依据某种方式求差所得 到的组合观测值（虚拟观测值）。
4、GPS测量的基本观测方程
~ρ C t C (tR T S )
C [(tR_GPS dt) (T S _GPS dT)]
C (tR_GPS T S _GPS ) C dt C dT
R C dt C dT Vion Vtrop
接收机钟差引 起的距离误差
卫星钟差引起 的距离误差
( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 C dt C dT Vion Vtrop
电离层延迟
对流层延迟
§5.2 载波相位测量
载波相位测量的特点
➢ 优点
• 精度高，测距精度可达0.2～0.3mm量级
➢ 难点
• 载波的重建 • 整周未知数问题 • 整周跳变问题
3、载波相位测量
整数部分
小数 部分
φS
R λ(φS φR )
φR
测距码也有整数部分，什么含义？
4、载波相位的实际观测值
➢ 首次观测
φ0 Fr (φ)0
➢ 以后的观测
t0
φi Int (φ)i Fr (φ)i ➢ 实际通常表示为
φ~ N0 Int (φ) Fr(φ)
整周模糊度 整周计数
2、重建载波的方法
互相关（交叉相关）
在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理 ，获取两个频率间的伪距差和相位差。
RL2 RL1,C / A (RL2 ,Y RL1,Y ) L2 L1,C / A (L2 L1 )
将L1、L2上调制的Y码（Y1、Y2）进行相关处理 ，用Y1去掉L2上的Y2，即可恢复L2载波。
N0
Fr(φ0 )
ti
N0
Int (φ)i
Fr(φi )
5、载波相位测量的观测方程
(φ N ) λ C t Vion Vtrop
C (tR T s ) Vion Vtrop
φ λ R N λ C dt C dT Vion Vtrop
φ λ ( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 N λ C dt C dT Vion Vtrop
2、重建载波的方法
平方法
Acos(ωt φ) 二进制相位调制后 Acos(ωt φ)
恢复的是载波的二次谐波
平方法的优点: ➢ 无需知道码的结构； ➢ 可以恢复L2载波。 平方法的缺点: ➢ 无法获得伪距观测值和导航电文 ➢ 恢复的是半波长的载波，模糊度更难确定 ➢ 信号的信躁比差 ➢ 增加了数据处理的困难
1、重建载波的定义
GPS 卫星 信号 采用 二进 制调 相法
0
0
1
1
重建载波：将测距码和导航电文去掉，把非连续 的载波信号恢复成连续的载波信号。
2、重建载波的方法
码相关法 平方法 互相关（交叉相关） Z跟踪技术
2、重建载波的方法
码相关法
1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
码相关法的优点: ➢ 同时获得载波、伪距观测值和导航电文； ➢ 可获得全波长的载波； ➢ 信号的信躁比较好。 码相关法的缺点: ➢ 必须知道调制码的结构； ➢ 无法恢复L2载波。
§5.3 观测值的线性组合
➢ 同类型同频率观测值的线性组合 ➢ 同类型不同频率观测值的线性组合 ➢ 不同类型的双频观测值的线性组合
1、同类型同频率观测值的线性组合
必要参数与多余参数
必要参数：需要去测量计算获取的感兴趣的参数 多余参数：不感兴趣，但为了精度不得不引入的参数
~ ( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 C dt C dT Vion Vtrop
互相关法的优点: ➢可获得双频伪距观测值； ➢可获得全波长的L1和L2载波； ➢可获得卫星导航电文。 互相关法的缺点: ➢信躁比较差，但比平方法高
2、重建载波的方法
Z 跟踪技术
➢ AS技术: P码 W码
Y码
➢ W码的码元宽度约为P码的二十倍左右
P码 W码
2、重建载波的方法
➢ 在1个W码元宽度内
n
如何判断测距码是否对齐?
测距码
C/A码（测距时有模糊度） P码
3、利用测距码测定伪距的原因
➢ 易于捕获微弱的卫星信号（20W、20000km ）
➢ 可提高测距精度和可靠性（1/100码元） ➢ 采用的是CDMA（码分多址）技术 ➢ 便于对系统进行控制和管理（如AS）
微弱信号的捕获
每颗卫星采用特定的PRN码
15
错开2个码元 +1
-1
+1
-1 7个码元相同, 8个码元不相同 相关系数：R 7 8 0.067
15
错开不足1个码元 +1 -1 +1 -1
错开不足1个码元
n(1 τ) nτ 个码元相同, nτ 个码元不相同
2
2
n(1 τ) nτ nτ
相关系数： R
2 2 (1 τ)
P码
Y码
W码
1(0)
P码=
-Y码
Y码
➢ Z跟踪技术：将接收机
P码
复制的P码在1个W码
元宽度内与卫星信号
W码
-1(1)
（Y码）进行相关处理。 Y码
Z 跟踪法的优点:
➢ 无需了解Y码结构，可测定双频伪距观测值； ➢ 可获得卫星导航电文； ➢ 可获得全波长的L1和L2载波； ➢ 信号质量较平方法和互相关法好。
第五章 距离测量与GPS定位
利用测距码测定卫地距 载波相位测量 观测值的线性组合 周跳的探测及修复 整周模糊度的确定 单点定位 相对定位 差分定位
§5.1 利用测距码测定卫地距
1、测距方法
双程测距
单程测距
2、测距码测距原理
➢距离测定的基本思路
~ρ τ c t c
周期：1ms 1周期含码元数： 1023 码元宽度： 293.05m
➢信号（测距码）传播时间的测定
相关系数： R 1 u(t t)u(t τ )dt T +1
-1
第 i 等份
+1
第 j 等份
-1
码完全对齐 +1
-1 +1
-1 相关系数：R 15 0 1 15
搜索锁定卫星
错开1个码元 +1
-1 +1
-1 7个码元相同, 8个码元不相同 相关系数：R 7 8 0.067
φ λ ( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 N λ C dt C dT Vion Vtrop
1、同类型同频率观测值的线性组合—— 差分观测值
差分观测值的定义
将相同频率的GPS观测值依据某种方式求差所得 到的组合观测值（虚拟观测值）。
4、GPS测量的基本观测方程
~ρ C t C (tR T S )
C [(tR_GPS dt) (T S _GPS dT)]
C (tR_GPS T S _GPS ) C dt C dT
R C dt C dT Vion Vtrop
接收机钟差引 起的距离误差
卫星钟差引起 的距离误差
( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 C dt C dT Vion Vtrop
电离层延迟
对流层延迟
§5.2 载波相位测量
载波相位测量的特点
➢ 优点
• 精度高，测距精度可达0.2～0.3mm量级
➢ 难点
• 载波的重建 • 整周未知数问题 • 整周跳变问题
3、载波相位测量
整数部分
小数 部分
φS
R λ(φS φR )
φR
测距码也有整数部分，什么含义？
4、载波相位的实际观测值
➢ 首次观测
φ0 Fr (φ)0
➢ 以后的观测
t0
φi Int (φ)i Fr (φ)i ➢ 实际通常表示为
φ~ N0 Int (φ) Fr(φ)
整周模糊度 整周计数
2、重建载波的方法
互相关（交叉相关）
在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理 ，获取两个频率间的伪距差和相位差。
RL2 RL1,C / A (RL2 ,Y RL1,Y ) L2 L1,C / A (L2 L1 )
将L1、L2上调制的Y码（Y1、Y2）进行相关处理 ，用Y1去掉L2上的Y2，即可恢复L2载波。
N0
Fr(φ0 )
ti
N0
Int (φ)i
Fr(φi )
5、载波相位测量的观测方程
(φ N ) λ C t Vion Vtrop
C (tR T s ) Vion Vtrop
φ λ R N λ C dt C dT Vion Vtrop
φ λ ( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 N λ C dt C dT Vion Vtrop
2、重建载波的方法
平方法
Acos(ωt φ) 二进制相位调制后 Acos(ωt φ)
恢复的是载波的二次谐波
平方法的优点: ➢ 无需知道码的结构； ➢ 可以恢复L2载波。 平方法的缺点: ➢ 无法获得伪距观测值和导航电文 ➢ 恢复的是半波长的载波，模糊度更难确定 ➢ 信号的信躁比差 ➢ 增加了数据处理的困难
1、重建载波的定义
GPS 卫星 信号 采用 二进 制调 相法
0
0
1
1
重建载波：将测距码和导航电文去掉，把非连续 的载波信号恢复成连续的载波信号。
2、重建载波的方法
码相关法 平方法 互相关（交叉相关） Z跟踪技术
2、重建载波的方法
码相关法
1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
码相关法的优点: ➢ 同时获得载波、伪距观测值和导航电文； ➢ 可获得全波长的载波； ➢ 信号的信躁比较好。 码相关法的缺点: ➢ 必须知道调制码的结构； ➢ 无法恢复L2载波。
§5.3 观测值的线性组合
➢ 同类型同频率观测值的线性组合 ➢ 同类型不同频率观测值的线性组合 ➢ 不同类型的双频观测值的线性组合
1、同类型同频率观测值的线性组合
必要参数与多余参数
必要参数：需要去测量计算获取的感兴趣的参数 多余参数：不感兴趣，但为了精度不得不引入的参数
~ ( X S X )2 (Y S Y )2 (Z S Z )2 C dt C dT Vion Vtrop