GPS卫星定位原理及其应用 电磁波的传播和GPS卫星的信号22页PPT

08.03.2021
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对流层的处理办法
采用模型进行改正。
将对流层大气对电磁波的影响可以分为干分量和湿 分量的联合影响
S Sd Sw
Sd
1.552 10 5 P [40136 Tk
148 .72 (Tk
273 .16 ) H T ]
Sw
7.46512
10 2
e0 Tk 2
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GPS卫星信号的构成
•每 个 GPS 卫 星 播 发 一 组 信 号
•每 组 信 号 包 括 两 个 不 同 频 率 的 载 波 信 号 (L1 和 L2)、两 个 不 同 的 测 距 码 信 号 (C/A 码 调 制 在 L1 载 波 上，P 码 或 Y 码 同 时 调 制 在 L1 及 L2 载 波 上) 以 及 卫 星 的 轨 道 信 息
GPS卫星定位原理及其应用 电磁波的 传播和GPS卫星的信号
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
GPS卫星定位原理及其应用
电磁波的传播与GPS卫星的信号
(11000
HT )
其中： Sd 为干分量，主要与地面 大气压力和温度有关
Sw为湿分量，主要与传播 路径上的大气状况湿度
H T 为观测站的高程
P为大气压力（ mbar ）
密切相关
Tk为绝对温度（ k C 273 .2) e0 为水汽分压
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减弱对流层折射改正项残差影响的主要措施
其中：C/A码和P码统称为测距码。
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GPS卫星信号的产生与构成的要求
1.适应多用户系统的要求 2.满足实时定位的要求 3.满足高精度定位的要求 4.满足军事保密的要求
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GPS卫星的导航电文（数据码）
导航电文主要包括： 1.与卫星有关的星历 2.卫星的工作状态 3.时间系统 4.卫星钟运行状态 5.轨道摄动改正 6.大气摄动改正 7.导航信息的数据码
D = V (dT)
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0 初相角 角频率 A e 振幅
0
t 0
wk.baidu.com
yA esi nt1 (0)
yAesin0
Ae
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电磁波传播中常用公式的转换
2f
f 1 T
t T
0
0 2 0
y A sin
2
(t T
0)
v f T
其中 为波长
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大气层对电磁波传播的影响
根据电磁波传播的不同影响，一般可将大气层分为：
f12
0 f 1
f22 f22
f12
2.两观测站同步观测量求差
f 1 40 . 28
N f12
f 2 40 . 28
N f22
2
f 2
f 1
f1 f2
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GPS卫星的测距码信号
GPS卫星所发射的信号包括： 载波信号 P码（或Y码） C/A码 数据码（又称作D码）
载 波 L1 的 波 长 为 19 cm ，L2 的 波 长为 24 cm
接收仪将接收到的卫星载波 信 号的 相 位 与 其 自 身 产 生 的 参 考 载 波信 号 的 相 位 进 行 比 较
接 收 仪 开 机 后，相 位 整 周 数 未 知 (带 有 整 周 模 糊 度 )
跟踪卫星时间较长时距离的 变 化可 以 测 定 ( 整 周 数 保 持 不变)
基准频率 10.23 MHz
x 154 x 120
/10
L1
C/A 码
1575.42 MHz 1.023 MHz
P (Y) 码 10.23 MHz
L2 1227.60 MHz
P (Y)-Code 10.23 MHz
50 bit/s
卫星信悉 ( 状态信悉和星历)
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载波相位测距
载波相位观测
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D = c TN
接收到的 卫星相位
接收仪复制 出的相位
T
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测距码伪距测定
测距伪随机码 每一卫星播发一个伪随机测
距 码 信 号，该 信 号 大 约 每 1 毫 秒播发一次 接收仪同时复制出一个同
样 结 构的 信 号 并 与 接 收 到 的 卫 星 信 号 进行 比 较 由 信 号 的 延 迟 时 间 (dT) 推 算出卫星至接收仪的距离 接收仪时钟应与卫星钟校 时
1.尽可能充分地掌握观测站周围地区的实时气象资料。
2.利用水汽辐射计，准确地测定电磁波传播路径上的水汽积 累量，以便精确的计算大气湿分量的改正项。
3.利用相对定位的差分法来减弱对流层大气折射的影响。
4.完善对流层大气折射改正模型。
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电离层改正模型
f1
40.28
N f12
f2
40.28
距离测定原理
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Vl
Xll
4
距离测定原理
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Vl
Xll
5
距离测定原理
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Vl
Xll
6
距离测定原理
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Xll
距离 = 传播时间 x 光速
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Vl
电磁波传播原理简述
电磁波是一种随时间 t变化的正弦（或余弦）波。其数学表 达式为：
yA esi nt (0)
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GPS定位的基本观测量
GPS定位的基本观测量 是观测站（用户接收机天线）到GPS卫星（信号发
射天线）的距离（或称为信号传播路径）。 是通过测定卫星信号在该路径上的传播时间（时间
延迟），或测定卫星载波信号相位在该路径上变化的周 数（相位延迟）来导出的。
vt
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1.对流层
系指从地面上约40Km范围内的大气底层。
对流层具有很强的对流作用，云、雾、雨、雪、风
等主要天气现象，均出现在其中，这些对电磁波的
传播具有很大的影响。
2.电离层
约为地面上70Km以上的范围。
由于太阳和其它天体的各种射线作用，使该层的大 气分子发生电离。从而具有密度较高的带电粒子，对电 磁波的传播具有很大的影响。
N f22
注：N为信号传播路径上电的子总量。
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减弱电离层影响的措施
1.利用两种不同的频率进行观测
f 1 0 f 1
f 2 0
f 2 0
2
f 1
f1 f2
f 1 f 2
f 1
f22 f22
f12
f 1
f22 f22