建筑工程测量教案8章_GNSS测量.ppt

(3) 注入站 主控站控制下 将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文 控制指令注入卫星存储器，监测注入信息的正确性 除主控站外，整个地面监控系统无人值守。 2) 用户设备 GPS接收机和相应的数据处理软件 GPS接收机包括接收天线、主机、电源。 GPS接收机任务—— 捕获卫星信号，跟踪并锁定卫星信号 处理接收到的信号 测量测距信号从卫星传播到接收机天线的时间间隔 译出卫星广播的导航电文 实时计算接收机天线三维坐标、速度和时间 按用途分类——导航型、测地型，、时型 载波频率——单频接收机(用1个载波频率) 双频接收机(用两个载波频率) 南方测绘NGS9600测地型单频静态GPS接收机 8.3 GPS定位的基本原理 测距原理——伪距、载波相位测量、GPS差分定位 待定点位运动状态——静态定位、动态定位。 8.3.1 卫星信号 载波,测距码(C/A码P码),数据码(导航电文或称D码) 同一原子钟频率f0=10.23MHz下产生。 1) 载波信号 频率用无线电波段两种不同频率电磁波 L1载波：f1=154×f0=1575.42MHz，λ1=19.03cm L2载波：f2=120×f0=1227.60MHz，λ2=24.42cm 载波L1——调制有C/A码、P码、数据码 载波L2——调制有P码、数据码 测距码由0，1组成的二进制编码 一位二进制数——比特(bit) 每秒钟传输比特数称为数码率 卫星的两种测距码C/A码和P码属于伪随机码 具有良好自相关特性和周期性，容易复制 测距码——卫星时钟控制发射某结构测距码 经Δt时间传播后到达GPS接收机 接收机产生同结构测距码——复制码 复制码延迟时间τ后与接收的卫星测距码比较 调整延迟时间τ使两个测距码完全对齐 复制码延迟时间τ=Δt C/A码码元宽度对应距离——293.1m 卫星与接收机测距码对齐精度1/100,测距精度2.9m P码码元宽度对应距离——29.3m 卫星与接收机测距码对齐精度1/100,测距精度0.29m P码测距精度高于C/A码10倍 C/A码——粗码，P码——精码 P码受美国军方控制，一般用户只能用C/A码测距。 2) 数据码 导航电文——D码 含卫星星历、卫星工作状态、时间系统， 卫星时钟运行状态，轨道摄动改正，大气折射改正 由C/A码捕获P码信息 导航电文——二进制码 依规定格式按帧发射 每帧电文长度——1500bit，播送速率——50bit/s 8.3.2 伪距定位 1) 单点定位 GPS接收机安置于测点，锁定4颗以上卫星 将收到的卫星测距码与接收机产生的复制码对齐 测量与锁定卫星测距码到接收机传播时间Δti 求出卫星至接收机的伪距 从锁定卫星广播星历获取卫星空间坐标 距离交会原理解算天线点三维坐标 伪距观测方程有4个未知数 锁定4颗卫星时方程有唯一解 没考虑大气电离层和对流层折射误差、 星历误差影响，单点定位精度不高 C/A码定位精度——25m，P码定位精度——10m 2) 多点定位 多台GPS接收机(2~3台)安置在不同测点 同时锁定相同卫星进行伪距测量 大气电离层和对流层折射误差、星历误差 影响基本相同 计算各测点间坐标差——Δx,Δy,Δz 可消除上述误差影响 测点之间的点位相对精度大大提高。 8.3.3 载波相位定位 载波L1，L2频率比测距码(C/A码和P码)频率高 波长比测距码短——λ1=19.03cm,λ2=24.42cm 使用载波L1，L2作测距信号 将卫星传播到接收机天线的正弦载波信号 与接收机基准信号比相求出相位延迟计算伪距 可获得很高测距精度 测量L1载波相位移误差——1/100 伪距测量精度——19.03cm/100=1.9mm 1) 载波相位绝对定位 相位测量只能测出不足一整周期相位移——Δφ 存在整周数N0不确定问题，N0——整周模糊度 t0时刻(历元t0)，某卫星发射载波信号 到接收机相位移——2πN0+Δφ 该卫星→接收机距离—— λ——载波波长 对卫星连续跟踪观测，接收机内有多普勒计数器 只要卫星信号不失锁，N0不变 故在tk时刻，该卫星发射载波信号到接收机相位移 变成——2πN0+int(φ)+Δφ int(φ)——接收机内多普勒计数器自动累计求出 考虑钟差改正——c(vT－vt) 大气电离层折射改正——δρion 大气对流层折射改正——δρtrop 的载波相位观测方程—— 虽然对锁定卫星进行连续跟踪观测 可修正δρion和δρtrop 但整周模糊度N0始终未知 能否准确求出N0成为载波相位定位的关键。 (2) 载波相位相对定位 两台GPS接收机分别安置在两测点 两测点连线——基线 同步接收卫星信号 相同卫星相位观测值线性组合 解算基线向量在WGS-84坐标系增量——Δx,Δy,Δz 确定它们的相对位置 一个测点坐