第六章载波相位测量定位.ppt

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第六章载波相位测量定位

第6章 GPS载波相位测量定位 6.1 GPS观测量及其测量 6.2 GPS载波相位测量的单点定位问题 6.3 GPS载波相位测量的DGPS模型 6.4 GPS载波相位测量与伪距测量的组合解算 6.5 GPS载波相位测量的姿态测定应用 6.1 GPS观测量及其测量 如果忽略某些附加滞后相位,GPS信号接收机所接收到的GPS信号可表述为 多普勒频移测量 fs——GPS卫星发射的载波频率(简称为发射载频); fR——到达GPS信号接收天线的GPS卫星的载波频率(简称为接收载频); Vs——GPS卫星的切向(顺轨)速度; C——GPS信号传播速度; α——用户至GPS卫星的矢径与其切向速矢的夹角。 考虑到 ,以及 式中:fG——GPS信号接收机所产生的载波频率; fR——GPS信号接收机所接收到的载波频率。 考虑到 ,多普勒计数可以改写为 为了提高多普勒频移的测量经度,一般不是直接测量某一时元的多普勒频移,而是测量在某一时间间隔(t1,t2)内的多普勒频移之积累数值,称之为多普勒计数(Cd),亦即 波数和整周跳变 载波相位测量值,是基准载波相位和被测载波相位之差。 将发射时元表述为接收时元的函数,亦即 考虑到式(6.1.8),则式(6.1.7)可写作为 实际上,GPS测量数据处理,均采用GPS时间系统。而归化到GPS时系的载波相位测量值为 波数解算之例 若考虑到波长λ=C/f,由式(6.1.12)可知,以米为单位而在时元t测得的载波相位是 式(6.1.13)中的波数Nj,是基于下述实事而成立的:从初始时元t0到观测时元t,计数器始终处于连续不断的计数状态,以致在[t t0]时域内多普勒计数是连续的,以此确保观测时元t的波数等于初始时元t0的波数;亦即在[t0 t]时域内只有一个波数Nj。 但是,用于测量载波滞后相位的锁相环路,在强干扰信号的作用下,它的稳定平衡状态受到了破坏,以致环路鉴相器的工作点跳过2π,甚至若干个2π。随着干扰信号减弱到阈值一下,致使锁相环路趋向新的稳定平衡状态,而恢复正常的测相作业。跳越2π的数目,既取决于干扰信号的强度,又取决于干扰信号的持续时间。GPS信号接收机锁相环路稳定平衡状态的破坏,导致了多普勒计数的记录中断,这种丢失多普勒计数的现象,叫做整周跳变(cycle slip),简称为周跳。 6.2 GPS载波相位测量的单点定位问题 GPS载波相位测量的观测方程(不考虑电离层效应等引起的距离偏差): 对(6.2.1)进行线性化,则有 用户在时元t的三维位置为 若按GPS伪距测量的单点定位方法,也观测4颗GPS卫星,依式(6.2.2)可得如下观测矩阵: (1)在GPS载波相位测量单点定位的情况下,同样观测4颗GPS卫星,却要解求8个未知数,因此,不能够仅仅依靠观测4颗GPS卫星的载波相位,来解算出用户位置; (2)每增加观测一颗GPS卫星的载波相位,又要增加一个新的未知数(波数N),因此,也不能够用增加观测GPS卫星数的方法,来解算出用户位置; (3)在GPS卫星的一次通过中,如果GPS信号接收机能够始终保持不中断多普勒计数,亦即,不发生周跳,而能够保持波数Nj固定不变化,则用多时元的GPS载波相位测量值,能够解算出用户位置。 在GPS动态载波相位测量时,一般进行“初始化测量”,亦即,在动态用户航行之前,需要进行20min左右的静态测量,而精确地解算出波数Nj。当动态用户航行后,将该解算出的波数视为已知值,而可按观测4颗GPS卫星的方法,解算出动态用户在每一个时元的实时位置。 6.3 GPS载波相位测量的DGPS模型 假定两台GPS信号接收机,分别安设在两个不同的测站R和K上,而于两个不同的时元t1和t2,各观测了两颗GPS卫星(j和n,实际上至少要观测4颗GPS卫星),则可测得下列8个L1载波相位观测值 依据上列8个L1载波相位测量观测值,可以求得如下所述的单差分测量值。 在两台接收机之间进行载波相位测量求差解算,简称为“站际单差”。 在两颗GPS卫星之间进行载波相位测量求差解算,称之为“星际单差”。 站际单差的优点:消除了星钟误差和星历误差。 双差法,是两台分别安设在两个测站上的GPS信号接收机(K,R),于同一时元对两颗不同的GPS卫星的载波相位测量进行求差,亦即,双差法,是同一时元的两个单差测量值之差。 优点:除了消除了星钟误差和星历误差以外,还消除了两台GPS信号接收机的收钟误差。因此,双差法能够显著地提高GPS卫星导航定位精

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