卫星伪随机定位原理(决赛).ppt

黄河水利职业技术学院 本节课主要知识点 一、GNSS伪随机码的特征 二、伪随机码的测距原理 二、伪随机码的测距原理 三、卫星伪距导航的基本原理 四、伪距导航的观测方程 四、伪距导航的观测方程 四、伪距导航的观测方程 四、伪距导航的观测方程 四、伪距导航的观测方程 四、伪距导航的观测方程——伪距法定位的计算 四、伪距导航的观测方程——伪距法定位的计算 四、伪距导航的观测方程——伪距法定位的计算 五、导航定位精度的评估方法 五、导航定位精度的评估方法 五、导航定位精度的评估方法 本次课小结 六、作业 * * 1.GNSS伪随机码的特征 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 重点 重点 难点 码 一种表达信息的二进制数及其组合。 随机噪声码 码元幅值完全无规律的码序列。 伪随机噪声码 有良好自相关性的有规律码序列。 自相关性 规律性(可复制) ＋ Pseudo random noise code , PRN 无规律 几个概念 利用PRN码来确定载体实时位置、瞬时速度、精确时间、姿态等定位信息，故而称为伪随机定位。 特征 自相关性 规律性(可复制) RCVR RCVR RCVR t1 t2 t2 Δt t1 在t1时刻由卫星产生的码相位，在Δt后到达 卫星产生的码 从卫星传到接收机的码 接收机产生的复制码 将接收机产生的复制码移动Δt t1 伪距测量原理图 τ=Δt 假设条件 1、不存在卫星钟、接收机钟误差且与标准GPS时间一致 2、不存在电离层、对流层误差 3、卫星信号在大气中传播速度等于光速c 4、复制码与测距码完全相关（相关系数R=1） 公式1 这个距离并不等于卫星到地面测站的真实距离，因而称为“伪距”。 理论公式 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置，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。 起始点 目的点 航路点 这个公式是简约、美丽的，却不能给我们提供直接的帮助。 用于定义伪距的公式 用于伪距计算的公式 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！ 公式1 公式11 公式1 电离层改正 对流层改正 钟误差改正 1.卫星钟和接收机钟的钟误差 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： 公式3 公式4 公式5 公式6 信号到达接收机的时刻 伪距观测值 信号发出的时刻 卫星信号真正的传播时间 信号离开卫星的真正时刻 信号到达接收机的真正时刻 将公式4、5代入公式3，有： 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 公式7 公式8 电离层延迟改正 对流层延迟改正 卫星到接收机的真正距离 将公式7代入公式6 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 公式9 公式10 伪距测量的观测方程 多路径误差 测量噪声 星历误差对测距的影响 设 卫星瞬时位置为（Xi,Yi,Zi） 接收机位置为（X,Y,Z） 结合公式9，可将公式8改写为 卫地几何距离 公式11 因而在真正的伪距测量计算时，使用 公式10 将公式11进行必要的简化 公式12 设测站的初始坐标向量及其改正数向量分别为 同时考虑测站至卫星的方向余弦 设 则观测4颗卫星时，公式12可以线性化为 或者是 式中 坐标改正数的向量解 公式13 公式14 没有多余观测量、未知数解算唯一 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 其中 根据最小二乘原理有 公式15 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。 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。 可改写为： 显然，GNSS星座与测站构成的几何图形不同，权系数的值也不同。 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。 ——接收机钟差精度因子(Time DOP) ——三维空间位置精度因子(Position DOP) ——几何精度因子(Geometrical DOP) 空间位置精度 钟差精度 几何精度 ◆PDOP ◆TDOP ◆GDOP 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。 Va Vb GDOP=2 GDOP=6 Va＞Vb 伪距测量是什么？ 如何进行伪距测量？