第五章GPS卫星定位基本原理..ppt

第五章GPS卫星定位基本原理 5.1 概述 5.2 伪距测量 5.3 载波相位测量 5.4 整周跳变的修复 5.5 GPS绝对定位与相对定位 5.6 美国的GPS政策 5.7 差分GPS定位原理 5.1 概述 1.测角交会法 1)前方交会 2)恻方交会 3)后方交会 2. 测边交会法(距离交会) 5.2 伪距测量 1.伪距：由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。由于各种误差的存在，与卫星到测站的实际几何距离有一定差值。 2.两种测量值： - C／A码伪距 误差20---30米 - P码伪距 误差10米 3.伪距定位法: 由GPS接收机在某一时刻测出到达四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用测距交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。 4.特点 1)适用于导航和低精度测量 2) 定位速度快； 3)可作为载波相位测量中解决整波数不确定问题（模糊度）的辅助资料。 5.3 载波相位测量(1) 1.伪距测量的不足： 测距码的码元长度较长，因此量测精度较低。 （对C/A码而言精度3m左右，P码约为30cm） 2.如果把载波作为量测信号，载波的波长要短得多（?L1=19cm， ?L2=24cm ），比P码码元的长度小两个数量级。对载波进行相位测量，可以达到很高的精度。 3.载波信号是一种周期性正弦信号，相位测量只能测定其不足一个波长的部分，因而存在着整周数不确定性的问题，使解算过程变得比较复杂。 5.3 载波相位测量(2) 4.重建载波： 1)概念:将调制在载波上的测距码和导航电文去掉，重新获得载波。 2)方法： 码相关法：(1)方法:将所接收到的调制信号(卫星信号)与接收机产生的复制码相乘 (2)特点:局限制 需了解码的结构 优点 可获得导航电文,可获得全波长的载波,信号质量好 平方法 :(1)方法:将所接收到的调制信号(卫星信号)自乘 (2) 优点 无需了解码的结构 缺点 无法获得导航电文,所获载波波长为原来波长的一半,信号质量较差 5.3 载波相位测量(3) 5.3.1 载波相位测量原理 5.3.2 载波相位测量的观测方程 5.3.3 整周未知数N0的确定 5.3.2 载波相位测量的观测方程(1) 1. 载波相位测量是接收机（天线）和卫星位置的函数。只有得到了它们之间的函数关系，才能从观测量中求解接收机（或卫星）的位置。 2.1) 设在GPS标准时刻Ta（卫星钟时刻ta）卫星Sj发射的载波信号相位为?（ta），经传播延迟??后，在GPS标准时刻Tb（接收机钟时刻tb）到达接收机。 2) 根据电磁波传播原理， Tb时接收到的和Ta时发射时的 相位不变，即?j（Tb） = ?j（ta） 3) 在Tb 时，载波相位观测量为： ? = ?（tb）- ?j（Tb） = ?（tb）- ?j（ta） 5.3.2 载波相位测量的观测方程(2) 4)考虑卫星钟差和接收机钟差，有Ta =ta+?ta , Tb =tb+?tb , 则： ? = ?（Tb - ?tb）- ?j（ Ta - ?ta ） (1) 5) 载波信号的相位与频率的关系为: ?（t +?t）= ?（t）+f ? ?t （2） 6) 将(2)代入(1)得 = ?（Tb ）-fi ??tb- ?j（Ta ）+ f j ??ta （3） fi =f j =f 7)Tb =Ta + ??，由公式（2），得： Nkj+?（Tb）= ?j（Ta）+f ? ?? 8) 公式（3）可改写为： ? = ?j（Ta）+f ? ?? -f ??tb- ?j（Ta ）+ f ??ta- Nkj = f ? ?? -f ??tb+ f ??ta- Nkj （4） 5.3.2 载波相位测量的观测方程(3) 3.传播延迟??中考虑电离层和对流层的影响??1和??2 ，则： 代入公式（4），得： 5.3.3.1静态方法 伪距法 经典方法 多普勒法 快速