测量教案8章-GPS测量市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件.pptVIP

第8章GPS测量原理与方法;2/61;GPS定位——空间测距交会

P点安置GPS接收机，接收卫星发射测距码信号

在接收机时钟控制下

解出测距码从卫星→接收机时间——Δt

乘光速c、加卫星时钟与接收机时钟不一样时更正

算出卫星→接收机空间距离——

vt——卫星钟差，vT——接收机钟差

GPS用单程测距方式

接收机接收到测距信号不再返回卫星

接收机直接解算传输时间Δt

并算出卫星→接收机距离;要求卫星和接收机时钟严格同时

卫星在严格同时时钟控制下发射测距信号

实际上，卫星钟与接收机钟不可能严格同时

产生钟误差

两个时钟不一样时对测距结果影响——c(vT－vt)

卫星广播含卫星钟差vT——已知

接收机钟差vT未知——观察方程解算

卫星→接收机空间距离——

没有考虑大气电离层和对流层折射误差影响

不是卫星→接收机几何距离——伪距;;;;;;;;测距时刻——ti

接收卫星Si广播星历解算出——

Si在WGS-84坐标系三维坐标(xi，yi，zi)

则Si卫星→P点空间距离——

伪距观察方程——

有xP，yP，zP，vT四个未知数

为了解算这四个未知数，应同时锁定4颗卫星观察;观察A，B，C，D四颗卫星伪距方程——

解方程算出P点坐标——(xP，yP，zP);§8.2GPS组成

工作卫星、地面监控系统、用户设备

§8.2.1地面监控系统

卫星广播星历包含描述卫星运动及其轨道参数

每颗卫星广播星历由地面监控系统提供

地面监控系统——1个主控站、3个注入站、5个监测站;(1)监测站

主控站控制下数据自动采集中心

有双频GPS接收机、高精度原子钟、气象参数测试仪

计算机等设备

完成对GPS卫星信号连续观察，搜集当地气象数据

观察数据经计算机处理后传送到主控站

(2)主控站

协调和管理全部地面监控系统工作

①依据观察数据，推算编制各卫星星历、卫星钟差

大气层修正参数，数据传送到注入站

②提供时间基准。各监测站和GPS卫星原子钟应与

主控站原子钟同时，或测量出其间钟差

将钟差信息编入导航电文，送到注入站

③调整偏离轨道卫星，使之沿预定轨道运行

④开启备用卫星，以代替失效工作卫星;(3)注入站

主控站控制下

将主控站推算和编制卫星星历、钟差、导航电文

其???控制指令注入卫星存放器

监测注入信息正确性

除主控站外，整个地面监控系统无人值守

§8.2.2用户设备

GPS接收机和对应数据处理软件

GPS接收机包含接收天线、主机、电源;GPS接收机任务

捕捉卫星信号，跟踪并锁定卫星信号

处理接收到信号

测量测距信号从卫星传输到接收机天线时间间隔

译出卫星广播导航电文

实时计算接收机天线三维坐标、速度和时间

用途——导航型、测地型和授时型

载波频率——单频接收机(用1个载波频率)

双频接收机(用2个载波频率);南方测绘NGS9600测地型单频静态GPS接收机;§8.3GPS定位基本原理

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一样频率电磁波

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

卫星两种测距码C/A码和P码属于伪随机码

含有良好自相关特征和周期性，轻易复制;21/61;测距码——测距原理

卫星时钟控制发射某结构测距码

经Δt时间传输后抵达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，普通用户只能用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、轨道摄动更正、大气折射更正

由C/A码捕捉P码信息

导航电文——二进制码

依要求格式按帧发射

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

将收到卫星测距码与接收机产生复制码对齐

测量与锁