GPS衛(wèi)星定位基本原理

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1、第五章GPS衛(wèi)星定位基本原理§5.1概述§5.2偽距測(cè)量§5.3載波相位測(cè)量§5.4整周跳變的修復(fù)§5.5GPS絕對(duì)定位與相對(duì)定位§5.6美國(guó)的GPS政策§5.7差分GPS定位原理§5.1概述測(cè)角交會(huì)前方交會(huì)后方交會(huì)測(cè)邊（距）交會(huì)法兩條邊可確定P點(diǎn)坐標(biāo)無(wú)線電導(dǎo)航定位衛(wèi)星激光測(cè)距定位GPS定位基本原理運(yùn)用空間距離前方交會(huì)的方法求出衛(wèi)星的位置。運(yùn)用空間距離后方交會(huì)的方法求測(cè)站點(diǎn)的位置。觀測(cè)值：距離GPS定位方法及分類依據(jù)測(cè)距的原理劃分：偽距法定位（測(cè)碼）載波相位測(cè)量定位（測(cè)相）差分定位依據(jù)（接收機(jī)）待定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)劃分動(dòng)態(tài)定位——認(rèn)為接收機(jī)相對(duì)于地面是運(yùn)動(dòng)的靜態(tài)定位——認(rèn)為接收機(jī)相對(duì)于地面

2、靜止不動(dòng)絕對(duì)定位與相對(duì)定位：絕對(duì)定位——求測(cè)站點(diǎn)相對(duì)于地心的坐標(biāo)；（靜態(tài)）相對(duì)定位——求測(cè)站點(diǎn)相對(duì)于某已知點(diǎn)的坐標(biāo)增量；§5.2偽距測(cè)量GPS測(cè)距碼5.2.1偽距:衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間。5.2.2偽距定位觀測(cè)方程GPS測(cè)距碼模二相加運(yùn)算規(guī)則脈沖：在短時(shí)間內(nèi)突變，隨后又迅速返回到其初始值的物理量；脈沖信號(hào)：像脈搏跳動(dòng)一樣的信號(hào)，相對(duì)與直流，斷續(xù)的信號(hào)。碼：表達(dá)信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合狀態(tài)編號(hào)各存儲(chǔ)器單元④③②①模二相加④③輸出碼元1231111111011000001114561000000100101001007890100100100111100101011

3、12011011011010101011131415010110110111111010四級(jí)反饋移位寄存器的狀態(tài)序列四級(jí)反饋移位寄存器tu：鐘脈沖的時(shí)間間隔碼值1碼狀態(tài)-1碼值0碼狀態(tài)+1GPS測(cè)距碼C/A碼（Coarse/AcquisitionCode）10級(jí)1周期含碼元數(shù)N：1023；碼率：1.023MHz；碼元寬度tu：0.98us(293.05m)；精度：2.9m周期：Tu=Ntu=1ms；粗碼/捕獲碼；僅被調(diào)制在L1上P（Y）碼（PreciseCode）1周期含碼元數(shù)：6.19×1012；碼率：10.23MHz；周期：7天；碼元寬度：0.098us(29.30m)；精度:0

4、.29m精碼；被調(diào)制在L1和L2上測(cè)距碼（續(xù)）5.2.1碼相關(guān)偽距測(cè)量原理（1）衛(wèi)星依據(jù)自己時(shí)鐘（鐘脈沖）發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測(cè)距碼，經(jīng)過(guò)△t時(shí)的傳播到達(dá)GPS接收機(jī)。（2）接收機(jī)在自己鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼。（3）通過(guò)時(shí)延器使之延遲時(shí)間τ，對(duì)兩碼進(jìn)相關(guān)比較。（4）直至兩碼完全對(duì)齊，相關(guān)系數(shù)R（t）=max=1，則該時(shí)間延遲τ即為傳播時(shí)間△t（τ=△t）。（5）距離ρ=c·△t=c·τ。復(fù)制碼?。保保保保埃埃埃保埃埃保保埃保埃保保苯邮沾a　　　?。保保保保埃埃埃保埃埃保保埃保?.2.2偽距定位觀測(cè)方程由衛(wèi)星鐘驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的GPS信號(hào)，離開衛(wèi)星發(fā)射天線，在地球引力場(chǎng)中穿越大氣

5、層，進(jìn)入接收機(jī)內(nèi)部，與接收機(jī)自身產(chǎn)生的參考信號(hào)相比較，得到GPS觀測(cè)值。觀測(cè)方程要反映該過(guò)程5.2.2偽距定位觀測(cè)方程三種時(shí)間系統(tǒng)5.2.2偽距定位觀測(cè)方程偽距信號(hào)傳播時(shí)間衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)時(shí)間（以衛(wèi)星鐘面時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)）接收機(jī)接收的時(shí)間（以接收機(jī)鐘面時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)）RINEX2格式的廣播電文含義PRN號(hào)年月日時(shí)分秒a0a1a2AODECrs△nM0CuceCust0CicΩ0Cisi0Crsωcflgl2GPDpflgl2衛(wèi)星精度衛(wèi)星健康TgdAODC信息傳輸時(shí)間地球大氣結(jié)構(gòu)大氣折射效應(yīng)色散介質(zhì)與非色散介質(zhì)色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效應(yīng)也不同非色散介質(zhì)：對(duì)不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的折射效

6、應(yīng)相同對(duì)GPS信號(hào)來(lái)說(shuō)，電離層是色散介質(zhì)，對(duì)流層是非色散介質(zhì)電離層對(duì)C/A碼影響C/A碼在電離層中以群速Vg傳播（級(jí)數(shù)展開）其速度與頻率有關(guān)電離層改正的大小主要取決于電子總量和信號(hào)頻率電離層對(duì)載波影響載波是正弦波在電離層中以相速度傳播電離層影響與太陽(yáng)黑子活動(dòng)有關(guān)與衛(wèi)星到接收機(jī)方向有關(guān)，天頂方向最大50m延遲高度角20°時(shí)150m延遲對(duì)流層影響從地面到高空40KM大氣層為對(duì)流層；電磁波經(jīng)過(guò)對(duì)流層會(huì)產(chǎn)生延遲，和溫度、濕度、氣壓有關(guān)；天頂方向可達(dá)2—3m，高度角10o，可達(dá)13m。5.2.2偽距定位觀測(cè)方程考慮大氣影響,衛(wèi)星與測(cè)站真實(shí)距離為偽距測(cè)量方程為偽距測(cè)量的特點(diǎn)：無(wú)模糊度，精度低?！?/p>

7、5.3載波相位測(cè)量1.采用載波相位測(cè)量原因及重建載波5.3.1載波相位測(cè)量原理5.3.2載波相位測(cè)量.的觀測(cè)方程5.3.3整周未知數(shù)N0的確定1、采用載波相位測(cè)量原因⑴測(cè)距碼測(cè)距精度對(duì)于一些高精度的應(yīng)用無(wú)法滿足C/A2.9P0.29m⑵載波的波長(zhǎng)短，可達(dá)到很高的精度載波L1–頻率：154?f0=1575.43MHz；波長(zhǎng)：19.03cmL2–頻率：120?f0=1227.60MHz；波長(zhǎng)：24.42cm衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制二進(jìn)制信號(hào)的相位調(diào)制調(diào)相PM載波相位測(cè)量