《GPS卫星定位基本原理》.ppt

第五章 GPS定位的基本原理 一、伪距测量 二、载波相位测量 三、整周模糊度的确定 四、周跳的探测与修复 五、 GPS绝对定位与相对定位 导 语 一、伪距测量 一、伪距测量 伪距: 通过测量GPS卫星发射的测距码信号到达用户接收机的传播时间，从而求算出的接收机到卫星的距离。即 式中 为传播时间， 为光速。 一、伪距测量 C/A码伪距：精度约为20m左右 P码伪距：精度约为2m左右。 一、伪距测量 基本过程： GPS卫星依据自己的时钟发出某一结构的测距码，该码通过一定时间τ到达接收机。同时接收机依据本身的时钟也产生一组结构完全相同的测距码（复制码），并通过时延器使其延迟一定时间，将延迟后的测距码与接收到的测距码进行相关运算处理，通过测量相关函数的最大值位置来测定卫星信号的传播延迟，从而计算出卫星到接收机的距离。 一、伪距测量 GPS卫星发射的测距码S（t）从卫星天线发射，穿过电离层、 对流层经时间延迟到达接收机天线。接收机于T时刻接收到的卫星信号 。 接收机产生的与卫星发射的测距码相同的本地码为 ， 为接收机与卫星钟差。 经码移位电路可将本地码移位 ,得到 ，送入相关器与接收到的卫星信号进行相关处理，积分得出相 关输出为： 式中 一、伪距测量 调整移位使相关输出为最大。这时根据测距码自相关的特性得： 一、伪距测量 3. 伪距法绝对定位原理 一、伪距测量 代入式（4.1）即为伪距定位的基本模型： 一、伪距测量 为了提高GPS 的定位精度，在实际定位模型中应考虑电离层、对流层的影响，其影响可采用一些较成熟的模型加以改正，因此可以认为是已知量。 当在某时刻观测卫星的个数j大于等于4间接平时，可采用间接平差法计算接收机的位置坐标的最或然值。 一、伪距测量 令 ，j=1，2，3，4，则式（4.12）写成矩阵的形式为： 接收机位置坐标：WGS-84坐标系下的坐标（根据大地坐标的正反算公式可将其转化为大地经纬度坐标）。 一、伪距测量 4 . 伪距单点定位的精度估算 一、伪距测量 3) 高程精度因子VDOP 表征定位点在垂直位置的精度可用高程精度因子。 二、载波相位测量 二、载波相位测量 基本原理：测量GPS载波信号从GPS卫星发射天线到GPS接收机接收天线的传播路程上的相位变化，从而确定传播距离。 二、载波相位测量 比相方法：GPS接收机振荡器产生一个频率和初相均与卫星载波完全相同的基准信号，而要测定的某一时刻的相位差即为接收机产生的基准信号与接收的卫星载波相位之差。 二、载波相位测量 在某一时刻ti，卫星信号的相位=本机振荡器产生的基准相位： ?k（ti）=?j（ti） 相同时刻，接收的GPS卫星信号的载波相位为?k（ti），则： ??=?j（ti）―?k（ti）=?k（ti）―?k（ti） 因此，信号传播距离为： ?=??·?=[（?k（ti）―?k（ti）].? 二、载波相位测量 （1）任一历元的载波相位差及其观测值 解调工作 ： 二、载波相位测量 以周计，则为： 二、载波相位测量 则 载波相位观测值 观测值 整周计数 整周未知数（整周模糊度） 二、载波相位测量 二、载波相位测量 二、载波相位测量 载波相位测量的观测方程 二、载波相位测量 二、载波相位测量 三、整周模糊度的确定 五、整周模糊度的确定 1.概述 五、整周模糊度的确定 2.确定整周模糊度的静态定位法 五、整周模糊度的确定 解算整周模糊度常用的几种方法 （1）取整法 取最接近于模糊度参数实数解的整数为相应的模糊度整数解。 特点：方法最简单，操作容易。但要求XN的精度高，否则得出的结果不可靠 。 五、整周模糊度的确定 （4）快速模糊度求解法 特点：观测时间大大缩短，仅需几分钟，但其定位精度对于10km以下的短基线与静态定位精度大致相当