GPS定位原理与应用 第四章 GPS卫星定位基本原理.pdf

xxyu9166@yahoo.com.cn第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理主要内容 4.1 GPS定位的方法与基本观测量 4.2 GPS定位的基本观测方程 4.3 载波相位差分观测方程 4.4 GPS伪距绝对定位 4.5 GPS载波相位相对定位 4.6 GPS事后伪距差分定位 4.7 CORS系统简介第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理思考题 1、GPS定位的实质是什么？基本定位方法有哪些？ 2、GPS测量的基本观测量有哪两个，其测距精度是多少？ 3、什么叫初始整周未知数（模糊度）？什么叫周跳（整 周跳变、跳周）？什么叫信号失锁？ 4、写出伪距测量的基本观测方程并解释各参数的含义？ 5、写出载波相位测量的基本观测方程并解释参数的含 义？ 6、什么叫必要参数？什么叫多余参数？ 7、载波相位差分观测值有哪几种？各差分观测值中主要 消除或削弱了哪些因素的影响？第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理思考题 8、根据载波相位的基本观测方程写出其单差和双差观测 方程。

9、求差法和非差法相比有哪些优缺点？ 10、了解伪距绝对定位的基本方法。 11、精度因子是如何定义的？在GPS定位中，有哪几种精 度因子？ 12、了解采用载波相位双差观测值进行相对定位的基本方 法。 13、差分GPS有哪几种类型？位置差分、伪距差分、相位 平滑伪距差分的基本思想是什么？第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理GPS的观测量，是用户利用GPS进行导航和 定位的重要依据之一。这一章将在前几章预 备知识的基础上，介绍利用GPS进行定位的基 本方法和观测量的类型gps定位原理 方程，并着重阐述与测码 伪距和载波相位观测量相应的观测方程及其 线性化形式，最后介绍载波相位观测值的线 性组合及几种定位方法的定位原理，为下一 章分析GPS测量的误差来源打基础。第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理4.1 GPS定位的方法与观测量 4.1.1 定位方法的分类利用GPS进行定位的方法有多种， 若按参考点的不同位置则可分为◆绝对定位(或单点定位)。即在 地球协议坐标系统中，确定观测站 相对地球质心的位置。这时，可认 为参考点与地球质心相重合。1)单点定位的结果也属该坐标系统。

2)优点:一台接收机即可独 立定位，但定位精度较差。3) 在船舶、飞机的导航，地质矿产勘 探，暗礁定位，建立浮标，海洋捕鱼及低精度测量领域应用广泛。第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理◆相对定位。确定同步跟踪相同的GPS信号的若干 台接收机之间的相对位置的方法。可以消除许多相同 或相近的误差，定位精度较高。但其缺点是的点位没有发 生变化，或变化极其缓慢以 致在观测期内(例如数天或 数星期)可以忽略。第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理 ◆动态定位即在定位过程中，接收机天线处于运动状态。

第四章 GPS定位的基本原理 第四章 GPS定位的基本原理GPS定位实质：空间距离后方交会第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理 4.1.2 观测量的基本概念利用GPS定位，无论取何种方 法都是通过观测GPS卫星而获得的 某种观测量来实现的。RINEXGPS卫星信号中含有多 种定位信息，根据不同的 要求可以从中获得不同的 观测量，目前广泛采用的 基本观测量主要有两种， 即码相位观测量和载波相 位观测量。第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理 ◆根据码相位观测得出的伪距所谓码相位观测，即测量GPS卫星发射的测距 码信号(C/A码或P码)到达用户接收机天线(观测 站)的传播时间，因此这种观测方法也称为时间 延迟测量。第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理在卫星钟与接收机钟完全同步并且忽略大气折 射影响的情况下，所得到的时间延迟乘以光速便 为所测卫星的信号发射天线至用户接收机天线之 间的几何距离，通常简称为所测卫星至观测站之 间的几何距离。伪距测量和码相位测量是以测距码为量测信号 的。量测精度是一个码元长度的百分之一。

利用载波相位观测来定位，虽较虚拟距离观测精确，但由于观测载波相位会面临周波脱落及相位未定值等问题，因此应用在导航方面时，定位上会有较大的技术障碍，可靠度不高。基于相位产生载波(pgc)的高分辨率波长解调算法原理如下:经过调制后的干涉信号写成formula see original document page 17( 1 )其中，c为调制信号产生的相位载波幅度，"。载波信号经过耦合电路、载波接收电路进入rise3201.接收电路配合rise3201内嵌的bpsk及dsp模块，检测并在接收链上消除脉冲噪音，高级的信道获取算法保证信号低于噪音的情况下也能够获取信号。

另外，在接收机跟踪GPS卫星进行观测的过程中，常常 由于多种原因，例如接收机天线被阻挡、外界噪声信号的 干扰等，还可能产生整周变跳现象。虽然这些有关载波相 位整周的不确定性问题通常可以通过数据的事后处理来解 决，但是，这样一来将使数据处理变得复杂。第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理同样，在卫星钟与接收机钟严格同步并忽略大气折射影响的情况 下，如果载波的整周数已确定，则上述载波相位差乘以相应的载波 波长，也可确定观测站至所测卫星之间的几何距离。由于全球定位系统采用了单程测距原理，所以要准确地测定卫 星至观测站的距离，就必须使卫星钟与用户接收机钟保持严格同步。 但在实践中这是难以实现的。因此，实际上通过上述码相位观测和 载波相位观测所确定的卫星至观测站的距离，都不可避免地含有卫 星钟和接收机钟非同步误差的影响。为了与上述的几何距离相区 别，这种含有钟差影响的距离通常均称为“伪距”，并把它视为GPS 测量的基本观测量。为了叙述的方便，我们将由码相位观测所确定的伪距简称为测 码伪距，而由载波相位观测确定的伪距简称为测相伪距。第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理4.2 GPS定位的基本观测方程 4.2.1 伪距测量的基本观测方程码相位伪距观测值是由卫星发射的测距码到接收机天 线的传播时间（时间延迟）乘以光速所得出的距离。

图形化界面，把众多繁杂的操作转换成直观的图形操作，即使是初学者，也能，免棱镜测程300米 测距原理 采用砷化镓发光二极管，发射角较大，左边发射，右边接收，接收面积稍小 红外激光管，发射角小，准直性好，点发射面接收，接收存放面积大测距时间 精测3秒，跟踪1秒 精测1秒，跟踪0.5秒 。toa测量要求ms的发射与所有bts的接收精确同步(1μs的定位误差将导致300m的定位误差)，并且在其发射信号中要包含发射时间标记以便接收基站信号到达时间确定信号所传播的距离。锁存及显示电路5.3.4 寸钟电路5.3.5 置位电路和脉冲产生电路的设计第6章 4路红外遥控电路的设计6.1 红外遥控原理6.1.1 红外发射器件及其驱动电路6.1.2 红外件与电路6.2 红外遥控信号的组成6.2.1 红外遥控信号的特点6.2.2 实用红外遥控信号6.3 红外信号调制电路6.3.1 振荡电路6.3.2 调制电路6.3.3 实用红外调制发射电路6.4 红外遥控信号的解调6.4.1 解调的基本原理6.4.2 红外遥控接收。

顾及到对流 层和电离层引起的附加信号延迟Δτ 和Δτ ，则tropion 正确的卫地距为iiρ c(τ −Δτ −Δτ )(4.2.4)p 1p 1tropion 由式（4.2.1）、（4.2.2）和式（4.2.3）可得iii ρ c(t−t ) −c(δt−δt ) −δρ −δρ (4.2.5)p 1p 1p 1tropion 式（4.2.5）中左端的卫地距中含有测站p 1的位置信息 ，右端的第一项实际上为伪距观测值，因此可将伪距 观测值表示为~ iiiρρ + c δt− c δt+δρ+δρ ( 4 .2 .6 )p 1p 1p 1tropion第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理 式（4.2.6）中, δρ 和 δρ 分别为对流层和电离层tropion 的折射改正。设测站p的近似坐标为 （X 0Y 0 Z 0 ）1p 1p 1 p 1 ,其改正数为 ( δXδYδZ ) ，利用近似坐标将式p 1p 1p 1 （4.2.6）线性化可得伪距观测方程X 0 −X iY 0 −Y iZ 0 −Z ip 1 δX + p 1δY + p 1δZ −cδt −ρiip 1 ip 1ip 1 p 1 p 1,0ρp 1,0ρp 1,0ρp 1,0~iii+(ρ +cδt−δρ −δρ +h•sinθ ) 0(4.2.7)p 1trop ion p 1p 1i i i 式（4.2.7）中, （X,Y ,Z）为卫星i 的瞬时坐标，而 ρi(X i −X 0 )2 +(Y i −Y 0 )2 +(Z i −Z 0 )2(4.2.8)p 1,0p 1p 1p 1 为由测站近似坐标和卫星坐标计算得的伪距；h为天线高， θ为 测站p 1到卫星i 的高度角，h•sin θ为将卫星到天线相位中心的距 离改正到至测站标石中心距离的改正项。

第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理 4.2.2 载波相位测量的基本观测方程i以GPS标准时为准，卫星i在历元T 发射的载波信号相位i i 为 φ(T ) ，而测站p的接收机在历元T的参考载波信号相1p 1 位为 φ (T) ，则相位差为p 1 p 1ii iΦ (T )ϕ (T) −ϕ (T )(4.2.9)p 1p 1 p 1 对于一个稳定性良好的振荡器来说，相位与频率之间有关 系ϕ(t +Δt)ϕ(t) +f •Δt(4.2.10) 式中，f 为信号频率， Δt为一微小时间间隔。则有i iiϕ (T) ϕ (T ) +f (T−T )p 1 p 1p 1 于是由式（4.2.9）可得ii iii Φ (T)ϕ (T) −ϕ (T )f (T −T )f •τ(4.2.11)p 1p 1 p 1p 1p 1第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理 式（4.2.11）中的 τ是在卫星钟和接收机钟同步 的情况下，卫星信号的传播时间。由于卫星信号 的发射历元是未知的，因此需要根据已知的观测 历元t（顾及对流层和电离层延迟改正）按下式计p 1 算信号的传播时间：i1 i1 &i1 &i1t τρ (1− ρ ) − ρ δ + (δ +δ )(4.2.12)p 1p 1p 1p 1 p 1trop ioncccc其中 ρ为卫星与测站间的几何距离， ρ(dot)为 卫地距变率。

第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理由于卫星钟和接收机钟都不可避免地含有钟差的影响 ，在处理多测站多历元对不同卫星的同步观测结果时，必 须统一时间标准。由式（4.2.1）、（4.2.2）、（4.2.10 ）及相位差的定义，可得卫星i在历元t i发射的载波信号相 位 φi (t i ) ，与测站p的在接收历元t的参考载波信号相位1p 1 φ (t)之间的相位差为p 1 p 1iii Φ (t)Φ (T ) +f (δt−δt )(4.2.13)p 1 p 1p 1p 1 考虑到式（4.2.11）有第四章 GPS定位的基本原理第四章 GPS定位的基本原理iiiΦ (t) f •τ +f (δt−δt )(4.2.14)p 1 p 1p 1p 1 将式(4.2.12)代入式(4.2.14)得以观测历元为基础的载波 相位差if i1 &i1 &ii ftft f t Φ ( )ρ (1− ρ ) + (1− ρ )δ − δ + (δ +δ )(4.2.15)p 1 p 1p 1p 1p 1 p 1trop ioncccc因为通过测量接收机振荡器所产生的参考载波信号与 接收到的卫星载波信号之间的相位差，只能测定其不足一ii 整周的小数部分。

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