GPS卫星定位基本原理.docx
- 文档编号:8938054
- 上传时间:2023-02-02
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:1.06MB
GPS卫星定位基本原理.docx
《GPS卫星定位基本原理.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《GPS卫星定位基本原理.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
GPS卫星定位基本原理
第五章GPS卫星定位基本原
主要内容
5.1定位原理概述
5.2利川伪距定位
5.3载波相位测量
5.4周调探测与修复
5.5整周模糊数的固定
5.6单点定位和对定位
5.7差分GPS
5.1
Q;=炉-QWf+0-玉丫+£・C
空间距离交会原理
1>GPS立役的各紳常用的规测*
□L1载波相位观测值
□L2载波相位观测值
□调制在L1上的C/A-code伪距
□调制在L2上的P-code伪距
□Dopple观测值
3GPS立他的分类
•按定位方式
•单点定位
•相对定位(差分定位)
•按接收机的运动状态分
•动态定位•的态定位
单点定位
•定义
-单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系屮绝对位置的方法
•定位结果
-來用广播星历时,为WGS-84卜的绝对他标
一采JIJIGS-InternationalGPSService梢密星历时为ITRF一InternationalTerrestrialReferenceFramesF的绝对唯标
•特点
-优点:
单台接收机定位,观测简单•,可瞬时定位
-缺点:
桔度上要受系统性偏羌的影响,定位桔度低
•应用领域
-低精度导航、资源普査、军事、・・・
相对定位
•定义
-确定进行同步观测的接枚机Z间相对位置的定位方法,称为相对定位。
•定位结果
-与所川星丿力同属一坐标系的基线向彊
(坐标差)及其梢度信息
・采用广播堪历时属WGS-84
・采用IGS一InternationalGPSService牯密星历时为ITRF-InternationalTerrestrialRefereneeFrame
-慕线向最中含有:
2个方位基准(一个水平方法,一个垂H方位)和1个尺度基准,不含有位置基准
相对定位
•特点
相对定位
-优点:
定位粘度尚
一缺点:
•多台接收机共同作业,作业复杂
•数据处理复杂
•不能自接获取绝对坐标
•应用
-高粘:
度测量定位及导航
相对定位
•相对定位的类型
-静态定位
•泮通静态定位
•快速静态定位
-GoandStop
-快速确定整周未知数
-动态定位
•动态定位屮整周未知数的确定
-静态初始化
-动态初始化(OTF)
•实时动态定位(RTK-RealTimeKinematic)一宀基准站RTK
-*垂准站RTK(网络RTK)
相对定位
•RTK-RealTimeKinematic(实时动态)
差分定位
•差分定位/差分GPS(DGPS-Differential
GPS)
-利用设置在坐标已知的点(基准站)上的GPS接收机测定GPS测量定位误差,川以提高在一定范围内其它GPS接收机(流动站)测量定位箱度的方法
差分GPS的新进展
•增强型系统
-特点
•伪卫星技术
•卩星通讯技术
-类型
•LAAS一LocalAreaAugmentationSystem
-采用地基伪卫星
•WAAS一WideAreaAugmentationSys怕m
-采用空基伪卫星
-采用通讯I!
星发送差分改正数
差分GPS的新进展
•VRS一VirtualReferenceStation
-作业模型类似RTK
-原理
•利用基准站网计算出用户附近某点(虚拟参考站)乞项误差改止,再将它们加到利用虚拟参考站坐标和卫星坐标所计算出的距离Z上,得出虚拟参考站上的虚拟观测值,将其发送给用户,进行实时相对定位。
-特点
•椿度和可靠性高
•属网络RTK
差分GPS的新进展
5.2伪距测量
5.2.1倚距测量
5.2伪距测量
•单点定位解可以理解为一个后方交会问题•卫星充当轨道上运动的控制点,观测值为
测站至卩星的伪距(由时延值推算得到)•由r接收机时钟与卫星钟存在同步误差•所以要同步观测4颗卫星,解算四个未知
参数:
纬度<P,经度入,高程h,钟差At或者空间直角坐标(XYZ),钟差At
5.2伪距测量
测距码测定伪距的优点
□易于将微弱的卫星信号提取出來
□提高测距精度
口便于使用码分址技术对卫星信号进行
识别和处理□便r对系统进行控制和管理
•:
・接收机至卫星的距离借助r卫星发射的码信号届测并计算得到的
•:
•接收机本身按同一公式复制码信号
•比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间&
•:
・传播延迟时间乘以光速就是距离观测ffip-C-At
旬相关斥理
NoConditionnilhhDlfTpirirtPRNCod,
ParthilCorrcliidonofIdenticalReceiverandSatellitePRNCodes
自相关糸數的测良方出
兀测駅原理如图:
由接收机锁相环路中的相关器和枳分器來完成
5.2伪距测量
p=cAZ
钟差的概念
钟差的概念
0—,
剂="-"(GPS)
现=ti-—(GPS)
\t;=a(GPS)-2(GPS))+(di-刘)
=Ar/+讯
5.2.2侈距立役规测方籟
伪距定位基本观测方程
/?
'=q+CxAr
考虑电离层、対流层、钟差影响仃
P=P'Mp\Mp2+&tkY&
幼]:
电离层改正项叫f接收机钟差5°:
对流层改正C&:
卫星钟差卩2
5.3载波相位测量
5.3.1载波相位测量的原因
载波波长(XL1=19cm,XL2=24cm)比C/A码波长(XC/A=293m)短得多所以,GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距(C/A码或P码)定位高得多的成果精度
缺点
接收机测址的相位是不足整数部分的相位,因而产生整周数不确定的问题
5.3.2重建载波的方法
码相关法
□可获得伪距观测值和孑航电文
□叮获得全波长的载波
□信号的信噪比高
□必须知道测距码的结构,适合j±ia波
平方法
□平方过程中去掉了测距码和导航电文,无法获得伪距观测值和卫星星历
□恢复的是半波氏的载波,模糊度更难确定□获得信号的信噪比低
互相关技术
□町获得双频伪距观测值
□可获得全波氏的L1和L2载波
□可获得卫星的导航电文
□L2载波的信噪比比较差
载波相位
)~(p(rj)>;
5.3.3戲at枸透规测@
•信号鼠测粘度优于波长的1/100
•我波波K(Xii=I9cm.>u?
=24cm)比C/A码波K(Xm=293m)飯紂E
•所以,GPS测吊采用娥波相位观测值可以获得比伪距(C/A码或P码)定位高得多的成果粘度
5.3.4载波相位测量原理
S(t2)
5.3.5赏谡枸偻观测方往
载波相位基本观测方程:
①仏)=・M()+N.(初始相位观测值)
叫5)=叽)-0仏)+N#+加Sq时刻相位观测值)
考虑电离层、对流层、钟差影响有:
①出)=匸冋-f久-匸机-=82+n:
CCC
N[=心+lnt((p)
5.4整圖跳£傅;£
整周跳变的定义:
周跳就是山于GPS卩.星信号的失锁而使载波相位观测值中的整周计数发t跳变,这种跳变称为周跳。
在图形上表示为GPS相位观测值序列在周跳发生的时刻产生跳跃。
5.4・1整周跳变的定义
5.4.2周跳产生的原因
■建筑物或树木等障碍物的遮挡
•电离层电子活动剧烈
•多路径效应的影响■卫星信噪比(SNR)太低
■接收机的高动态卷、•接收机内闻软件的设恤不周全
•周跳只引起载波相位观测量的整周数发生跳跃,小数部分则是正确的。
•周跳具有继承性,即从发生周跳的历元开始,以后所有历元的和位观测值都受到这个周跳的影响。
•周跳发生非常频繁。
周跳的特点(2/2)
值均受到该周跳的序响丿
•相位观测值中存在周跳,相当于观测值中存在粗差,将会严巫影响GPS基线解算过程中的最小二乘估计,使基线解算失败或严亜歪曲基线解算的结果。
在GPS动态定位屮,如数值为1周的周跳不修复,将会导致数十厘米的误差。
这对于高精度的GPS测量是无法接受的。
•周跳的探测与修复是GPS载波相位数据处理中不可缺少的组成部分,只冇消除了周跳的“干净”和位数据,才能用于GPS精密定位。
周跳探测的原理是建立▲粗差定位的基础上的。
忤先,山观测数据纟II成适当的检测虽:
序列,使得周跳在该检测量序列中以粗差的形式表示出來。
然后,检测该检测址序列中的粗差,确定周跳的位置和人小。
这样就要求在去掉检测応序列的系统性变化后剩下的随机变化部分要远远小于可能发生的最小周跳值。
周跳检验量的构成
所需数据
检验量
单个测站
两个测站
单频相位(L1或L2)
非差分相位
••
双频相位(L1和L2)
相位组合
(电离层残瑞
单频相位(L2或L2)和码距
相位码距组合
5.4.6周跳探测修复方法
:
•屏幕扫描法
:
•高次差或多项式拟和法:
•电离层残差法:
•卡尔曼滤波法:
•在卫星间求差法:
•用双频观测值修复周跳:
•根据平差后的残差发现和修复整周跳变
2.高次差抚多项无拟和法
1J高次差企
高次差根据周跳会破坏载波相位测最的观测
值1说(屮),△屮随时间而有规律变化的特性來探测的。
例见下表。
*政相住观测值凤其差值(无罔
观测历
兀
原始柑位观测值
一次>:
<
二;欠V.
三次>
凹次址
tl
475833.2251
11608.7533
-0.5797
<2
487441.9784
399.8138
402.3212
12008.5671
12410.8883
2.5074
<3
499450.5455
511861.4338
1.9277
404.2489
0.9639
12815.1372
2.8916
^5
524676.5710
13222.2777
13632.0377
14043.9953
407.1405
-0.2721
<6
537898.8487
2.6195
409.7600
-0.4219
ty
551530.8864
2.1976
411.9576
<8
565574.8817
栽次村住观测值及其左值(有舄淞J
观测历元
廉始相位观测值
一次差
次建
三次差
四次差
tl
475833.2251
11608.7533
487441.9784
399.8138
12008.5671
2.5074
<3
499450.5455
402.3212
100.5797
U
511861.4338
12410.8883
-98.0723
304.2489
300.9639
12715.1372
202.8916
ts
524576.5710
13222.2777
13632.0377
14043.9953
507.1405
409.7600
300.2721
99.5781
u
537798.8487
-97.3805
〔7
551430.8864
2.1976
411.9576
〔8
565474.8817
2)多项丸拟和主
•基木思想
首先用时间多项式拟合观测值序列,然后分析拟介残差发现周跳并确定周跳的大小。
•适用范围
多项式拟介可以用于原始相位观测值,也可以用于相位观测值的线性组合。
实践屮,常用单差相位拟介和双差相位拟介。
不过•般而言,由于双左观测值可以消除接收机和卫星的钟签的影响,双差相位拟合法在相对定位屮用得更广泛。
以下介绍双差相位拟合法。
2)多项式拟和法
•拟合对象的确定
山r周跳具仃继承件,直接用时间多项式拟合双差相位观测值,周跳未必能以粗差的形式在拟合残差中表现出来,如下图左所示。
但是,如果我们用时间多项式拟合相邻历尤载波相位双羌z差,则周跳肯定以粗差的形式在拟介残差屮农现出来,如下图右所示。
GPS収爰相位序列(第15历元发生周跳)
GPS相%历元双签ZK相位序列
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- GPS 卫星 定位 基本原理