GPS卫星定位基本原理

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1、第五章GPS卫星定位基本原理§5.1概述§5.2伪距测量§5.3载波相位测量§5.4整周跳变的修复§5.5GPS绝对定位与相对定位§5.6美国的GPS政策§5.7差分GPS定位原理§5.1概述测角交会前方交会后方交会测边（距）交会法两条边可确定P点坐标无线电导航定位卫星激光测距定位GPS定位基本原理运用空间距离前方交会的方法求出卫星的位置。运用空间距离后方交会的方法求测站点的位置。观测值：距离GPS定位方法及分类依据测距的原理划分：伪距法定位（测码）载波相位测量定位（测相）差分定位依据（接收机）待定点运动状态划分动态定位——认为接收机相对于地面是运动的静态定位——认为接收机相对于地面

2、静止不动绝对定位与相对定位：绝对定位——求测站点相对于地心的坐标；（静态）相对定位——求测站点相对于某已知点的坐标增量；§5.2伪距测量GPS测距码5.2.1伪距:卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间。5.2.2伪距定位观测方程GPS测距码模二相加运算规则脉冲：在短时间内突变，随后又迅速返回到其初始值的物理量；脉冲信号：像脉搏跳动一样的信号，相对与直流，断续的信号。码：表达信息的二进制数及其组合状态编号各存储器单元④③②①模二相加④③输出码元1231111111011000001114561000000100101001007890100100100111100101011

3、12011011011010101011131415010110110111111010四级反馈移位寄存器的状态序列四级反馈移位寄存器tu：钟脉冲的时间间隔码值1码状态-1码值0码状态+1GPS测距码C/A码（Coarse/AcquisitionCode）10级1周期含码元数N：1023；码率：1.023MHz；码元宽度tu：0.98us(293.05m)；精度：2.9m周期：Tu=Ntu=1ms；粗码/捕获码；仅被调制在L1上P（Y）码（PreciseCode）1周期含码元数：6.19×1012；码率：10.23MHz；周期：7天；码元宽度：0.098us(29.30m)；精度:0

4、.29m精码；被调制在L1和L2上测距码（续）5.2.1码相关伪距测量原理（1）卫星依据自己时钟（钟脉冲）发出某一结构的测距码，经过△t时的传播到达GPS接收机。（2）接收机在自己钟脉冲驱动下，产生一组结构完全相同的复制码。（3）通过时延器使之延迟时间τ，对两码进相关比较。（4）直至两码完全对齐，相关系数R（t）=max=1，则该时间延迟τ即为传播时间△t（τ=△t）。（5）距离ρ=c·△t=c·τ。复制码　１１１１０００１００１１０１０１１１接收码　　　　１１１１０００１００１１０１０5.2.2伪距定位观测方程由卫星钟驱动下产生的GPS信号，离开卫星发射天线，在地球引力场中穿越大气

5、层，进入接收机内部，与接收机自身产生的参考信号相比较，得到GPS观测值。观测方程要反映该过程5.2.2伪距定位观测方程三种时间系统5.2.2伪距定位观测方程伪距信号传播时间卫星发出信号时间（以卫星钟面时间标准）接收机接收的时间（以接收机钟面时间标准）RINEX2格式的广播电文含义PRN号年月日时分秒a0a1a2AODECrs△nM0CuceCust0CicΩ0Cisi0Crsωcflgl2GPDpflgl2卫星精度卫星健康TgdAODC信息传输时间地球大气结构大气折射效应色散介质与非色散介质色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效应也不同非色散介质：对不同频率的信号，所产生的折射效

6、应相同对GPS信号来说，电离层是色散介质，对流层是非色散介质电离层对C/A码影响C/A码在电离层中以群速Vg传播（级数展开）其速度与频率有关电离层改正的大小主要取决于电子总量和信号频率电离层对载波影响载波是正弦波在电离层中以相速度传播电离层影响与太阳黑子活动有关与卫星到接收机方向有关，天顶方向最大50m延迟高度角20°时150m延迟对流层影响从地面到高空40KM大气层为对流层；电磁波经过对流层会产生延迟，和温度、湿度、气压有关；天顶方向可达2—3m，高度角10o，可达13m。5.2.2伪距定位观测方程考虑大气影响,卫星与测站真实距离为伪距测量方程为伪距测量的特点：无模糊度，精度低。§

7、5.3载波相位测量1.采用载波相位测量原因及重建载波5.3.1载波相位测量原理5.3.2载波相位测量.的观测方程5.3.3整周未知数N0的确定1、采用载波相位测量原因⑴测距码测距精度对于一些高精度的应用无法满足C/A2.9P0.29m⑵载波的波长短，可达到很高的精度载波L1–频率：154f0=1575.43MHz；波长：19.03cmL2–频率：120f0=1227.60MHz；波长：24.42cm卫星信号的调制二进制信号的相位调制调相PM载波相位测量