GPS 卫星定位 基本原理.doc

GPS******基本原理:卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息,用户接收到这些信息后,经过计算求出接收机的三维位置,三维方向以及运动速度和时间信息。实际上是将卫星作为动态空间已知点,利用距离交会的原理确定接收机的三维位置。GPS定位的各种常用的观测量:1)L1载波相位观测值2)L2载波相位观测值3)调制在L1上的C/A-code伪距4)调制在L2上的P-code伪距5)Dopple观测值GPS定位的分类:1)按定位方式,GPS定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式,它只能采用伪距观测量,可用于车船等的概略导航定位。相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法,它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量,大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。2)按接收机的运动状态,可分为动态定位、静态定位。在定位观测时,若接收机相对于地球表面运动,则称为动态定位;在定位观测时,若接收机相对于地球表面静止,则称为静态定位。:GPS接收机对测距码的量测就可得到卫星到接收机的距离,由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差,故称为伪距。对C/A码测得的伪距称为C/A码伪距,精度约为20米左右,对P码测得的伪距称为P码伪距,精度约为2米左右。(一):1)接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算得到的;2)接收机本身按同一公式复制码信号;3)比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间Δt;4)延迟时间乘以光速就是距离观测值D=C?Δt。(1)为什么要用码相关法来测定伪距利用码相关技术在自相关系数R(τ')=max的情况下来确定信号的传播时间,实际上就是根据参加比对的n个码来共同确定传播时间。自相关系数最大就意味着从总体上讲这两组测距码已对得尽可能的齐了。在这种情况下测定的传播时间,从某种意义上讲就是用n个标志测定的信号传播时间的平均值。这样可以大幅度地消除各种随机误差的影响,从而大大提高测定精度。(2)自相关系数的测定方法测定自相关系数R(τ')的工作由接收机锁相环路中的相关器和积分器来完成。自相关系数R(τ')可以用下式来表示:其测量原理如图:(二)伪距定位观测方程伪距定位基本观测方程:考虑电离层、对流层、钟差影响有:卫星与接收机之间的几何距离ρ为:式中:(X,Y,Z)为接收机坐标,(Xs,Ys,Zs)为卫星坐标。如果将接收机钟差也作为未知数,则连同接收机坐标共有四个未知数,则伪距定位的观测方程为:j为卫星数,j=1,2,3,‥‥:载波相位观测值:载波相位应被称为载波拍频相位,它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。整周模糊度:可记录下相位的变化值,但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的,起始历元的相位整数也是不知道的,即整周模糊度。(一)载波相位测量原理载波信号量测精度优于波长的1/100,载波波长(L1=19cm,L2=24cm)比C/A码波长(C/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。(二)载波相位测量的观测方程载波相